水泥攪拌樁處理軟土路基技術在高鐵施工中的應用

馬千里

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

作為一種常見的地基加固方法，水泥攪拌樁主要利用的是水泥的水化反應。具體施工工藝主要有兩種：第一種是在地面制作水泥漿，然后將制作好的水泥漿送至到地下與地基土進行充分攪拌，等待地基固化；第二種是將干燥松散的水泥粉直接運送到地下與地基土拌和，然后利用地基土中的孔隙水，使完成拌和的地基土發生水化反應，狀態固結后達到地基改良的目的。在選擇施工工藝時，應綜合考慮工程實際要求以及土質情況。

1 工程概況

項目為滬寧城際鐵路，地處蘇北平原，河湖較多，存在一定的地勢起伏，地面高程處于13～29 m。該項目沿線土質主要為沖積粉質黏土、淤泥質粉土、老黏土，表層為素填土及種植土，其下1～2 m 均為淤泥質粉質黏土，厚5.7～20.6 m，該段淤泥質土上部無硬殼層。

該項目所在區域的年平均降水量為1353 mm，路線地表水系主要為長江，地下水主要有兩種：上層滯水和基巖裂隙水，前者的主要來源是大氣降雨下滲，主要存在于上淺表層填土層中，后者的主要來源是地下徑流，分布于下伏基巖裂隙中。

2 水泥攪拌樁作用原理

軟土地基的處理中，復合地基處理工藝最常用，具體就是在軟土中構建強度較大的構造物，進而提高原有地基的承載能力。水泥攪拌樁的實質就是在處理軟土地基時，構建在軟土中的構造物，其主要是利用深層攪拌設備將水泥（水泥砂漿）和原有的地基土攪拌在一起，最終凝結成水泥構造物，這類構造物因為具有良好的強度和整體性，可以很好地改善軟土地基的承載能力。軟土地基中，水泥攪拌樁的主要作用體現在以下方面：①集中應力的同時阻止地基下沉。和周圍土體相比，水泥攪拌樁的強度更強，剛度更大，所以，將水泥攪拌樁加入到地基中，可以很好地改善地基的承載能力，并且在路基填筑荷載及外部荷載的作用下，復合地基中應力集中，荷載幾乎都集中作用于水泥攪拌樁樁體上，使得周圍土體的應力作用大大降低，進而有效降低地基沉降量；②墊層作用。在攪拌機的攪拌下，水泥將和路基土均勻融合在一起，取代原有的路基墊層，并且在地基深處形成了一個高強度復合地基，使地基的承載能力大大提升；③加筋作用。水泥攪拌樁豎立于軟土地基，在軟土路基中形成了一個加筋的作用，提高地基的抗剪切強度，降低路基土的水平位移，進而提高軟土路基的整體穩定性。

3 水泥攪拌樁的施工

3.1 施工準備

先對施工場地進行整平處理，清除雜物。如果場地處于低洼位置，應抽水清淤，分層回填黏性土填料，適當壓實，嚴禁回填雜土。水泥攪拌樁施工機械就位，在實際應用前，需要檢查機械的性能，保證設備在施工中具有良好的穩定性。

3.2 工藝性試樁

水泥攪拌樁施工是利用攪拌機械鉆頭的高效旋轉，將水泥漿和軟土充分拌，在地基中形成具有一定剛度和強度的水泥樁。一般來說，攪拌的次數越多，拌和就越均勻，水泥樁的均勻性和整體性就越好，但同時，如果延長攪拌時間，施工效率就會下降，為了追求兩者之間的平衡，正式施工前，一般要進行試樁，試樁的主要目的是確定最佳的水泥用量、攪拌速度、攪拌機提升速度、復攪深度等，通過試驗確定這些參數后，給后續的正式施工提供指導。本項目選擇5 根試樁，應用的水泥為R32.5 級普通硅酸鹽袋裝水泥，分別按照水泥摻量12%、13%、14%、15%、16%進行試樁。成樁后28 d 將試樁挖出，以取芯的形式對其強度進行檢測，并結合施工工藝，對正式的水泥攪拌樁施工進行指導。根據試樁檢測報告，決定本工程應用4 次攪拌2 次噴漿的施工工藝；水泥摻量為14%，水泥水灰比為0.4。

