水泥攪拌樁在市政道路和公路工程軟基處理中的應(yīng)用

鄧康樂

1 引言

水泥攪拌樁是以水泥作為固化劑，通過水泥攪拌機(jī)械設(shè)備，將土與水泥強(qiáng)制攪拌形成增強(qiáng)體的復(fù)合地基。這種方法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、粉土、黃土、泥炭土等土層，本工法處理效果顯著，且處理后可以提高地基的承載力，可很快投入使用，還可用作基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕等[1]。工程實(shí)施過程中如何有效地控制水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，確保軟基處理的效果是人們?cè)诠こ虒?shí)踐中探索的一個(gè)課題。

2 工程概況

深圳市某市政工程2 標(biāo)，本工程為舊路拓寬改造工程，起訖樁號(hào)為：GGL0+000～GGL2+120，全長(zhǎng)2.12km；全線為舊路拓寬改造。改造后的道路將現(xiàn)狀四車道保留，兩側(cè)各增加一條車行道。

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地上部存在較厚的填土層，填土層松散且均勻性差，承載力低、地基沉降大，不能滿足工程需要。綜合考慮場(chǎng)地條件、地質(zhì)條件、工程進(jìn)度、造價(jià)等因素，對(duì)填土層采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理。處理后的地基要求：?jiǎn)螛冻休d力105kPa，復(fù)合地基承載力120kPa。水泥攪拌樁的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：攪拌樁樁徑500mm，樁間距1.00m，正方形布置。平均樁長(zhǎng)為10.5m，并要求樁底穿過填土層進(jìn)入下部持力層不小于0.5m。攪拌樁的強(qiáng)度不小于1.6MPa。

3 施工準(zhǔn)備

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，發(fā)現(xiàn)拓寬區(qū)域存在樹木、樹根、草皮、生活垃圾、大石塊等障礙物，部分?jǐn)嚢铇妒┕^(qū)域存在填筑土且厚度不一，原地表面存在淤泥或凹凸不平地帶，因此，在施工前必須對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清理及平整，施工準(zhǔn)備工作如下：

1）施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做好“三通一平”，滿足樁機(jī)承重、運(yùn)輸和施工要求。并查清地下（電纜、通信管線、煤氣管道、水管等)和地上（樹木、大石塊、草皮、淤泥）的障礙物等情況并加以處理。對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行平整，確保水泥攪拌樁機(jī)施工作業(yè)時(shí)穩(wěn)定不傾斜。

2）對(duì)整個(gè)攪拌樁施工區(qū)域挖土至樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)高，考慮到攪拌樁施工過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)水泥漿外溢現(xiàn)象，在樁位處應(yīng)提前挖出溝渠防止水泥漿外溢污染周邊施工場(chǎng)地。

3）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求放線，樁點(diǎn)施放應(yīng)根據(jù)樁位平面圖，用經(jīng)緯儀定向、鋼尺量距確定各樁點(diǎn)位或采用全站儀定向及確距，并對(duì)每個(gè)樁點(diǎn)插上木棍及漆上紅漆。

4）對(duì)整個(gè)攪拌樁施工區(qū)域進(jìn)行布置及規(guī)劃，包括臨近供水供電線路及機(jī)械設(shè)備放置位置、水泥堆放位置、水泥漿攪拌設(shè)備以及存漿池位置等。

4 工藝性試樁

水泥攪拌樁施工前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行工藝性試樁，以便掌握該區(qū)段的成樁經(jīng)驗(yàn)及各種操作技術(shù)參數(shù)。每個(gè)標(biāo)段或區(qū)域試樁不少于5 根，且必須待試樁成功后方可進(jìn)行正式施工，試驗(yàn)樁檢驗(yàn)可以采取7d 后直接開挖取出或至少14d 后取芯，檢驗(yàn)水泥攪拌樁的均勻程度及水泥土的強(qiáng)度。試樁設(shè)計(jì)參數(shù)及要求：

1）選取地質(zhì)條件有代表性的地方，攪拌樁試樁數(shù)量5 根。

2）樁長(zhǎng)：平均樁長(zhǎng)為10.5m，樁底進(jìn)入持力層不小于0.5m。

3）實(shí)際施工樁長(zhǎng)由電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)表控制，根據(jù)電流的突變參考樁底進(jìn)入下持力層的深度，或由監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主單位現(xiàn)場(chǎng)試樁確認(rèn)的樁長(zhǎng)控制方法。

