三軸水泥攪拌樁在軟土地基中的應用

駱廷松 中交四航局第二工程有限公司

1.工程介紹

1.1 工程概況

為減少碼頭結構運營期的沉降位移，確保結構安全，需加固處理場地軟土。碼頭區域地基加固分兩次進行，先對整個場地進行大面積真空預壓，再根據結構安全需要開展二次加固，具體采用水泥攪拌樁。本工程水泥攪拌樁施工處理寬度19～39m，采用格柵狀布置。原設計水泥攪拌樁采用雙向攪拌、四攪兩噴濕法工藝，單樁直徑700mm，樁間搭接≥150mm，水灰比0.5，水泥摻量18%。

由于軟土地基經過排水板和真空預壓第一次加固處理后，地基含砂層固結速率加快，標貫擊數大幅提高。單雙軸樁機由于地質原因，在砂混淤泥、粉細砂層錘擊數均需＞15擊，雙向攪拌水泥攪拌樁試樁過程中經常出現漿管堵塞、鉆頭斷裂、鉆桿彎曲變形、電流過大燒壞電機的情況，導致施工效率低下。后經過多次論證，變更為三軸水泥攪拌樁機施工。三軸水泥攪拌樁，單樁直徑850mm，樁間搭接≥250mm，水灰比1.3，水泥摻量20%。

1.2 水泥攪拌樁設計具體參數

在設計水泥攪拌樁時，要求鉆進速度為1m/min，確保平均提升速度也為1m/min，攪拌樁的攪拌速度≤50r/min，此外控制攪拌樁的鉆進噴漿壓力在0.4～1.6MPa。在攪拌樁操作之前，控制水泥摻量為20%，拌和水為自來水，注意水灰比為1∶3，最后控制噴漿流量為278L/m。

2.施工準備

（1）平整場地：為了提升荷載承重力、利于樁架移動，鋪設墊鋼板。在三軸攪拌機進場前保證施工場地平整，為后續工作提供便捷。先由專業部門勘察場地，探測沿線地下的障礙物，依靠最終探測結果清理障礙物。

（2）測量放線。根據設計圖紙放樣定位和測量標高，并標識位點數據。測量結束后填寫《施工放樣報驗單》并請監理審核簽字。

（3）開挖溝槽。參考基坑圍護規劃范圍，開挖溝槽以及清理障礙物。導槽中心線兩側寬各0.6m、深0.4m。開挖后及時完成后續作業，防止水泥漿溢出。存放好廢棄泥漿，作業完成后送達集中處理點，保障施工現場安全，做文明施工示范工地。

（4）確定軸攪拌樁位點。放線結束后依靠輔機頭部定位器設計中心線平行槽的定位線。從第一根樁開始，每隔1.2m標記位點。作業時要求定位器對準標記位點，確保與水平面平行后方可動工。

3.施工工藝

水泥攪拌樁施工方式為兩攪兩噴：攪拌機鉆桿下鉆至設計深度后，攪拌提高升樁頂位置，主要為跳打施工。

3.1 樁位定點

在試樁作業前提前計算并驗證動工參數，保障參數的精準度，為下一步操作提供準確的數據支持。具體操作包括以下幾點：（1）檢測下鉆、提鉆速度，攪拌樁機不同檔位對應速度不同，檢測相對速度，規定最終選取的下鉆、提鉆速度為V；（2）檢測泥漿泵流量值，最后檢測泥漿泵的流速為Q；（3）調試參數，根據下鉆和提鉆速度V及泥漿泵流速Q計算出樁體內每米漿量。比較計算出的水泥用量和設計要求的每米水泥用量，若計算值大于設計值，則提高V或減少Q；若計算值小于設計值，則降低V或增加Q。最終結果要求計算值和設計值相一致。

3.2 樁機就位、對中

把攪拌樁機運送至測定好的攪拌樁位點，然后對中。同時依靠樁機自帶的調直裝置和吊線錘雙向檢測機架垂直度，樁身的垂直允許偏差為1%。

3.3 制備水泥漿

按設計和典型施工確定的配合比拌制水泥漿，待壓漿前將水泥漿倒入集料斗中；根據設計要求，試樁前在現場取有代表性的土樣進行水泥土配合比設計（17%、18%、20%、22%），確定水泥摻入比。選擇土層自然含水量平均濕密度計算土容重。其平均濕密度為1.72t/m3，按照20%摻量計算確定摻量水泥用量：水泥用量=樁長×樁截面積×土的密度×水泥摻入量。

