近海軟基地區水泥攪拌樁施工工藝與質量控制

韓斌武，李振強

(中交一航局生態工程有限公司，廣東 深圳 518000)

1 引言

基坑支護結構是基坑工程中重要的組成部分，尤其是深基坑的支護結構更是涉及到人身的生命安全，必須保證支護結構的堅固和穩定[1]，水泥攪拌樁格柵墻支護結構作為近海地區廣泛采用的基坑支護形式，其成樁質量就顯得尤為重要。近海軟基地區淤泥層厚度大，上層回填雜填土成分復雜，相對來說地質情況不太理想，要想做好成樁的質量把控，必須在過程中進行重點的質量控制。

2 工程概況

深圳市沙井水質凈化廠三期工程位于近海軟基地區，地貌類型屬深圳市西部海河混合堆積地形～海積沖積平原區，場地原始地貌為魚塘等灘涂地，地面原始高程約2.0～3.1 m，后經人工開發，堆填建設用地，現狀堆土多為生活垃圾、廢土廢渣、建筑垃圾等。

本工程面積將近4萬m2，基坑開挖深度深，基坑周長達到800余延米，支護結構類型采用水泥攪拌樁格柵墻支護，坑內采用水泥土格柵進行坑內加固，設計總樁數達到3萬余根。

3 近海軟基特點

以沙井三期項目為例，場地原始地貌為魚塘等灘涂地后經人工堆填建設用地，現狀地勢凹凸不平，總體向西(海向)微傾。根據工程地質勘察報告結果顯示，土層地質由上而下分別如下：

(1)第四系人工填土層(Q4 ml)。人工填土層主要分布于場地表層，根據填土成分的不同，分為雜填土(生活垃圾)、雜填土(建筑垃圾)、素填土。

(2)第四系海相沉積層(Q4 m)：主要以淤泥、淤泥質砂土為主。

(3)第四系沖洪積層(Q4al+pl)：主要以粉質黏土、細砂、中粗砂、礫砂、淤泥、淤泥質砂為主。

(4)第四系殘積土(Qel)：主要以風化嚴重的混合花崗巖堆積而成。

4 水泥攪拌樁施工工藝

施工工藝包括：①場地整平;②樁位放線;③樁機就位;④水泥漿液配置;⑤預攪下沉上提噴漿;⑥復攪下沉上提噴漿;⑦樁機移位;⑧成樁。施工流程見圖1。

圖1 單軸水泥攪拌樁施工工藝流程

4.1 場地平整

華南地區近海軟基上表面多為雜填土，表層凹凸不平。為了保證現場施工安全以及水泥攪拌樁的樁身垂直度，需要在水泥攪拌樁施工前，將整個場地的標高清理到設計標高并進行整平工作。

4.2 樁位放樣

依據設計圖紙上的樁位的位置、現場控制點之間的相互關系，測量人員精確計算出放樣所需的相關數據，核對無誤后與施工人員進行交接。

施工人員負責對測量數據進行復核，復核無誤后，依據復核后的放樣數據，測量人員使用天寶GPS-R8S進行樁位放樣，在該過程中，施工人員必須進行跟蹤復核，形成復核記錄。上報放線記錄并經監理工程師復核無誤后方可進行施工。

4.3 樁機移位

要選用性能良好的機械，降低故障率[2]，在機械抵達現場后，重點檢查吊索、吊環、吊具、釣鉤等機械用具，發現問題及時處理。機械組裝過程現場要拉設安全警戒帶。配置專業人員進行現場安全管理。配備一名專業起重指揮人員(持有特種作業證書)，在機械組裝過程中負有起重指揮責任，進行統一號令。在作業過程中嚴格按照操作規程進行操作，遇到特殊惡劣天氣(如6級以上大風、暴雨等情況)，立即停止作業，做好現場保護。

4.4 水泥漿液拌制

水泥漿液嚴格按照設計的配合比配制。采用臥式散裝水泥罐集成一體式制漿系統進行系統制備。該制漿系統采用觸摸屏、稱重和邏輯控制于一體的觸摸控制為核心，配合電氣回路來完成全自動制漿，制漿過程中通過多物料定量稱重配料與順序啟停控制實現。系統具有手動和自動兩種模式可選。

自動制漿系統僅需修改水灰比設計參數及需要水泥漿液體積，勾選自動抽漿系統按鈕，即可完成全過程自動制漿過程，因攪拌桶容量有限，若單次需大方量水泥漿液制備時，需分批次完成水泥漿液制備。

手動制漿系統主要為通過手動控制加入水的重量、水泥重量并充分攪拌，來實現水泥漿液制備，完成后需手動控制水泥漿液抽出。

現場配置專職試驗檢測人員對水泥漿比重進行檢驗，嚴格按設計進行水灰比的控制。水泥漿必須隨配隨用[3]，充分拌和均勻。在水泥罐附近設置自動配料拌和裝置，采用“集中拌和、多點供應”的方式向各工作面輸送水泥漿。

