浮筒式水泥攪拌樁在超軟土地基處理中的應用

戴劍云

（廈門市建設工程質量安全站）

0 引言

軟基處理的方法很多，常用的有排水固結法、強夯法、換填法、CFG 樁、攪拌樁、旋噴樁等多種方法。而對于吹填土地區的吹填淤泥質軟土路基在進行加固處理時，具有施工設備需要借助施工平臺進場、施工進度與工期不匹配以及工程量大等特點，相對普通的軟土地基處理存在更大的難度。在地基處理過程中，需要綜合考慮地質條件、場地環境以及造價等相關因素，合理選擇處理方法。浮筒攪拌樁機主要由海涂面行走系統、高壓原料輸送系統、旋轉旋噴攪拌系統、雙動力驅動系統組成，高壓原料輸送系統將連接旋轉+高壓旋噴攪拌系統，攪拌系統將固結劑與超軟基礎進行充分混合攪拌，在雙動力驅動系統的作用下，灘涂面行走系統根據施工流程在軟基上連續作業，最終實現軟基的快速固結處理。

1 工程概況

某道路項目位于吹填區，由于該場地主要為未經過預處理的吹填淤泥，含水量大，為流塑狀淤泥且部分為浮淤，為高壓縮性土，具有流變性，有開挖易變形、成孔易縮徑等現象，力學性能差，目前場地機械難以進場。原設計為二次處理，即造地工程處理至地表承載力≥60kPa 后，再交由施工單位根據設計結構所要求的地基承載力及工后沉降進行二次處理。由于時間緊迫，采用一次處理，即造地未進行預處理即交由項目施工單位進行地基處理。針對未經過處理的吹填區，綜合考慮工期、造價、環境等因素，此工程采用浮筒攪拌樁機。

2 設計要求

本工程主要采用浮筒式攪拌樁施工，樁徑采用0.8m，樁身膠凝劑采用規格為P.O42.5 的普通硅酸鹽水泥，膠凝材料摻灰量在初次進行設計時暫定為加固土體重量的18%，水灰比0.7，要求取芯樁體水泥土28d 齡期室內無側限抗壓強度≥0.6MPa，單樁承載力≥88kN，復合地基承載力≥80kPa。大面積開展作業時的水泥摻量以不同摻量的試驗樁經檢測后根據結果進行確認。

攪拌樁提升速度為1.0～1.5m/min，噴漿壓力為0.5～1.0MPa，設計初定水泥用量149.2kg/m，對應灰漿用量253.7kg/m。

根據設計文件，此項目軟基處理施工要求采用在線實時監控系統，通過加裝專用監控設備，配套對應的監控平臺，對施工關鍵控制指標——深度、流量、泥漿密度、傾角、鉆速等，通過相應傳感器采集，同步實現云端共享、分析、展示。可進行施工過程動畫模擬，對施工數據及時反饋，糾正施工，指導后續施工及檢測工作。實時施工數據收集及自動化報表、智能化工程質量監控、全生命周期質量可追溯，見圖1。

3 工藝流程

⑴測量員需要根據設計施工圖紙進行坐標計算，并依據坐標進行樁位放樣，將樁機與施工邊線對齊，保證樁位施工的準確性。施工邊線插彩旗作為標記，樁位中心插竹竿作為標記，攪拌鉆桿頭中心對準相應樁位中心。

圖1 前臺施工監控系統示意圖

⑵鉆頭鉆進及噴漿攪拌：啟動空壓機、攪拌機及樁機鉆桿，其鉆頭向下進行鉆進，并保持一邊噴漿一邊攪拌，按照設計文件要求對下鉆速度和噴漿流量進行有效控制，當攪拌頭達到設計深度時，需要進行提升。在下鉆過程中，應有施工人員對設備運行情況以及底層出現的變化情況進行實時監控。

⑶鉆頭提升及噴漿攪拌：在鉆頭下鉆達到設計樁底標高后，完成定噴過程，需要提升鉆頭并保持噴漿，按照設計規定提升速度及噴漿流量提升噴漿，確保土體能夠和固化劑漿液有效拌和；鉆頭上升到設計樁頂標高+500mm 后停止噴漿。