當為850 mm 樁徑（雙向水泥土攪拌樁）且水泥摻入比為20%時，每m3水泥用量=（0.425×0.425×3.14×3-0.2074）×1720×0.2=514.26kg/m3。

水灰比控制：濕法的水泥漿水灰比可取1.0～1.5，三軸水泥土攪拌樁現場試樁水灰比暫按1.2進行試樁。水泥密度3.1t/m3，水的密度為1t/m3，按每T水泥計算：

水灰比選取1.2時，漿液比重=（1+1.2）/(1/3.1+1.2)=1.445，每m3水泥用量=（0.425×0.425×3.14×3-0.2074）×1720×0.2=513.96kg/m3，每m3泥漿體積=514.26×2.2/1.445=782.95m3。

3.4 噴漿下沉至設計深度

開動樁機動力頭，沿導向架向下潛進，下部葉輪和上部葉輪合作達到切土、拌勻的目的，觸及目的樁底標高后暫停作業。確保無誤后打開送漿泵，順沿和葉片連接的噴嘴將水泥漿噴入土體中，使固化材料附著在旋轉土壤產生的的空隙中，并旋轉半周。通過上部葉輪的作用將土和漿體固化材料混勻。經過兩組葉片同時反向旋轉，切割和攪拌土壤，攪拌樁機鉆桿繼續潛進到根樁的設計標高，完成根樁的“攪動、噴灑、攪拌、拌勻”步驟。

3.5 攪拌提升至規定停漿面

在樁底部，攪拌、噴灑和攪拌后保持30s以上，準備提升鉆頭的尖端。攪拌機升起過程維持旋轉狀態，使漿液和土壤充分混合。在超出地面水平面或樁頂高度50cm后才可停止運行鉆頭。

4.施工質量控制

（1）成樁3天后測定成樁的均勻性。成樁7天后淺挖樁頭，檢查成樁均勻性。成樁28 天后選取常用抽芯法測定樁體的承壓能力，數量要求為總樁數的1.0%，在規定范圍接受檢測的攪拌樁不得少于總數50%。選擇雙管單動取樣器鉆芯取樣，鉆孔直徑＞108 mm。檢測過程嚴格按照規定進行：取芯率100%、現場留樣、標記進尺刻度、最終報告需附彩照。規定28天齡期的芯樣90%（原則上均指被抽檢的各單樁的芯樣百分比，下同）單軸抗壓強度應＞0.9MPa，10%應≥0.8MPa；90天齡期芯樣90%單軸抗壓強度應＞1.1 MPa，10%應≥1.0MPa。

（2）當水泥漿液到達出漿口后應噴漿并攪拌30s，并在開始提升攪拌頭前完全和樁頂端的土壤拌勻。

（3）如果在施工過程中因其他因素造成停漿，先把攪拌頭降低至停漿區域0.5m以下，待問題解決后再次操作。如果機器停止運行超過3h，必須妥善拆除和清潔輸漿管，以待后續使用。

（4）在距樁頂部1m的設計高度攪拌和噴灑時應緩慢，以確保桿頂部位置的均勻性。

（5）格柵狀加固時，相鄰樁的作業安排間隔不可超過24h，否則會出現無法搭接相鄰樁的情況，需進行局部補樁或注漿等修補作業。

5.施工常見問題及解決措施

在工程進展中，有些問題的存在可能會拖慢工程進度，如：（1）因為技術問題等可能造成樁位偏移、樁身傾斜；（2）三軸攪拌機械及附屬設備在施工點的安裝耗時需10天左右，并且設施需要較大的場地，對水泥儲量和電路要求也較高（一臺500kW的變壓器只能供應一臺三軸攪拌機的運轉）；（3）噴漿時期，水泥受潮結塊導致噴漿阻塞、輸漿管彎折過長，均會造成噴漿中斷等。

關于工程中出現的問題，有以下幾點解決方式：（1）施工前清理施工范圍內的障礙物，不可使用雜填土回填，樁位線處做好標記，垂直度偏差控制在1%以內；（2）提前確定機械，預估機械占地面積，避免后期場地過于擁擠；（3）增大水泥用量，適當減慢鉆進和提升速度，減小氣體流量和保持管道壓力均勻，保證噴漿的連續性等。

6.結束語

經過對三軸水泥攪拌樁進行檢測，攪拌樁間距設計、樁體強度、樁長等均達到合格標準、成樁質量良好。此次雙向水泥攪拌樁變更為三軸水泥攪拌樁不僅克服了施工過程出現的各種問題，保證了施工質量，而且極大提高了施工效率，大幅縮短施工工期，可為類似工程提供參考。