長江沿岸深層軟土雙向水泥攪拌樁施工技術

劉 偉 王鵬飛 陳承明

（中交二公局東萌工程有限公司）

長江沿岸河漫灘以及階地地段，由沖洪積形成。其上部為灰色、深灰色淤泥質粉質黏土，流塑狀態，局部夾粉土，厚度一般為10～30m；下部為黃灰色、黃褐色粉質黏土，可塑-硬塑狀態，厚度5～15m。為了減少工程造價，可采用雙向水泥攪拌樁施工技術。水泥攪拌樁是軟土地基處理的常用方法，其施工技術具有適用范圍廣、加固效果好、施工工藝簡單、施工成本低、工期短等優點[1]。但針對上述地質情況，需對水泥攪拌樁施工工藝進一步優化，以解決水泥凝結時間慢、深層軟土成型難度大等難題，提高水泥攪拌樁施工質量。

1 工藝特點分析

⑴將深灰色、腐殖氣味的淤泥質土進行清除，換填含水量小的粉質土，并分層對換填粉質土進行碾壓壓實，確保施工機具安全就位，進一步加強軟土路基成樁質量。

⑵優化水泥攪拌樁施工工藝，由2噴4攪傳統工藝的提鉆時噴漿優化為下鉆時噴漿，此工藝既能保證鉆進順暢、不堵管，又能保證水泥攪拌樁的均勻性，確保成樁質量。

⑶長江沿岸處地下水豐富，為保證成樁質量，水泥漿中摻入DN-HPC高效減水劑。

⑷考慮經濟型原則，設計采用等邊三角梅花型布設雙向水泥攪拌樁，處治樁長8～18m不等，處理至坡腳線外1m，間距1.1～1.4m，樁徑50cm。軟土較淺路段，水泥攪拌樁宜打穿軟土層并深入其下堅硬土層不小于100cm。

⑸水泥攪拌樁樁頂面設置40cm碎石+兩層雙向鋼塑土工格柵，邊坡碎石側采用反濾包邊土工布對碎石進行整體固定。

⑹檢測依據：水泥攪拌樁7天強度為不小于0.8MPa，28天強度為不小于1.6MPa，90天強度為不小于2.4MPa。攪拌樁成樁28d后進行荷載試驗，檢驗單樁承載力和復合地基承載力，其中單樁承載力＞140kN，復合地基承載力＞150kPa，水泥攪拌樁水泥用量不少于15%。

2 工藝流程及操作要點

2.1 水泥攪拌樁施工工藝流程

對于深層軟土地基的水泥攪拌樁施工工藝，根據項目具體情況，對其工藝進行了優化改進。

傳統的2噴4攪工藝：樁位放樣→攪拌鉆機就位→檢驗、調整鉆機位置→正循環鉆進至設計深度→打開鉆桿高壓注漿泵→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→重復攪拌下鉆至設計深度→反循環提鉆并噴水泥漿至地平面→成樁結束→進行下一根樁施工。

優化后的2噴4攪工藝：樁位放樣→攪拌鉆機就位→檢驗、調整鉆機位置→打開高壓注漿泵→正循環鉆進至設計深度并同時噴水泥漿→反循環提鉆復攪→重復下鉆至設計深度并同時噴水泥漿→反循環提鉆復攪至地平面→成樁結束→進行下一根樁施工。

優化后優點：在水泥攪拌樁鉆機鉆進過程中，由于鉆機的噴漿口朝下，故攪拌下沉鉆進時，同步噴漿作業，可有效防止噴漿口堵住，既能保證鉆進順暢、不堵管，又能保證水泥攪拌樁的均勻性，確保成樁質量。

2.2 試樁

在正式大規模對水泥攪拌樁進行施工的準備階段，為了確保該地區水泥攪拌樁施工的順利進行，必須要對其采取成樁工藝試驗。試驗的目的主要在于確保所得出的各項技術的檢測指標都是最佳狀態（包括鉆機攪拌次數、水泥漿水灰比、泵送時時間、泵送壓力、提升速度、下鉆速度、復攪深度等）。此外，為了保障所使用施工工藝能夠讓成樁的各項參數都符合標準，必須要在其不合格的情況下不斷進行調整。

