釘形擴大頭雙向攪拌樁施工應用

摘 要：區別于常規水泥土攪拌樁的四攪兩噴工藝，釘形水泥土雙向攪拌樁采用了兩攪一噴工藝，使得水泥土的拌和更加均勻、避免了水泥漿的上冒保證了水泥摻入量、減少了對周圍土體的施工擾動和影響范圍，有利于樁身整體質量的提高。本文主要介紹了常州至溧陽高速公路CL-JL1標釘形水泥土雙向攪拌樁的施工工藝，質量控制措施以及施工過程中出現的問題和采取的措施等。

關鍵詞：釘形水泥土雙向攪拌樁；施工工藝；質量控制；

文章編號：1674-3520（2015）-12-00-02

一、釘形水泥土雙向攪拌樁工程概況

軟土地基的處理方法有多種，其中水泥土攪拌樁技術在最近幾十年得到廣泛應用。水泥土攪拌樁法具有施工簡單、快速、基本不振動等優點，能有效地提高軟土地基的穩定性，減少和控制復合地基沉降。目前水泥土攪拌樁施工中存在著成樁質量難以保證、處理深度偏淺、造價偏高等主要問題。

區別于常規水泥土攪拌樁的四攪兩噴工藝，釘形水泥土雙向攪拌樁采用了兩攪一噴工藝（擴大頭內四攪兩噴），從工作機理上分析，上下兩套旋轉葉片的轉動攪拌作用使得水泥土的拌和更加均勻、避免了水泥漿的上冒保證了水泥摻入量、減少了對周圍土體的施工擾動和影響范圍，有利于樁身整體質量的提高。

二、釘形水泥土雙向攪拌樁施工工藝

（一）機械配備和布置

釘形水泥土雙向攪拌樁的施工機械由機身、塔架、動力系統、鉆桿和鉆頭等幾部分組成，其動力系統主要是將常規施工機械的單一電機和減速器更換為兩套電機和減速器，并通過傳動系統與內、外桿相聯；鉆桿是將常規水泥土攪拌樁施工機械的單根鉆桿改進為內、外嵌套的同心雙軸鉆桿，與動力系統相連接；鉆頭由八組攪拌葉片與內外鉆桿連接成整體，在內鉆桿上設置四組正向旋轉的攪拌葉片并設置噴漿口，同時在外鉆桿上安裝四組反向旋轉的攪拌葉片，攪拌葉片設置為可伸縮葉片，在施工過程中可以在任意深度內打開或收縮以對不同截面的樁身進行施工。

其余施工設備基本與單向水泥土攪拌樁施工相同，攪拌施工時現場還包括水泥存儲，水泥漿攪拌池、水泥漿存儲池（泵送）、雙向水泥攪拌施工機械，沈新河東橋頭現場施工配備機械如下表：

設備名稱規格型號單位數量額定功率（kw）技術狀況用 途

攪拌樁機DM-2臺1 完好

灰漿桶0.7M3個2 完好拌制漿液

存漿桶2M3 2 完好臨時裝漿

注漿泵UBJ-2臺23完好輸送漿液

空壓機0.6-0.9臺1 /完好

（二）施工前準備工作

根據施工圖紙上的樁位平面圖，確定施工順序及配套機械、水泥等材料的堆放位置。

水泥土攪拌樁樁基施工前，還需在施工現場搭建水泥漿拌漿施工平臺，并在平臺附近搭建水泥庫，做好計量設備標定和拌漿工作人員的交底工作，在開機鉆進前按設計水泥漿參數進行漿液拌制。已A15-12標為例，水灰比為0.55～0.6，樁徑為700cm的水泥漿摻灰量按照每米100kg進行，其配制水泥漿比重約為1.71，現場即可采用比重計和磅秤進行控制。

根據提供的坐標基準點，按照設計圖進行放樣定位及高程引測工作。同時根據水泥土攪拌樁布置要素，在布置范圍內進行布點，做成CAD圖紙報送監理以后，待監理認可方可進行軟基處理樁基施工。

