水泥攪拌樁在城市道路工程軟土地基處理中的應(yīng)用探析

胡曉亮

（中交城市投資（寧波）有限公司，浙江 寧波315000）

1 水泥攪拌樁概述

水泥攪拌樁作為城市道路工程軟土地基處理中極為有效的處理方法，利用水泥作為固化劑的主劑，用攪拌樁機(jī)將其噴入土中充分?jǐn)嚢瑁顾嗪蛙浲廉a(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)后發(fā)生固結(jié)，大大提升地基強(qiáng)度與穩(wěn)定性。水泥攪拌樁主要用于淤泥、粉土、黏性土、素填土和無流動地下水的飽和松散砂土等土質(zhì)的軟基處理。水泥攪拌樁由于加固設(shè)備簡單，操作方便，施工噪聲小，加固效果好，在交通運輸領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[1]。

水泥攪拌樁分為2種加固法：濕法加固和干法加固。前者將水泥漿液用作固化劑[2]，把配制好的水泥漿液通過鉆機(jī)噴入軟基中攪拌，使軟土與水泥漿液之間發(fā)生反應(yīng)，加速土體固結(jié)，實現(xiàn)軟土地基的固化。后者與前者機(jī)理相同，只是將水泥漿液替換成水泥粉末和水，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)包括水泥水解、水泥水化、硬凝反應(yīng)、碳酸化反應(yīng)等。在水泥攪拌樁施工過程中，水泥與軟土混合過程中會持續(xù)產(chǎn)生新的水化產(chǎn)物，釋放熱量的同時提高地基的整體抗壓強(qiáng)度。

水泥攪拌樁的施工流程為：（1）確定設(shè)計施工方案；（2）結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對樁位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位測量；（3）確定好樁位后，將樁機(jī)移動到樁位上，做好樁機(jī)垂直度的校正以及固定工作；（4）確認(rèn)無誤后，可以進(jìn)行預(yù)攪下沉；（5）適當(dāng)提升鉆頭，噴射水泥漿液或水泥粉末進(jìn)行攪拌，重復(fù)下沉攪拌及提升攪拌。在施工過程中，每次噴拌前應(yīng)計算水泥與水的比例，做好水泥漿的配制。

2 軟土地基對城市道路的危害

在城市道路下方，一般需要鋪設(shè)各類市政管線，這些管線的敷設(shè)對道路基礎(chǔ)的沉降量有嚴(yán)格的要求。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，軟土地基的處理成為很多城市道路工程建設(shè)中所面臨的問題，軟土地基本身具有高壓縮性、高含水率和低強(qiáng)度的特征，而且通常軟土中會含有一定的有機(jī)質(zhì)，在工程建設(shè)領(lǐng)域，軟土地基的處理是一個重點和難點，若不能對其進(jìn)行有效處理，會影響工程建設(shè)效果。以城市道路工程為例，在進(jìn)行施工建設(shè)的過程中，如果沒有對軟土地基進(jìn)行有效處理，道路工程地基的承載力會受到很大影響，在超出基礎(chǔ)極限承載力的情況下，道路路面會出現(xiàn)沉降、破損等病害，影響道路的正常使用，同時影響人們的出行安全[3]。另外，軟土具有流變性特征，容易引發(fā)地基變形、道路沉陷、土層位移等問題，因此，在對城市道路工程進(jìn)行施工建設(shè)過程中，對軟土地基的處理需要采用科學(xué)合理的措施和方法來提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性與承載能力，確保道路在使用過程中，不會出現(xiàn)大規(guī)模沉陷或變形問題。

3 城市道路軟土地基處理中水泥攪拌樁的應(yīng)用

3.1 工程概況

某城市新區(qū)建設(shè)中，擬建1條市政主干道，道路寬度為16 m，全長3 200 m。在對道路沿線進(jìn)行勘察的過程中，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域存在軟土層，基礎(chǔ)承載力并不能滿足道路建設(shè)需要。對此，經(jīng)過專家研討后，決定采用水泥攪拌樁對軟土地基進(jìn)行處理，總處理面積約1 800.3 m2，水泥攪拌樁的平均長度為8.5 m，設(shè)計樁徑550 mm，依照1.2 m的樁間距進(jìn)行正方形布置，且樁底進(jìn)入持力層1 m以上。

3.2 施工準(zhǔn)備

該工程的施工準(zhǔn)備工作主要包括以下內(nèi)容：

1）方案審核。在設(shè)計單位完成工程方案設(shè)計后，建設(shè)單位和監(jiān)理單位需要做好方案的審核工作，確定其是否能很好地滿足實際需求，方案中需要留出一些調(diào)整空間，以便應(yīng)對施工中可能出現(xiàn)的問題[4]。

2）路面平整。水泥攪拌樁施工前要對路面進(jìn)行平整處理，確保整個施工區(qū)域環(huán)境良好，不存在垃圾和雜物。同時，應(yīng)做好施工現(xiàn)場供水和供電線路的合理鋪設(shè)，設(shè)置專門的水泥漿存儲區(qū)域以及機(jī)械安裝調(diào)試區(qū)域，依照相應(yīng)的施工要求做好設(shè)備的選擇與使用。本工程中，水泥攪拌機(jī)注漿壓力需要保持在0.6 MPa以上。

3）材料準(zhǔn)備。水泥選擇P·O42.5級普通硅酸鹽水泥作為水泥攪拌樁施工的核心材料，在水泥進(jìn)入現(xiàn)場前，需要對其進(jìn)行檢測，明確水泥的綜合性能，確保其能夠很好地滿足施工要求。水泥漿液的配置工作需要嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，將水泥凈漿的水灰比控制在0.45～0.55，實際配置環(huán)節(jié)需要先在制漿容器內(nèi)加入水，再加入水泥進(jìn)行攪拌，攪拌時間控制在約3 min，并安排工作人員做好材料計量工作，確保水泥漿液配置質(zhì)量。