4.5 預攪噴漿

移動深層水泥攪拌樁機，對準樁位控制點，調整樁機水平，機械用水正常循環運行后，即可開啟水泥攪拌樁機電機，通過控制水泥攪拌樁機上的吊索，操控機械鉆頭沿導向架向下鉆進，邊攪拌邊切削土體下沉，操作架上有儀表盤，通過控制電流檢測表來調整鉆進提升速度。施工過程中，根據地下土質情況調整鉆進提升速度。雜填土、素填土地層鉆進提升速度不宜大于1.0 m/min，淤泥地層鉆進提升速度每分鐘不宜大于0.8 m，工作電流不應大于額定電流。

在施工過程中，嚴格把控觀察設備運行情況，了解地層變換情況，鉆頭鉆進到設計標高位置后，暫停鉆進，保持在樁底標高處連續噴漿不應小于30 s[4]。水泥漿液始終保持拌合狀態，鉆進提升過程中一直保持噴漿攪拌，中途不得間斷[5]，嚴格控制好噴漿壓力在0.5～0.6 MPa之間，根據地下土質情況調整噴漿壓力，雜填土、素填土地層噴漿壓力要嚴格控制在0.5 MPa，誤差不超過0.05 MPa，淤泥地層噴漿壓力要嚴格控制在0.6 MPa，誤差不超過0.05 MPa。施工過程中，因其他原因導致停止噴漿，應保證有0.5 m的復核噴漿深度，根據樁機鉆進或提升情況，將鉆頭下沉或提升停漿點0.5 m[6]位置處，等水泥漿液供應系統恢復正常后，在進行攪拌施工。若故障導致停機過程比較長，如一般情況下超過40 min以上，為了保證設備和管道中的泥漿不硬結，要對設備和管道進行全面清洗。

4.6 復攪噴漿

為了加強水泥攪拌樁成樁的均勻性，使土體充分攪碎[7]，需要對全樁長重復進行上下復攪，并在復攪過程中進行第三、第四次噴漿。

4.7 樁機移位

水泥攪拌樁施工完畢后，將葉片上的土塊雜物清理干凈，確保注漿孔不堵塞[8]。緩慢移動深層水泥攪拌樁機至下一根水泥攪拌樁樁樁位，水泥攪拌樁搭接施工的間隔時間不宜超過24 h[9]。當完成一段施工段后，應對水泥攪拌樁機鉆頭進行全面清理。

4.8 成樁

等待水泥攪拌樁施工完成14 d后，用人工方式，采用淺部開挖的方法，挖出樁端頭，注意開挖過程中不要破壞樁頭，開挖完畢后，目測檢查攪拌均勻性，采用直尺測量成樁直徑。等到28 d后，選擇有代表性的樁體進行鉆探取芯檢測。至此，水泥攪拌樁正式形成。

5 不同地質條件下水泥摻量與水泥土強度比對

由于水泥摻量因素對水泥攪拌樁的現場施工效果影響較大，水泥土的無側限抗壓強度是非常重要的一個參數[10]，因此，應開展室內配合比試驗確定合適的水泥攪拌樁水泥摻量。

5.1 試樣成型

選取滿足土性要求的土樣摘除植物根莖等雜物，用攪拌器攪拌；待土樣攪拌均勻后，加入事先按配合比要求乘量好的水泥與水，繼續攪拌，攪拌機旋轉葉轉速300 r/min，攪拌時間約為15 min。待水泥土攪拌均勻后，分層裝入立方體試模，并放上振動臺進行振搗密實。試件成型后放入20°±5°，相對濕度不低于50%的環境下養護。

本次配合比試驗對水泥7 d、14 d、28 d、60 d、90 d試驗結果進行匯總，水泥淤泥質黏土層、砂性土層2種代表土質不同摻灰量的配合比試驗。

本次試件無側限抗壓強度為試驗7 d、14 d、28 d、60 d、90 d齡期強度。

5.2 無側限抗壓強度結果統計

5.2.1 淤泥質黏土層

本次完成淤泥質黏土層7 d、14 d、28 d、60 d、90 d5種不同的摻灰量，配合比試驗無側限抗壓強度值基本滿足最大值或者最小值與平均值的差值小于20%的，剔除不合格結果，統計有效數據，如表1所示。

表1 不同齡期無側限抗壓強度～水泥摻量匯總

5.2.2 砂性土層

本次完成砂性土層7 d、14 d、28 d、60 d、90 d5種不同的摻灰量，配合比試驗無側限抗壓強度值基本滿足最大值或者最小值與平均值的差值小于20%的，剔除不合格結果，統計有效數據，如表2所示。

