水泥攪拌樁水泥摻量及攪拌次數對成樁質量的影響研究

楊云鴻，趙同宇，郭 騰

(1.中國水電第十四工程局有限公司 昆明市 655000； 2.遼陽市政設施管理處 遼陽市 111000； 3.錦州市政工程總公司 錦州市 121000)

水泥攪拌樁在軟基地區是一種有效的軟基處理方式，其主要原理是將水泥作為固化劑的主要原料，采用攪拌樁機將水泥噴入土體中，使其充分攪拌，使水泥和土體產生一系列的物理化學作用，從而形成強度相對較高的樁體。水泥攪拌樁施工攪拌次數越多，拌和越均勻，水泥顆粒礦物的反應越充分，水泥的強度也就越高。但是攪拌的次數越多，施工時間也越長，工效也就越低，因此需要通過試樁確定合理的攪拌次數、水泥摻量等參數。本次研究以華南某路基軟基處理工程為依托，開展不同水泥摻量、不同攪拌次數對樁體質量的試樁研究。

1 工程概況

某項目位于某三角洲平原區，地面坡度平緩，高程在2.2～5.4m，根據地質勘察報告：本項目特殊路基主要為軟土路基，項目所在區域存在的不良地質為局部分布的飽和砂土地震液化和軟土震陷。項目區普遍存在軟土的分布，層厚不均勻，厚約0.90～24.20m，平均厚度為6.51m。層面起伏很大，厚薄不均。

綜合考慮本項目沿線路段的特點，針對上述軟基處理方法進行綜合比選，本項目主線拓寬范圍采用水泥攪拌樁復合地基處理，主線橋頭引道路堤高度Hw<2.0m路段舊路范圍不處理，加寬范圍采用水泥攪拌樁處理。

2 實驗及檢驗過程

2.1 試樁方案

試樁編制專項方案并已通過審批，于2018年11月8日在參建各方代表現場監督下，根據方案開始組織進行試樁施工，試驗樁根數50根，其中四攪四噴70kg/m和80kg/m各為15根，兩攪兩噴70kg/m和80kg/m各為10根。待達到28d齡期后進行標準貫入、鉆芯法試驗檢驗工作，及時完善試樁總結報告，并作為指導后期大面積施工的依據。

2.2 試樁目的

(1)確定水泥攪拌樁水泥摻量(kg/m)；

(2)確定水泥攪拌樁施工工藝：四攪四噴、兩攪兩噴；

(3)確定噴漿提升速度、單根樁施工時長、水泥攪拌機攪拌轉速；

(4)確定水泥攪拌樁質量檢測方法及標準。

2.3 主要技術參數

在路線樁號K51+120～K51+240段進行試樁，本次試樁共計50根，其中四攪四噴70kg/m和80kg/m各為15根，兩攪兩噴70kg/m和80kg/m各為10根。水泥攪拌樁樁徑為50cm，樁體所用水泥為42.5R級及以上的普通硅酸鹽水泥，水灰比宜為0.45～0.55，水泥摻量為20%～25%，設計推薦水泥量70kg/m，純水泥漿試樁參數見表1，試驗段典型地質類型見圖1。

表1 純水泥漿試樁參數表

2.4 標準貫入、鉆芯法試驗

2019年1月9日-19日，試驗組對試驗樁分別進行了鉆芯檢測和標準貫入試驗檢測，并形成《水泥攪拌樁標準貫入試驗檢測結果通知單》和《基樁鉆芯法試驗檢測初步結果通知單》，根據檢測結果，對數據進行統計分析、標準貫入試驗結果分析。

圖1 XLZK-57地質勘探柱狀圖

根據檢測報告分析總結，得出施工工藝、水泥摻量和標貫貫入擊數的關系，詳見圖2。

圖2 施工工藝、水泥摻量和標貫貫入擊數的關系圖

其中四攪四噴80kg/m水泥摻量的攪拌樁平均擊數為33.42次，四攪四噴70kg/m水泥摻量的攪拌樁平均擊數為30.76次，兩攪兩噴80kg/m水泥摻量的攪拌樁平均擊數為29.9次，兩攪兩噴70kg/m水泥摻量的攪拌樁平均擊數為27.28次。

根據檢測報告分析總結，得出施工工藝、水泥摻量和樁身混凝土強度代表值的關系，詳見圖3。

圖3 施工工藝、水泥摻量和樁身混凝土強度代表值的關系圖

四攪四噴80kg和70kg的水泥摻量的平均代表值分別為8.4MPa和6.9MPa，兩攪兩噴80kg和70kg的水泥摻量的平均代表值分別為7.8MPa和5.4MPa，經分析得出，兩種工藝、兩種摻量組合的試樁無側限抗壓強度均符合設計要求。

2.5 樁身質量試驗結果分析

通過對試驗結果分析可知，四攪四噴80kg摻量的水泥樁身均勻性相對最好，四攪四噴70kg摻量的水泥樁身均勻性次之，兩攪兩噴的水泥樁身均勻性相對最差，具體試驗結果見表2。

表2 樁身完整性評價統計表

2.6 綜合評價和總結

(1)通過本次水泥攪拌樁試樁工作，31組標貫數據分析對比，以標貫擊數為標準，施工工藝和水泥摻量效果程度依次為：四攪四噴80kg/m>四攪四噴70kg/m>兩攪兩噴80kg/m>兩攪兩噴70kg/m。

(2)本次水泥攪拌樁試樁工作，21根樁中有13根樁樁身水泥土芯樣均勻性較差，有8根無法完整取樣制作試件；芯樣28d無側限抗壓強度代表值均滿足設計要求。以抗壓強度為標準，施工工藝和水泥摻量效果程度依次為：四攪四噴80kg/m>四攪四噴70kg/m>兩攪兩噴80kg/m>兩攪兩噴70kg/m。

根據設計圖紙，本條線路的軟土大部分為淤泥質粉質粘土，飽和、流塑狀，分布不均，考慮全線軟土性質的不均勻性，根據試樁結果，為了確保施工質量，水泥用量為80kg/m，采用“四攪四噴”工藝。

3 結語

目前在國內軟土路基施工中，采用水泥攪拌樁處理地基的工程較多，通過本次試驗得知，在水泥用量摻入比方面，摻入比過低或造成強度不達標，不能滿足設計及強度要求；摻入比過高造成費用成本高，而起到的效果卻和正常范圍內的效果差不多。在攪拌次數上來講，攪拌次數越多越充分，質量也越穩定，但是過多的攪拌次數在功效、成本上難以滿足要求，所以實際施工過程中都根據實際情況做試樁實驗來確定參數，以便于技術上可行、經濟上合理。