2.2.1 成樁工藝試驗要求

試驗樁數至少為5根。必須符合設計圖紙所標注的各項參數要求（如每米摻灰量等）。為了確保攪拌的均勻性，需使用“4攪2噴”這一施工工藝，以保證攪拌的均勻程度。

2.2.2 試樁檢測

⑴在成樁7天時間內，采用輕便觸探器對加固后土樣進行鉆取采集，同時對攪拌的均勻程度進行檢查。使用對比法，采集儀器的擊數來檢測攪拌樁樁身的強度。28天后，根據監理指示，在樁體的樁頭、樁身及樁底等不同位置隨機鉆孔取芯。

⑵水泥攪拌樁試樣的平均無側限抗壓強度應≥0.8MPa。進行取芯時必須要保證樣品的完整性以及原狀強度。

⑶因為《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTGT D31-02-2013）中沒有明確要求水泥攪拌樁復合地基的荷載試驗檢測頻率，所以參見《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）第7章“復合地基”中第三節“水泥土攪拌樁復合地基”的相關要求，采用輕便觸探法抽檢，抽檢的比例應不小于1%或監理工程師規定的數值。

⑷進行現場載荷試驗（關于深層攪拌樁復合地基強度的載荷板試驗，交通部目前沒有標準），參見國標《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）以及《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）的相關規定。采用水泥攪拌樁處理的復合地基承載力基本值依據置換率、地質條件、單樁承載力等進行計算，一般應≥150kPa。

2.2.3 試樁結果

本項目試樁確定的水灰比如下，水:水泥:減水劑=25.45:63.22:6.322，經過試樁后，其水泥攪拌樁長度、28d樁身強度、單樁承載能力和復合地基承載力均達到了設計要求，具備下一步施工的條件。

2.3 操作要點

安徽蕪湖國道項目水泥攪拌樁施工地處長江中下游水系發達地帶，水泥攪拌樁施工主要解決各養殖塘、老河道處的淤泥質粉質黏土，提高其承載力，達到設計目標。因此，水泥攪拌樁施工前首先解決養殖池塘、老河道處的排水問題，并在溝塘底部挖掘帶腐殖質的淤泥，然后回填素土進行壓實，在確保機械穩定性后，開始水泥攪拌樁打設作業。

2.3.1 施工前的準備

⑴材料進場及檢測：施工中使用的水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，并與DN-HPC高效減水劑混合。水泥應做好防雨、防潮措施，施工前應將水泥、減水劑等材料樣品進行檢測，檢測合格后方可使用。

⑵施工設備進場及檢測：攪拌樁機的計量器具、測量GPS、全站儀和試驗檢測儀器送至進行第三方資質單位標定并出具檢測報告，確保儀器合格。

⑶人員準備：一個作業班組配備現場工程師1人，現場質檢員1名，鉆機操作人員2人，普工3人，施工前對所有施工人員進行安全、技術交底。

⑷場地整理：本項目水泥攪拌樁位于養殖塘、老河道處，首先對其進行排水及挖除溝塘底帶腐殖質的淤泥，然后采用素土進行分層回填夯實，確保壓實系數不小于0.9即壓實度不小于90%。同時為了確保鉆機穩定，地面淺水需挖集水坑排水，同時鋪設鉆機底座鋼管。

2.3.2 測量放樣

根據設計圖紙給定樁間距及現場查看，繪制了每段落水泥攪拌樁樁位布置圖并經監理單位、設計單位審批。首先根據設計圖紙放出施工區段的中線和邊線，然后根據已批復的樁位平面布置圖，用卷尺量距離，采用竹子或板條做好標記。樁位誤差不得大于5cm，且在施工過程中持續加強現場監管力度，嚴禁私自移動樁位標記，同時做好樁位復測工作，以確保樁位的準確性。