（三）釘形水泥土攪拌施工

釘形攪拌樁準備措施和普通水泥土雙向攪拌樁施工相同，其樁位布置形式同樣采用梅花形或矩形布置，但是在機械上和施工流程上與后者有所不同。

攪拌機就位：攪拌機到指定樁位并對中；

噴漿下沉：啟動攪拌機，使攪拌機沿導向架向下切土，同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時正、反向旋轉（如外鉆桿逆時針旋轉，內鉆桿順時針旋轉）切割、攪拌土體，攪拌機持續下沉，直到擴大頭設計深度；

施工下部樁體：改變內、外鉆桿的旋轉方向，將攪拌葉片收縮到下部樁體直徑；噴漿切土下沉：兩組葉片同時正、反向旋轉切割、攪拌土體，攪拌機持續下沉，直到設計深度，在樁端應就地持續噴漿攪拌10秒以上；

提升攪拌：攪拌機提升、關閉送漿泵，兩組葉片同時正反向旋轉攪拌水泥土，至擴大頭底面以下0.5～1m，開啟送漿泵，向土體噴漿，直至擴大頭底面標高；

伸展葉片：改變內外鉆桿的旋轉方向，將攪拌葉片伸展至擴大頭直徑；提升鉆桿，兩組葉片同時正反向旋轉攪拌水泥土，直到地表或設計樁頂標高以上50cm，關閉送漿泵，將鉆頭提升出地表，關觀察葉片展開程度；

切土下沉：攪拌機沿導向架向下切土，同時開啟送漿泵，向土體噴水泥漿，兩組葉片同時正、反向旋轉切割、攪拌土體，攪拌機持續下沉，直到擴大頭設計深度；

提升攪拌：關閉送漿泵，兩組葉片同時正、反向旋轉攪拌水泥土，直到地表或設計樁頂標高以上50cm，完成單樁施工。

三、釘形水泥土雙向攪拌樁質量控制措施

本次在常州至溧陽高速公路CL-JL1標采用釘形水泥土雙向攪拌樁施工，在樁體施工完成后14天或28天對樁身水泥土進行標準貫入、無側限抗壓強度試驗和微觀結構分析，研究現場條件下樁體強度變化規律，通過對比試驗，分析雙向水泥土攪拌樁與常規攪拌樁樁身質量。試驗段沿線多為20m左右的深厚軟土地基，對釘形水泥土雙向攪拌樁復合地基的承載力、沉降變形特性提出了較高的要求。通過靜載荷試驗，得到釘形水泥土雙向攪拌樁的單樁及復合地基承載力，以驗證其承載性能；通過在試驗區布置沉降監測斷面，以研究該攪拌樁的減沉作用。

（一）原材料質量控制：水泥采用國產普通硅酸鹽水泥，標號不低于32.5，水泥漿水灰比嚴格控制在0.50-0.60之間，如噴漿困難，可考慮摻入外加劑。

（二）水泥摻入量控制：水泥摻入量由室內配合比試驗確定，根據土樣含水率、孔隙比以及有機質含量不同，水泥摻入量應有所變化。水泥摻入量應分別控制單樁總水泥摻入量和水泥沿樁身分布控制。

（三）垂直度。施工前對攪拌樁機進行復核，要求攪拌桿的垂直偏差不得超過1%，樁機與樁位的對中誤差不得大于2cm。每根樁施工時，根據導向架的吊錘偏移用米尺測定攪拌軸垂直度，間接測定樁身垂直度，要求樁身垂直度偏差不超過1%，施工前用經緯儀校正機架，施工過程中保證機架垂直，若垂直度超過允許，則及時糾偏；為確保樁徑不小于設計要求，采用鉆頭直徑較設計要求大50mm。

（四）施工質量控制：

1、水泥漿液應嚴格按照預定的配合比進行控制，制備好的漿液不得離析、擱置時間一般不允許超過2小時；當氣溫在10℃以上時停置時間超過3小時或當氣溫在10℃以下時停置時間超過5小時時均應按廢漿處理；