⑷鉆頭下鉆及提升復攪：為了確保軟土層和固化劑材料能夠充分均勻攪拌，鉆頭需進行重復下鉆和提升，此過程不噴漿，也就是下鉆過程進行攪拌和提升攪拌不噴漿，但應控制鉆頭下鉆和提升速度。

⑸樁機移位：施工人員結合施工順序將機械轉移到下一個樁位，并對以上步驟進行重復施工。

浮筒攪拌樁截面為“8”字形，建議采用雙軸水泥（固化劑）攪拌樁，樁直徑為800～1000mm；提升、下轉速度速度為1.0～1.5m/min；相鄰樁體可相離，可相互搭接10～20cm；成樁無側限抗壓強度、單樁承載力特征值、復合地基承載力特征值要求根據工程要求而定。

4 施工要點

⑴在施工實體前，需要平整原地面并清除地上地下的相關障礙物。需要在路基外側開挖臨時排水溝以避免施工期間長時間積水，并禁止同農田排灌溝渠共同進行使用。

⑵開工前需要調試相關設備，并檢查樁機運轉、輸料管的暢通情況及臨電是否符合要求，以保證設備性能的可靠性。施工過程中如有機械及臨電故障，應及時安排修復，避免長時間停滯出現堵管現象。

⑶在具體施工過程中，停漿面的設計高度需要超出設計樁頂標高500mm，在實際開挖過程中應該挖去表層浮土。

⑷垂直度控制。螺旋式淤泥固化機就位后，需要確保設備平整，避免出現移動、傾斜等現象。施工時保證鉆桿垂直度，允許偏差控制在1%以內。在實際施工中可以使用吊錘觀測鉆桿對兩個方向的垂直度進行測量，輔助使用水平尺對機架的調平情況進行測量，一旦偏差過大需要及時進行糾偏。

⑸應確保攪拌樁樁底標高打到持力層，可根據鉆機鉆到最深位置時的壓力表讀數和下鉆速度對是否打入硬層進行判定。

⑹在具體成樁時，由于停漿后繼續施工需要進行重疊接樁，而其接樁重疊咬合長度不能小于0.5m。當停工時間超過40min 之后，需要全面進行清洗，避免產生堵管結塊現象而對施工產生影響。如果停機時間超過水泥初凝時間，則需要在原樁位旁邊合理進行補樁處理。

⑺在施工前，需要對攪拌機械的灰漿泵輸漿量進行確定，并要明確灰漿從輸漿管一直到達攪拌機噴漿口的時間。相關施工人員可以通過流量泵對輸漿速度進行控制，確保注漿泵出口壓力能夠保持穩定，確保攪拌的提升速度和輸漿速度能夠保持一致。

⑻相關施工人員需要根據設計參數對攪拌提升速度和噴漿量等進行控制。為了能夠進一步提升施工質量和工作效率，避免水泥出現浪費，應該有效開展連續工作。在實際輸漿時，需要確保輸漿壓力充足，能夠實現連續供漿。

⑼施工人員需嚴格控制攪拌過程中的下沉和提升速度，保證其迅速并在設計要求速率范圍，使得淤泥能夠均勻充分和固化劑攪拌，保證樁體每個斷面的強度都滿足設計要求，使樁身強度和均勻性得到有效提高。

⑽根據試樁試驗確定的技術參數進行施工，嚴格按設計要求，確保每根樁水泥用量。

⑾因地質勘察的密度存在一定的不可預見性，存在地下障礙物可能導致鉆桿無法繼續鉆進，使得攪拌樁無法到達相應持力層，項目部應及時向設計人員和監理人員等發送通知，現場踏勘并出具相關補樁方案，從而有效保障施工質量。

⑿水灰比控制：在水灰比控制過程當中，需要結合水泥用量對每盤用水量進行計算相應水泥漿比重，根據測量泥漿比重來控制水灰比，同時還應在儲水罐上做上相應的標志，并在實際施工中有效計量。

⒀制備好的漿液不得離析，并要確保連續泵送，為防止灰漿離析，放漿前必須攪拌30s 再倒入存漿桶。自行拌制漿液的外加劑及固化劑的用量等相關數據，需要安排專人進行記錄。