表2 土層不同齡期無側限抗壓強度～水泥摻量匯總

根據表1、表2可以得出，淤泥質黏土和砂性土相比，要想達到相同強度，所需的水泥摻量要更多，因此針對淤泥質黏土，應采取放慢噴漿攪拌速度來延長噴漿時間進而加大水泥用量。

6 關鍵質量控制

6.1 垂直度控制

水泥攪拌樁樁身垂直度直接影響單樁豎向承載力，尤其重要。在實際現場施工過程中，要保證機械底盤水平，鉆桿和導向架垂直于機械底盤。根據相關施工規范，鉆桿的導向架垂直度要做好控制，要求在1/150[11]范圍內，根據設計對水泥攪拌樁身垂直樁度施工的相關要求，要不大于1/100，在實際施工過程中，通常采用在機械導向架上懸掛一吊錘(吊墜)，通過調整樁基水平度，控制吊錘(吊墜)與鉆桿上、下距離相等，左、右距離相等的方法來控制樁身垂直度。

6.2 不同地質情況下鉆進與提升速度的控制

經過成樁效果檢查，在相同的鉆進提升速度下，淤泥地質條件的成樁效果要弱于其他土質。因此，要對淤泥地質土體加大攪拌次數，通過采取加快鉆頭的旋轉速度和放慢淤泥地質鉆進提升速度來實現。在實際施工中，根據地質勘察報告，結合樁機深度儀。在地質分層處提前進行速度的轉換，達到每一粒土體都能被攪拌的充分徹底。根據試樁及試驗效果顯示，雜填土、素填土地層下鉆上提速度每分鐘不能超過1 m，淤泥地層下鉆上提速度不能超過0.8 m/min。

6.3 噴漿壓力的控制

在華南地區近海軟基施工，因地質條件的不同。噴漿壓力對成樁直徑，成樁效果顯現的尤其十分重要，噴漿壓力過大會造成成樁直徑大，水泥攪拌樁單位體積水泥用量偏少，影響樁體強度。噴漿壓力過小會造成成樁直徑小，樁與樁之間未形成有效咬合，影響樁整體穩定性。經過成樁效果的檢查，在相同的噴漿壓力條件下，淤泥地質的成樁直徑要小于雜填土、素土地質，因此相比于雜填土、素土地質，淤泥地質噴漿壓力要比雜填土、素土地質大。根據地質勘察報告，在地質分層處進行噴漿壓力的調整。根據試樁效果顯示，雜填土、素填土地層噴漿壓力要控制在0.5±0.05 MPa，淤泥地層噴漿壓力控制在0.6±0.05 MPa。

6.4 水泥漿液質量的控制

水泥質量：按設計要求，采用P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥必須保持干燥狀態、沒有受潮和結塊等現象，并且有正規的出廠合格證和符合要求的進場檢驗報告，水泥漿液水灰比嚴格控制在0.6∶1。通過對水泥漿比重定期檢測來控制施工水灰比。

要想保護水泥漿液的質量，必須采用符合要求的拌合用水，加強水泥漿水泥漿液的攪拌控制，尤其是拌合時間的控制，一般不得少于3 min。根據現場施工情況采用分次拌合的，為了保證施工的連續性，必須保證水泥漿水泥漿液連續拌制使用。水泥漿液要隨拌制隨使用，不得離析[12]，儲存時間不得過長，防止凝結結塊，一般情況下不得超過2 h。現場配備比重計實時檢測水泥漿比重，保證水灰比符合設計要求。另外注意水泥漿水泥漿液攪拌處要有一定數量的遮雨材料(雨布、塑料薄膜等遮蓋物)，防止降雨影響水泥漿水泥漿液質量。

6.5 樁長、樁徑的控制

在設備進場后，現場實測水泥攪拌樁樁頭的規格尺寸，施工過程中要根據水泥攪拌樁樁頭的磨損情況定期進行量測。因磨損達不到要求時應及時予以更換，成樁7 d后，采用淺部開挖的方法對樁徑進行復核。施工前對每臺樁機的樁長進行校核[13]，確保儀表盤的準確性。采用專人復測樁長，保證每一根樁長都是合格的。

7 結論與討論

水泥攪拌樁的原理是利用水泥漿充分攪拌原狀土[14]，使原土硬結成具有一定強度和穩定性的整體結構[15]，整體效果受到施工過程影響因素較多。華南地區近海軟基地質情況比較復雜，軟基居多。通過工程實例研究結果表明：華南地區近海軟基水泥攪拌樁的成樁質量，受切削土體次數及水泥用量影響較大。要想控制水泥攪拌樁的成樁質量，就要在地層分界處轉換鉆速。建議在該區域進行地勘取樣時，加大鉆孔密度和精度，使得地勘報告里的地層分界點更加精確，為攪拌樁施工提供數據支持，保證成樁質量。為工程建設的安全、保證質量打下堅實的基礎。