4）空樁：設(shè)計(jì)無空孔，試樁不留空樁，以方便施工完畢后的效果檢測(cè)。

5）樁徑、布樁：設(shè)計(jì)樁徑500mm，樁間距1.00m，正方形布置。

6）工藝：采用“四噴四攪”工藝。

7）樁身材料：采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比為被加固土重的15%～18%，水泥漿水灰比0.45～0.55。

8）攪拌機(jī)的下沉和提升速度，宜控制在0.5～0.8m/min，施工配備注漿的額定壓力不宜小于5.0MPa。

4.1 試樁情況

試樁情況顯示，其中2 條試樁成樁樁長(zhǎng)為10.5～10.8m，成樁電流：

1）樁號(hào)001：在樁機(jī)下轉(zhuǎn)1～3m 范圍電流35～45A,3～5m 范圍內(nèi)電流突變至60A 并伴有瞬間電流急速提高情況，5m 以后至8.7m 電流恢復(fù)至穩(wěn)定電流35～45A，8.7m 以后電流再次提升至60～80A，并基本保持穩(wěn)定，樁機(jī)下轉(zhuǎn)速度明顯降低，至10.5m收樁；

2）樁號(hào)002：在樁機(jī)下轉(zhuǎn)1～9m 電流基本穩(wěn)定在35～45A，9m 以后電流明顯提升至60～80A，并基本保持穩(wěn)定，樁機(jī)下轉(zhuǎn)速度明顯降低，至10.8m 收樁；

上述成樁過程均采用“四噴四攪”工藝，水泥摻入比按現(xiàn)場(chǎng)土工擊實(shí)試驗(yàn)確定的土壤最大干密度1.92g/cm3, 計(jì)算所得水泥摻入量為56～67kg/m（取65kg/m），單根攪拌樁成樁時(shí)間55～60min。

4.2 試樁情況分析

樁號(hào)001 攪拌樁在3～5m 范圍突變，應(yīng)為樁機(jī)遇巖石夾層，在穿過夾層后的5～8.7m 為松填土，8.7m 以后樁機(jī)工作電流明顯提高，即為進(jìn)入持力層的明顯標(biāo)志，現(xiàn)場(chǎng)施工及樁長(zhǎng)質(zhì)量監(jiān)控可判斷。

樁號(hào)002 攪拌樁在1～9m 電流無明顯變化，基本穩(wěn)定在35～45A，1～9m 地層應(yīng)為松填土段，9m 以后樁機(jī)工作電流明顯提高，即為進(jìn)入持力層的明顯標(biāo)志，現(xiàn)場(chǎng)施工及樁長(zhǎng)質(zhì)量監(jiān)控可判斷。

4.3 試樁結(jié)論

綜合上述現(xiàn)場(chǎng)試樁情況分析結(jié)論，由于攪拌機(jī)下轉(zhuǎn)速度、電流等相關(guān)參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)可直觀判斷是否進(jìn)入持力層，原設(shè)計(jì)平均樁長(zhǎng)保持不變可保證攪拌樁施工質(zhì)量及便于現(xiàn)場(chǎng)施工及質(zhì)量監(jiān)控。

5 施工工藝

施工過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)中：攪拌樁機(jī)移到樁位上方，調(diào)整導(dǎo)軌垂直度，鉆頭對(duì)正樁位。采用目測(cè)，橫豎雙向觀測(cè)。（2）預(yù)拌下沉：使鉆頭沿導(dǎo)軌逐漸切土下沉到設(shè)計(jì)深度，鉆進(jìn)速度一般為0.8～1.0m/min，攪拌頭預(yù)攪下沉?xí)r電機(jī)的工作電流不得超過60A。如果下沉的速度達(dá)不到要求，即從輸漿系統(tǒng)補(bǔ)給清水以利鉆進(jìn)。（3）制備水泥漿：待攪拌機(jī)下沉到一定的深度時(shí)，開始按0.45～0.55 的水灰比拌制水泥漿，待壓漿前將水泥倒進(jìn)入集料斗。（4）提升噴漿攪拌：攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入土體中，泵壓一般控制在0.4～0.6MPa[2]。邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，邊按0.6～1.0m/min 速度提升攪拌機(jī)。至停漿面時(shí)停止提升，停漿面比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出約50cm。（5）重復(fù)上、下攪拌：再次將攪拌機(jī)邊旋邊沉入土中，至設(shè)計(jì)加固深度再將攪拌機(jī)提升出地面。（6）清洗：向集料斗中注和入適量的清水，開啟灰漿泵，將管路中殘存的水泥漿清洗干凈，清除攪拌頭上的土。（7）重復(fù)上述步驟，移動(dòng)至下一樁位進(jìn)行施工。（8）施工的同時(shí)操作人員將每根樁的鉆進(jìn)時(shí)間、提升時(shí)間、提升速度、提升的次數(shù)、鉆進(jìn)的深度等進(jìn)行記錄。

