軟基施工控制淺見

李躍斌

（常熟市公路管理處）

隨著交通的大發展，據《中國公路網》介紹至2019年底全國公路通車里程已達 501.25萬公里，高速公路總里程達 14.96萬公里，公路建設正向長、寬、高方向發展，長是里程長單條公路里程越來越長，2017年開工建設的京新高速總里程達2768公里；寬是公路越來越寬，很多新建公路均達雙向 6車道、8車道；高是公路建設的等級越來越高。公路往往穿過河流、湖泊、沙漠、戈壁、沼澤等軟弱地基段，這就需要在建設過程中對其進行處理。在長期的施工過程中總結出了很多軟地地基的處理方式：1 換填墊層類：素土換填法、灰土換填法、強夯擠淤法、拋石擠淤法、墊層法。其中墊層法根據所用墊層材料的不同又可分為粉煤灰墊層、砂墊層、干渣墊層、碎石墊層、土(灰土、二灰)墊層等幾種方法；2 深層密實類：旋噴樁、粉噴樁、CFG樁、石灰樁、砂樁、土樁、強夯法、爆破法等幾種方法；3排水固結類：塑料排水板、袋裝砂井、砂井、堆載預壓、真空預壓、電滲排水法、井點降水等幾種方法；4化學加固類：水泥土攪拌樁、旋噴樁、粉噴樁、注漿法、硅化法等幾種方法；5. 加固路基類：柴(木)梢排、樹根樁、土釘、土釘墻、土工聚合物、土層錨桿、加筋土路基等幾種方法；6. 其它加固類：側向約束、樁基、反壓護道、沉井等幾種方法。本文著重對水泥土攪拌樁的質量控制進行介紹。

1 失敗案例

福州營浜路全長25.241公里，工程總造價8.13億元，2016年建成通車，短短 3年這條年輕的道路就變成了問題路，各種波浪、龜裂、溝槽、 “跳車”和車轍。最大沉降達30～50cm。應該是一條高質量、高標準的小康路，卻建成了一個“豆腐渣”工程，造成重大經濟損失和惡劣的社會影響。致使2名高管被公訴，多名官員落馬，政府公信力也受到影響。究其原因是 1、工程監管嚴重缺位；2、違規招標；3、施工偷工減料。大面積圍標后高價倒賣、轉包，施工隊為了保證利潤而偷工減料。通過第三方檢測，全線六個標段的樁基檢測合格率為 0，等于是放棄了工程質量的第一道防線，所以工程出現各種病害也就不足為奇了。

2 工程實例

2.1 工程概況

常熟段G204國道改擴建工程A4標全長約8.3公里，新線段所經區域均為河湖沖程平原，東低西高，縱斷面高程從東部的黃海高程2米左右上升至西部的3～4米，軟土層分布較淺、固結慢、變形高、壓縮大。對路基變形和工后沉降的控制非常不利，設計認為必須對A4標的三個段落進行軟基處理。這三個段落分別是20K到21K500、22K到23K500、24K300到26K，該三個段落均地勢平坦，河塘溝渠密布，原地面黃海高程在1.5米至2.1米之間。

地層上部為第四系全新統新近沉積的亞粘土、淤泥質亞粘土，其下為第四系全新統一般沉積的亞粘土、淤泥質亞粘土等；下部為第四系中上更新統沉積的亞粘土、亞砂土等。其中淺部分布有厚軟土，層厚5.00-25.40米，主要為淤泥質軟粘土，流塑狀態，其主要物理力學性質指標見表1。

表1土層的主要物理力學性質指標

本次軟基加固經設計驗算對比，擬采用東南大學劉松玉教授發明的雙向水泥土攪拌樁進行軟基加固，設計樁長為23.5m和21.5米二種，樁徑統一采用60cm，樁位采用梅花形布置，設計樁間距為1.5 m。水泥摻量經試驗確定為70Kg/m，摻加的水泥采用普通325硅酸鹽水泥。

2.1.1 雙向水泥土攪拌樁的加固機理

相對于常規水泥土攪拌樁，雙向水泥土攪拌樁在施工工藝和施工機械方面進行了改進，但從固化劑和軟土相互作用的角度來看，其加固機理基本與常規樁相同：

（1）水泥的水化反應和水解

水泥遇水后會發生緩慢的水化與水解反應，生成化合物有含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣、氫氧化鈣等產物。其中含水鋁酸鈣CaOAl2O3和氫氧化鈣Ca(OH)2等可溶解于水化合物，隨著水化與水解的持續反應，化合們溶液達到飽和度達到飽和之后，水泥與水繼續進行反應生成凝膠。

（2）離子交換

表面帶有負電荷粘土顆粒，在天然狀態下呈膠體微粒狀，其反離子層為陽離子。反離子層中包含的鉀陽離子和鈉陽離子能同氫氧化鈣Ca(OH)2溶液中的鈣陽離子交換陽離子，該過程使土顆粒的水化膜變薄，土顆粒之間的作用力相對變大，集合能力變強，于是集合成更大的顆粒。另外，呈分散狀的水泥水化凝膠顆粒，其比表面積變得更大，約為原來的原顆粒的1000倍左右，表面能因而產生很大，具有更強烈的表面吸附活性，能進一步使較大的土團粒結合起來，同時封閉了土顆粒與土顆粒之間的微小孔隙，形成堅固的聯結的水泥土的團粒結構，，使水泥土強度和承載能力得到大幅提高。