4）設(shè)備準(zhǔn)備。在水泥攪拌樁施工中，常用的設(shè)備包括制漿機(jī)、攪拌樁機(jī)、壓漿機(jī)等，在設(shè)備入場前，需要對其進(jìn)行檢測驗收，保證設(shè)備質(zhì)量合格，狀態(tài)良好，為施工的順利進(jìn)行提供可靠支撐。

5）技術(shù)準(zhǔn)備。相關(guān)工作人員的工程技術(shù)交底工作要做好，現(xiàn)場管理者及施工人員要充分了解水泥攪拌樁施工工作流程，每根水泥攪拌樁都要進(jìn)行標(biāo)號，計算相應(yīng)樁位及坐標(biāo)，確保施工有序進(jìn)行。

3.3 試樁試驗

借助試樁試驗，施工人員要對相應(yīng)的施工參數(shù)，如水灰比、攪拌時間等進(jìn)行明確，并得到準(zhǔn)確的混凝土密實度、重度等指標(biāo)，確定樁機(jī)的鉆進(jìn)鉆速和壓力等，對現(xiàn)場土層做出更加準(zhǔn)確的判斷。在試樁過程中，工作人員需要嚴(yán)格依照設(shè)計施工流程進(jìn)行操作，在保持水灰比不變的情況下，通過改變鉆進(jìn)方式實施不同的試驗。

3.4 工藝要點

3.4.1 鉆機(jī)就位

施工人員應(yīng)根據(jù)測量放樣確定的樁位位置固定鉆機(jī)的位置，以確保鉆機(jī)的鉆頭與樁位中心對齊，誤差控制在5 cm以內(nèi)。水泥攪拌機(jī)就位后，還要借助吊線垂對機(jī)架垂直度進(jìn)行矯正，誤差不能超過1%。

3.4.2 鉆進(jìn)攪拌

鉆機(jī)固定并檢驗合格后，可以啟動鉆機(jī)，正向旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計深度，在保證施工質(zhì)量的前提下，在不同地質(zhì)環(huán)境下應(yīng)采用不同的鉆進(jìn)速度，施工人員可以結(jié)合電流表的數(shù)值變化，對地層性質(zhì)進(jìn)行判斷。

3.4.3 攪拌提升

施工人員啟動噴漿泵，待鉆頭到達(dá)樁底設(shè)計高度時，將水泥漿液噴入土體中，使水泥和土充分?jǐn)嚢瑁罂刂沏@頭反向旋轉(zhuǎn)提升到達(dá)停漿面，在原位攪拌2 min。為確保工程施工質(zhì)量與效率，施工管理應(yīng)從多方面管控。

3.4.4循環(huán)施工

攪拌提升之后，將鉆頭恢復(fù)正向旋轉(zhuǎn)，攪拌下沉至樁底標(biāo)高，以電流表讀取相應(yīng)的數(shù)值。此環(huán)節(jié)要由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，務(wù)必做好細(xì)節(jié)把控，確保水泥攪拌樁的施工質(zhì)量；然后，將鉆頭再一次反向旋轉(zhuǎn)，開始噴漿、攪拌，并提升至停漿面，進(jìn)行原位攪拌2 min。施工人員要明確水泥漿用量，保證水泥攪拌樁每根的水泥用量不低于室內(nèi)配比試驗得到的數(shù)值。在施工完成后，需要將清水注入集料斗內(nèi)，對內(nèi)部殘留的水泥漿進(jìn)行沖洗，確保在之后的施工中，設(shè)備能夠保持最佳狀態(tài)。

3.4.5 質(zhì)量檢測

技術(shù)人員需要在完成施工約7 d后對水泥攪拌樁的質(zhì)量進(jìn)行檢測。施工完成約21 d后，對水泥土混合體的性能進(jìn)行檢查，確認(rèn)攪拌樁的抗壓強(qiáng)度，看其是否能夠滿足設(shè)計要求。在該工程中，對所選的28根水泥攪拌樁進(jìn)行檢測，監(jiān)理方又在施工路段隨機(jī)選擇了若干水泥攪拌樁進(jìn)行相應(yīng)的抗壓測試，結(jié)果表明，水泥攪拌樁的施工質(zhì)量可以很好地滿足設(shè)計方案和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.5 注意事項

施工中部分關(guān)鍵問題：

1）應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況確定水池的位置，使用清水對管道進(jìn)行清理，避免在水泥漿噴漿過程中出現(xiàn)管道堵塞的問題。

2）應(yīng)依照設(shè)計施工方案的要求以及設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，對水泥攪拌樁的位置、樁徑和樁長進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3）為確保達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量要求，水泥的質(zhì)量與含量要控制好。

4）在水泥攪拌樁施工質(zhì)量管理過程中，提高整體施工質(zhì)量的同時，在施工現(xiàn)場，為了確保工程施工效果需要做好工序分析。例如，將BIM技術(shù)引入施工管理，通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型分析施工質(zhì)量的影響因素，并采取有效的對策和手段控制施工質(zhì)量，以避免出現(xiàn)質(zhì)量問題，消除潛在的安全隱患。

4 結(jié)語

水泥攪拌樁在城市道路軟土地基處理中的應(yīng)用，能有效提升基礎(chǔ)的穩(wěn)定性與承載能力，在工程實踐中有良好的應(yīng)用效果與推廣價值。從控制施工質(zhì)量的角度，施工人員需要嚴(yán)格依照相應(yīng)的施工流程進(jìn)行施工，對施工中可能存在的問題進(jìn)行分析和防范，確保充分發(fā)揮水泥攪拌樁的作用。