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

6 施工質(zhì)量控制及檢測(cè)

6.1 施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）垂直度。設(shè)備就位后，必須平整，并確保施工過程中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)。要注意保證機(jī)架和鉆桿的垂直度，如發(fā)現(xiàn)偏差過大，及時(shí)調(diào)整，垂直度偏差控制不超過1.0%。（2）樁機(jī)就位。必須對(duì)中，對(duì)中誤差不得大于20mm，樁徑偏差不大于4%。（3）水泥用量以及泵送漿液的時(shí)間、攪拌樁每米下沉和提升的時(shí)間等應(yīng)有專人記錄。嚴(yán)格控制攪拌時(shí)的下沉和提升速度，保證加固范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢瑁刂茢嚢杼嵘俣取?.0m/min。（4）水泥漿不得離析，水泥漿停置時(shí)間不得超過2h。如停置時(shí)間過長(zhǎng)，不得使用。（5）確保加固強(qiáng)度和均勻性：嚴(yán)格控制噴漿量，攪拌樁的施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。輸漿階段必須保證足夠的輸漿壓力，連續(xù)供漿。一旦停漿，將攪拌頭下沉到停漿點(diǎn)0.5m 以下。待恢復(fù)供漿后再噴漿攪拌；如停工40min 以上，必須立即進(jìn)行全面清洗，防止水泥在設(shè)備和管道中結(jié)塊，影響施工。（6）遇到地下障礙物的處理方法：施工過程中，如遇到地下障礙物使鉆桿無法鉆進(jìn)時(shí)，及時(shí)通知監(jiān)理、設(shè)計(jì)人員，及時(shí)采取補(bǔ)樁措施，保證施工質(zhì)量。

6.2 質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）在成樁7d 內(nèi)，采用輕型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)樁身強(qiáng)度，檢驗(yàn)數(shù)量不少于總樁數(shù)的2%，且不少于3 根；（2）在成樁28d 后，做復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，檢驗(yàn)點(diǎn)為樁數(shù)的0.5%，且不少于3 個(gè)點(diǎn)；（3）在成樁28d 后，采用雙管單動(dòng)取樣器鉆芯取樣，評(píng)價(jià)攪拌樁均勻性，檢驗(yàn)水泥土抗壓強(qiáng)度。芯樣直徑不小于80mm，鉆入持力層厚度不小于3 倍樁徑，檢驗(yàn)點(diǎn)為樁數(shù)的0.5%，且不少于3 個(gè)點(diǎn)。

6.3 質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

對(duì)6 根樁進(jìn)行了抽芯，從芯樣可以看出，樁身完整性好。對(duì)芯樣采樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，樁身水泥土抗壓強(qiáng)度2.51～6.52MPa，均比設(shè)計(jì)強(qiáng)度1.6MPa 高了較多，表明水泥土攪拌樁在填土層中的效果令人滿意。

另外，選取了3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行場(chǎng)地復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，根據(jù)S-P（位移—荷載）曲線確定的地基承載力為132kPa、146kPa 和139kPa，均能滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）對(duì)軟弱土層采用水泥攪拌樁處理是可行的，不但質(zhì)量可靠，而且具有明顯的造價(jià)優(yōu)勢(shì)。尤其適應(yīng)于處理較深厚的填土層，經(jīng)過攪拌樁處理后的填土性質(zhì)大幅改善，地基承載力大幅提高。

2）在施工中，通過觀察和分析攪拌機(jī)下轉(zhuǎn)速度、電流等相關(guān)參數(shù)的變化，可為現(xiàn)場(chǎng)判斷樁端是否進(jìn)入持力層及進(jìn)入持力層的深度提供客觀依據(jù)，保證了攪拌樁的質(zhì)量。

3）攪拌樁正式施工前應(yīng)進(jìn)行試樁，通過試樁不但可能驗(yàn)證設(shè)備的施工能力是否滿足設(shè)計(jì)要求，而且可以確定確保攪拌樁質(zhì)量的最佳工藝參數(shù)。