（3）硬凝反應

隨著水泥水化反應持續深入進行，溶液中將大量析出的游離的鈣離子，當游離的鈣離子數量超過交換離子所的需要陽離子量以后，游離的鈣離子可在堿性環境中與組成粘土礦物的一部分或大部分二氧化硅及三氧化二鋁，進行緩慢化學反應，生成不可溶于水的結晶，該化合物非常穩定。并且在空氣中和水中該結晶化合物能逐漸硬化，達到很大的強度，從而增大了土體強度、穩定性和承載能力。

（4）水泥碳酸化作用

能吸收空氣中和水中的二氧化碳的水泥水化產物，游離的氫氧化鈣，與二氧化碳發生碳酸化反應，生成碳酸鈣CaCO3，碳酸鈣CaCO3不溶于水，且硬度較高，結構穩定，能小幅、緩慢增長土體的強度，從而使水泥土強度增加。

從水泥土的加固機理分析，由于攪拌機械的切削攪拌作用，不可避免會留下一些未被粉碎的大小土團，使得水泥土中不可避免產生強度較大及水穩性較好的水泥石區和強度較低的土塊區。研究表明，雙向水泥土攪拌樁由于施工機械的特點，樁機鉆頭有正反向旋轉葉片同時雙向攪拌，把水泥漿控制在兩組葉片之間，可使水泥土充分攪拌均勻，從而使得水泥土結構強度的離散性減小，宏觀的總體強度提高。

2.1.2 雙向水泥土攪拌樁的施工工藝

從問題分析本質，通過分析水泥土攪拌樁成樁后的質量隱患，東大劉松玉教授分析了影響樁身質量的因素、影響成樁質量和加固機制機理研制出如圖1的雙向水泥土攪拌樁成樁機器(專利號200410065862)及其施工工藝，雙向水泥土攪拌樁在成樁過程中，通過動力頭帶動設在同心鉆桿上的二組正反向攪拌葉片，切土下潛時，對土體進行預拌，噴漿提升時，上葉片繼續攪拌，同時對漿液上涌有一個壓制作用，使水泥漿只能在預設的空間被拌和，下葉片同時對漿液和土體進行攪拌，加強土體。通過雙向水泥土攪拌樁的設備改良，一是改變了常規樁施工時的冒漿現象，二是改善了常規樁攪拌不均勻的現象，三是由于二組葉片正反轉平衡了，因旋轉產生的鉆桿側向偏移，使得攪拌樁能垂直打入土體。

圖1 雙向水泥土攪拌樁樁機鉆頭示意圖

2.2 工程質量控制

雙向水泥土攪拌樁的質量控制主要有樁位、樁長、樁徑、成樁質量等，為了保證工程質量，項目經理牽頭，由總工室、質檢部、測量組共同組建Q C小組，制定如下質量控制措施：1、項目經理部通過企業經營科采用招標的形式選擇有施工經驗的承包商，進行勞務分包，只包勞務，原材料項目部提供，并嚴禁施工隊轉包和分包；2、項目經理部通過企業機料科采購價優的合格水泥；3、由項目總工室編制施工作業指導書，并在巡查過程中，由巡查小組監督施工隊的執行情況，確保施工隊能嚴格按指導書進行作業；4、由QC小組組成巡查隊，因施工隊是3*8的施工班制，巡查隊也分三班，24小時對施工隊進行巡查監督；5、由項目部測量組在施工前對樁位進行放樣；6、由質檢部委托第三方進行樁基質量檢測，這樣通過企業自檢、監理抽查和質監站的社會監督，確保樁基施工質量。

2.3 原因分析

樁基施工質量的好壞取決以下幾個方面：1、施工技術；2、施工工藝；3、原材料質量；4、樁基施工位置。解決好上述幾個問題，樁基的質量基本也就得到了保證。項目經理部通過企業經營科采用招標的形式選擇有施工經驗的承包商，進行勞務分包，只包勞務，原材料項目部提供，并嚴禁施工隊轉包和分包。這樣就拒絕了人情關系戶和施工技術水平較低的施工隊伍，保證參與建設的施工隊伍均有較高的技術水平；由項目總工室編制施工作業指導書，并在巡查過程中，由巡查小組監督施工隊的執行情況，確保施工隊能嚴格按指導書進行作業。這既保證了隊伍能按統一的施工工藝施工，又保證了施工用的水泥漿液配合比的準確，還保證了施工過程中攪拌的均勻性，使成樁上下質量一致；項目經理部通過企業機料科采購價優的合格水泥，統一配送，散裝水泥由機料科在現場收料，既保證施工環保，無包裝袋污染問題，又保證了水泥的品質一致，還保證了施工隊伍無法偷賣水泥；由項目部測量組在施工前對樁位進行放樣，保證了施工位置的準確性。這樣施工過程中影響成樁質量的幾個方面都得到了控制，工后三方分別檢測，所得結果均為100%。運營至今已有10年時間，工后沉降均滿足設計要求。

3 結語

軟基工程是隱蔽工程，其質量的好壞決定了工程工后沉降和使用過程中的病害數量，因其施工后看不見摸不到，所以也稱良心工程，其質量的好壞完全取決于管理者的責任心和施工者的良心。施工者的良心是管理者無法控制的，所以我們只能用管理者的責任心和擔當去控制工程施工過程中的工藝和施工質量，確保工程建后是優質工程、精品工程。