2.3.3 樁機的就位、調平

在進行該環節施工準備階段，施工人員要清理場地以確保其平整性，并分別采用水平尺和錘球來調整機身整體水平及鉆桿垂直度，主要包括以下方法：

⑴在懸掛錘球到樁架頂部位置后，采用鋼尺來測量錘球水平距離鉆桿的具體數值。

⑵為了確保樁機單樁體能滿足施工要求，其豎直度必須小于錘繩有效長度（高度）比值的1.5%；若大于1.5%，就要采用“千斤頂+移動下方枕木”的方式來調整樁機平臺。

2.3.4 制備水泥漿

制備水泥漿必須要根據試樁所得出的配比來加以控制；同時，為了保證配比數據的有效性與真實性，要組織專業人員來詳細記錄相關內容（主要包括水泥漿制備灌輸、水泥摻量、外加劑摻量、泵送漿液時間等）。

本工程水泥漿采用了現場配備的方式，且在使用時確保符合以下條件：

⑴為方便管道泵送和設備噴攪施工，制備好的水泥漿須在整體上呈現出較好的流動性，且沒有離析現象。

⑵在具體施工時，要采取“隨拌隨用”方式，且要求施工人員要在勻速攪拌的同時添加過濾網來將雜質篩掉。

⑶已完成攪拌的水泥，靜置時間必須＜2h；若靜置時間＞2h，則將其廢棄。

2.3.5 鉆進并噴漿

水泥攪拌在鉆進與噴漿環節，要在攪拌機電力系統已開始運轉后，將起重機鋼繩松開，目的在于讓設備鉆桿可以朝著導向架進行攪拌施工并切土下沉；與此同時，為確保該下沉速度能控制在0.8～1.5m/min，可使用電機電流表對鉆桿加以控制（電流需＜70A）。

樁底標高的控制措施包括：根據設計圖紙已給定的樁長，以原地面標高為基準，通過鉆桿長度控制樁底標高，確保樁長不小于設計樁長。鉆進過程中攪拌頭下沉時，應同時進行噴漿作業，可有效預防鉆桿噴漿頭堵塞。

2.3.6 反轉提升確保水泥漿液通過輸漿管和鉆桿壓入加固土底部

攪拌機施工至設計深度后，攪拌頭應在此位置持續攪拌1～2min，確保水泥漿液與樁底土壤混合均勻，以滿足施工要求。

需注意的是，當攪拌頭處于提升狀態時，為了讓土體能夠均勻攪拌水泥漿液，施工人員一定要保持慢速；另外，噴漿要在攪拌頭已伸出地面準備鉆進環節時進行，此時要控制好噴漿頭鉆進下沉速度（0.8～1.5m/min）。

2.3.7 復攪下沉噴漿、反轉提升出地面

攪拌機提升至工作基準面下0.5m時，停止噴射漿液。復攪下沉時繼續噴漿，噴漿達到設計加固深度，噴漿壓力不小于0.4MPa，速度一般為0.5～0.8m/min，然后反旋轉提升出地面。

清洗并移動樁機，進行下一根樁的施工，重復上述施工步驟⑵至⑺即可。樁機位移前，首先往攪拌桶中注入適量清水，啟動灰漿泵，清洗管道殘留漿液與攪拌頭，清洗干凈后方可位移樁機。

3 效益分析

3.1 不同工藝的對比

設計給定的水泥攪拌樁施工工藝采用傳統的工藝，本項目結合實際情況，采取了優化后的施工工藝，具體對比如表1所示。

表1 傳統工藝與優化工藝對比

3.2 不同處理方案的效益對比

經過與高壓旋噴樁、CFG樁、預應力管樁地造價、施工效率、質量控制、安全環保及對周邊結構物影響程度等方面做對比，發現在地質適宜的地區采用水泥攪拌樁施工效益顯著。具體如表2所示。

表2 效益對比

4 結語

針對長江沿岸河漫灘以及階地地段由沖洪積形成的軟土層厚特殊地質，其流塑狀態的灰色、深灰色淤泥質粉質黏土層厚度大，水泥凝結時間慢、深層軟土成型難度大等特點，蕪湖國道項目采用改進的2噴4攪水泥攪拌樁施工工藝，取得圓滿成功，順利通過第三方檢測驗收。本工藝在施工過程中無振動頻率，施工噪音小，環境污染小，不影響周圍居民的正常生活及工作，能確保周圍民房、廠房及既有設施的完好無損，社會效益和環境效益顯著，可為后期南方水網地區、地下水豐富區域的水泥攪拌樁施工提供借鑒。