2、泵送漿液前，管路應保持潮濕，以利于輸漿。專人記錄每根樁水水泥用量，并記錄送漿開始、結束時間；

3、根據成樁試驗確定的技術參數進行施工，記錄每米下沉、提升時間、送漿時間、停漿時間等；

4、、供漿必須連續，一旦因故停漿，應使攪拌機回到停漿前1米處；

5、施工過程中如發現噴漿量不足，應在旁邊補樁一根，補樁樁長和噴漿量不得小于設計值；

6、雙攪樁在地面以下2-5米范圍內和擴大頭底面下1-2m處應適當降低攪拌機下沉和提升速度，樁體上面50cm以內應進行人工搗實。

7、攪拌樁施工完成一次下沉，提升后，應將鉆頭提升出地面檢驗鉆頭葉片是否展開，如未展開葉片數量不超過兩個可人工展開，未展開葉片數量超過兩個，則人工展開后，并在擴大頭處增加一次攪拌；

8、釘形攪拌樁在樁底應持續噴漿攪拌時間不少于10秒。

水泥攪拌樁質量檢驗要求

項次檢查項目單位允許偏差檢查方法和頻率

1樁距cm±15抽查2%

2樁長m不小于設計查施工記錄

3樁徑mm不小于設計抽查2%

4垂直度%<1.5查施工記錄

5單樁噴漿量%不小于設計查施工記錄

6樁體強度MPa不小于設計抽查5%

四、釘形水泥土雙向攪拌樁施工檢測

一般水泥土雙向攪拌樁路基處理試驗檢測主要有以下方式：

（一）現場取芯和標準貫入試驗

該試驗主要是用于分析釘形水泥土攪拌樁樁身水泥土強度、樁身水泥土微觀結構。在齡期14天或28天時，對施工樁體進行標準貫入試驗和現場取芯。所取得的芯樣進行室內無側限抗壓強度試驗和電阻率測試。其中，無側限抗壓強度試驗主要是考察樁身水泥土強度；電阻率測試則是從電阻率的角度來闡述樁身水泥土微觀結構的變化趨勢。

在成樁過程中應對水泥土取樣，制成標準試塊。取樣數量為每臺班每機架一組，每組6塊。常州至溧陽高速公路CL-JL1標雙向攪拌樁樁身設計無側限抗壓強度為：深度5m以內，R28≥0.8MPa、標貫擊數≥21擊；深度5～10m，R28≥0.7MPa、標貫擊數≥18擊；深度10～15m，R28≥0.6MPa、標貫擊數≥15擊；深度15～20m，R28≥0.5MPa、標貫擊數≥12擊。測試范圍以單橋頭計。標段內雙向攪拌樁檢測也主要以該項為主。

（二）載荷試驗

該試驗主要是用于分析釘形水泥土攪拌樁單樁承載特性及單樁復合地基承載特性。成樁28天齡期后，對試驗樁進行單樁靜載試驗和單樁復合地基荷載試驗。目前采用的標準是中華人民共和國行業標準《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-2003；中華人民共和國行業標準《建筑地基處理技術規范》JGJ 79-2002。

（三）結論

根據現場試驗情況、實測數據和曲線圖綜合分析得出：

1、單樁豎向抗壓極限承載力

試點號樁號基樁規格極限承載力

1#3#上部Ф1000×4m

下部Ф700×16m640kN

2#E19#上部Ф1000×6m

下部Ф700×14m800kN

3#2#Ф700×20m350kN

4#E17#上部Ф1000×8m

下部Ф700×12m930kN

2、復合地基承載力特征值

試點號樁號基樁規格承載力特征值

1#1#上部Ф1000×4m

下部Ф700×16m132kPa

2#2#Ф700×20m118kPa

3#G15#上部Ф1000×6m

下部Ф700×14m102kPa

4#G17#上部Ф1000×8m

下部Ф700×12m112kPa

根據目前設計要求，常州至溧陽高速公路CL-JL1標目前釘形雙向攪拌樁均滿足要求，但是具體施工時可能與江蘇的地質條件存在差別，施工時土層阻力變化較大，對施工人員要求較高，同時對于后期臺后沉降情況將有待沉降觀測結果。

五、結論

區別于常規水泥攪拌樁處理方式，釘形雙向水泥土攪拌樁施工機械采用內外嵌套雙重鉆桿，分別按正、反向攪拌，對擴大頭部分實施“四攪三噴”工藝，對下部樁體實施“兩攪一噴”工藝，既保證了樁體的水泥摻入量，又提高了水泥土攪拌均勻性，其施工機械由常規水泥土攪拌樁施工機械改造而成，機械成本投資低、易于推廣。