3.3 水泥攪拌樁施工工藝流程

首先進行樁位放樣，整平場地，鉆機就位，對鉆機的平整度進行檢驗和調整；正循環鉆進至設計深度，開啟高壓注漿泵，噴漿，循環攪拌提鉆，重復攪拌下鉆至設計深度，噴漿并反循環攪拌提鉆至地表，成樁結束，循環進行下一跟樁的施工，水泥攪拌樁施工流程如圖1 所示。

圖1 水泥攪拌樁施工流程

3.4 施工控制措施

（1）正式施工前，將水泥運輸到施工現場，為了保證施工順利有序進行，應在施工現場準備充足的水泥。

（2）水泥攪拌樁開鉆之前，清洗管道避免堵塞，管道水排凈后方可下鉆。

（3）攪拌機平臺上懸掛吊錘，控制水泥攪拌樁樁體的垂直度。

（4）為了保證樁體每米摻合量以及每米水泥用量達到設計要求，所有的攪拌設備都應該配備記錄儀，同時配備打印設備，方便實時查看攪拌效果。在施工現場，配備水泥漿比重測定儀，檢查水泥漿水灰比是否符合設計要求。

（5）為了保證樁體的垂直度，首次下鉆和提鉆時，都應以低擋進行，復攪時可提高一個擋位。另外，為了保證成樁質量，每根樁的成樁時間不能少于40 min，噴漿壓力不小于0.4 MPa。

（6）首次提鉆噴漿時，攪拌頭應在樁底部停留30 s，并且保持噴漿狀態，在上提攪拌設備時，應保證余漿全部噴入樁體。

（7）施工過程中嚴格控制噴漿時間和停漿時間，成樁必須連續進行，中間不得間斷，否則會影響成樁質量。嚴格禁止在尚未噴漿的前提下提升鉆桿。

（8）施工過程中一旦發現噴漿量不足，應及時進行整樁復攪，并且注意控制復噴的噴漿量必須超過設計用量。施工中一旦遇到停電或機械故障，中斷噴漿并記錄此時的深度。在12 h 內及時采取補噴措施。如果時間超過12 h，應采取補樁措施。

（9）施工記錄詳細完整，包括施工樁號、天氣情況、噴漿深度、管道壓力、鉆進速度、漿液流量復攪深度等。

3.5 質量檢驗

質量檢驗項目：①樁距。單位為mm，抽查總數的2%；②樁徑。單位為mm，抽查總數的2%；③樁長。單位為m，通過施工記錄檢查；④豎直度（%）。通過施工記錄檢查；⑤單樁噴漿量。通過施工記錄檢查；⑥強度。單位為MPa，檢查頻率為總數的5%；⑦鉆芯試驗，抽查總數的3‰；⑧單樁承載力試驗，抽查總數的3‰，且不得少于2 根。水泥攪拌樁質量檢要求見表1。

表1 水泥攪拌樁質量檢查項目與要求

3.6 外觀鑒定

要求：①整個樁體均勻，不存在回陷或縮頸現象；②樁體整體不存在松散狀態；③樁頂平齊，相鄰樁之間的間距均勻。

3.7 水泥攪拌土強度

水泥樁成樁后28 d，利用鉆孔取芯的方法進行檢查，重點檢查水泥樁的完整性和樁體均勻度。利用取樣器鉆芯取樣，鉆芯取樣時應每根樣樁取3 處芯樣，分別為樁體中部、距樁頂1 m 的位置和距樁底1 m 的位置，一般2～3 個試樣為一組，測試28 d 齡期無側限抗壓強度，抽查數量應為總數的0.3%。取芯完成后，孔隙要用同等強度的水泥砂漿回灌，并且注意保證密實度。經過檢測，如果某段水泥攪拌樁取芯檢測合格率超過90%，就可以認定這段水泥攪拌樁的質量滿足要求，如果合格率80%～90%，該段應同等補樁；如果合格率不足70%，則認定該段水泥樁質量不合格。

4 結語

在高鐵工程施工中，水泥攪拌樁一種有效的軟土地基處理方式，其成樁質量和軟土類別、含水量、施工工藝、水泥劑量、有機質含量等諸多因素之間有著直接的關系。本項目施工所在地區地質情況較為復雜，不同地段地層的含水量差距較大，另外，土層強度和土層黏性也存在一定的差異，水泥攪拌樁施工中，經常出現斷樁現象。為此，設計施工計劃時必須做好土質分析，根據項目施工區域的軟土結構，選擇合理的軟土地基治理方案，確保達到最佳處理效果。