（14）當水泥漿液到達出漿口后，應充分進行攪拌和噴漿，時間為30s，而在水泥漿和樁端土得到有效攪拌后，需要將攪拌頭進行提升。在進行施工時要由專人來負責記錄，施工記錄應盡量詳細完善：在深度記錄上其誤差值不應超過10㎝，而時間記錄的誤差則應小于10s。在實際施工中對于出現的問題和處理情況需要及時進行記錄，從而進行匯總和分析。

（15）根據規范和要求對相關檢查項目進行誤差控制，使其允許偏差值在規范允許范圍內（見表1）。

表1 漿體噴射攪拌樁施工允許偏差

（16）水泥攪拌樁施工完成28 天內不得有任何機械在上面行走。

5 施工注意事項及常見問題解決方法

5.1 攪拌的均勻性

對于樁身質量而言，軟土與固化劑是否能夠充分均勻拌和是十分重要的一項影響因素，其具體表現在兩個方面，分別是固化劑在任意樁身斷面的摻入量和機械在樁身任意斷面上的攪拌次數。

實踐經驗表明，任意一點的攪拌次數N 在20 次為最佳攪拌次數。單程次數可以通過公式求得：

式中，

N——樁身任意點的攪拌次數；

h——葉片的寬度；

α——葉片與鉆桿的角度（銳角）；

b——葉片的厚度；

n1——內鉆桿的轉速；

n2——外鉆桿的轉速；

z——鉆頭上葉片總數；

v——鉆桿提升或下降速度。

5.2 樁頭處理

在攪拌樁施工結束后，樁頂部約在0.3～0.5m 范圍內，由于受地表水及土體約束壓力相對較小，導致樁體形成結構呈蜂窩狀且較為松散，需要對其進行處理。一種方法是人工挖除樁頂質量較差的部分；二是需要在樁頂1.0～1.5m 范圍內進行噴漿攪拌，并要采取人工夯實修整。

5.3 常見問題及處理方法

⑴下沉困難、壓力值高、電機跳閘。

原因：壓力偏低、土質硬、阻力大、遇大塊石等障礙物；

處理方法：調高壓力、適量沖水或漿液稀釋、障礙物挖除。

⑵輸漿管堵塞、樁到設計長度灰桶內有剩余或不夠。

原因：輸送管內有水泥塊、灰漿泵輸出量偏小或偏大、投料量不準確；

處理方法：管道用水沖冼、調整灰漿泵輸出量、重新計數投料量。

⑶事故樁。

原因：機械故障及電路故障；

處理方法：24 小時內，鉆桿提高0.5m。

6 施工質量檢驗

水泥攪拌樁的質量控制應貫穿施工的全過程，在成樁后并到達齡期后對樁基進行以下實體檢測以判定成樁效果（見圖1）：

⑴載荷試驗宜在成樁28 天后進行，根據工點實際情況分別開展復合地基承載力試驗與單樁承載力試驗。

⑵需要在成樁28 天齡期后進行鉆孔取芯試驗，應在樁直徑2/5 位置處進行鉆孔，根據芯樣情況來判定樁的完整性和均勻性。最后，應在鉆芯的上、下、中各部位分別取至少一段來進行無側限抗壓強度試驗。在取芯結束后，需要使用水泥砂漿對鉆孔進行回填灌注。

本項目檢測結果如下：

⑴基樁鉆芯法檢測：受檢樁水泥土芯樣完整，攪拌均勻，斷口基本吻合，芯樣呈短圓柱狀，膠結較好，抗壓強度值均不小于水泥土設計強度0.6MPa，實測樁長均與設計樁長一致。

⑵樁身強度檢測：所檢樁的單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均為88kN 以上，滿足設計要求。

⑶復合地基承載力檢測：所檢測試點的單樁復合地基承載力特征值為80kPa，滿足設計要求。

7 結語

本項目采用浮筒式水泥攪拌樁進行軟土地基加固處理，結合軟基處理施工智慧管控系統的應用，經檢測樁身長度、芯樣的完整性，單樁豎向抗壓極限承載力、單樁復合地基承載力均滿足設計及規范要求，在短時間內有效地實現軟基的快速固結處理。