安徽省大沙河排澇站水泥攪拌樁施工技術

摘要：水泥攪拌樁技術是軟基處理的有效形式之一，通過攪拌樁機將水泥噴入土壤中并充分攪拌，使水泥與土壤之間發生一系列物理化學反應，短期內快速加強構筑物基礎強度，提高承載力。以大沙河綜合治理項目排澇站工程為例，闡述了在地下高水位壤土、粉細砂中水泥土攪拌樁的施工工藝、技術要求、質量控制及相關參數。研究成果可為今后類似工程施工提供借鑒。

關鍵詞：排澇站; 水泥攪拌樁; 軟基處理; 大沙河治理工程

中圖法分類號：TV523" 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.S1.013

文章編號：1006 - 0081（2022）S1 - 0043 - 04

0 引 言

水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主要成份，通過攪拌樁機將水泥噴入土壤中并充分攪拌，水泥與土壤之間發生一系列物理化學反應，使軟土形成具備堅硬的整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，從而提升地基的硬度和強度，是軟土地基處理的有效形式之一。處理后的軟土在物理性能方面會得到明顯提升，可滿足具體的施工需求。這種技術能夠應用于不同類型的土質，如淤泥土質、黏性土質、干燥的松散土質等[1]。根據所選擇注入材料的狀態差異，該技術可被劃分為濕法和干法。濕法是先在地面將水泥制成水泥漿，然后送到地面與地基土攪拌，經一段時間的硬化后，即可起到加強地基穩固性的作用。這種方法只需將混合物攪拌均勻即可。干法即采用空氣壓力方式，直接將干燥的水泥粉注入到地底下，覆蓋地基土表面;利用地基土中的孔隙水進行水化反應后，進行固結，達到改善地基的目的。水泥土硬化時間短，可提高樁間強度，但攪拌均勻性欠佳，難以全程復攪[2]。水泥攪拌樁樁徑一般為500～550 mm，最大為600 mm，固化劑常用等級強度為32.5/42.5。水泥摻量12%～20%。濕法加固深度20 m，干法加固深度15 m。大部分工程在實際施工中都會直接選擇濕法。

1 大沙河綜合治理工程概述

1.1 工程概況

大沙河綜合治理工程位于安徽省懷寧縣境內。該工程提防和排水站級別都為4級，洪水標準為20 a一遇。建筑物結構環境級別為Ⅱ類。排澇站由進口段、站身段、匯水箱涵段、穿堤箱涵段、防洪控制段、泵室上游護坦、泵室下游消力池及海漫、進出口翼墻等組成。

1.2 工程地質情況

大沙河綜合治理排澇站工程為穿堤建筑物，堤身土質與附近地表淺部土質基本一致，地層為粉質壤土、砂壤土、砂層、淤泥質土?；A底板位于厚重的粉質壤土層上，開挖后站體下的壤土層厚度約為1.5～2.0 m，承載力低;下部土層極易發生滲透現象，由承載力較弱的粉質土壤所構成;其下為礫質中粗砂層，可作為持力層。為增強地基的負載承受力和抗滲性，在水泥土攪拌樁的地基下設置了站體段、沉池涵洞段、堤箱涵洞段和防洪段。

2 設計技術要求

攪拌樁的設計樁徑為0.50 m，間距為1.0 m，呈等距正方形排列。樁長度須超過淤泥層下部1 m的位置，可在長度8.0～10.4 m的數值范圍內選取。水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，摻量不宜小于加固濕土的15%，水泥漿水灰比0.50。

3 水泥土攪拌樁的主要施工方法

3.1 施工準備

（1） 通過施工前的技術試驗樁，掌握現場的成樁經驗和各種操作技術參數，經與監理單位確認后進行施工。

（2） 清理現場。清除施工地段上給施工帶來影響的雜物，包含大石塊以及各種垃圾。針對低洼處，則應采用黏性土進行回填，同時還需壓實，不能使用雜土進行回填。

（3） 利用全站儀恢復線路中線樁，確定樁位，布置平整點，控制高程，用石灰或驅竹樁標出樁位，進行技術交底。人工挖掘施工路段周邊的排水溝，并制作臨時排水設施。

（4） 水泥選擇。必須使用正規企業的水泥，同時確保水泥在保質期內，不能出現結塊的現象，可采用普通標號的水泥，或使用礦渣制作的水泥。針對免檢企業所供應的水泥，需進行檢測，同時還需分批抽查和形成完整的數據檢測報告。為改善水泥的可加工性、提高水泥和土壤的強度和耐久性，可添加適量的外加劑。實際施工中使用的水泥和外加劑必須通過室內試驗的檢查并滿足設計要求才能使用[3]。

（5） 工程機械的主機是深層攪拌機，有雙攪拌軸中心管漿輸送和單攪拌軸葉片漿噴涂兩種方法。配套機械主要包括砂漿混合機、集料斗、砂漿泵、控制柜和計量裝置。設備必須具有良好和穩定的性能，并配備計算機記錄儀和打印設備，以便及時了解和控制水泥漿的用量和噴漿的均勻性，驗收合格后進行施工。

（6） 施工前測量鉆桿的長度，并用顯著的標志標記，以掌握鉆桿的鉆進深度和再攪拌深度，保證設計樁長。

3.2 施工工藝流程

水泥攪拌樁的施工可分為9個步驟，總體可概括為試樁階段，噴射和重復攪拌階段，以及收尾階段。具體細節如下。

（1）試樁。為明確最終的工藝和參數，試樁數量須不少于3根。具體施工參數見表1。

通過試樁，經設計單位、監理單位和施工單位現場確認，鉆孔速度為1.0 m/min，提升速度為1.0 m/min，管道壓力為1.2 MPa，水泥用量為56.2 kg/m，并以0.50水灰比作為攪拌樁的施工參數。

（2） 施工放樣。使用全站儀，對深攪樁軸線的位置進行確認，并明確邊樁控制樁位置。在打樁機就位前，對準準確的打樁位置，用竹筷標出打樁位置。同時，在施工區域外沿線 （距離約50 m） 布置臨時平整點，作為施工時控制樁頂標高的依據。

（3） 樁機定位。打樁位置必須固定，且實際打樁過程中還必須確保軸線和鉆機中心的重合，在確定了鉆頭的位置之后，就需要使其和樁的位置對齊，同時確保軸線和鉆孔中心重合。以吊線錘校正機架垂度，每工作班檢查不少于2次，使垂直度偏差不超過1%。

（4） 備制水泥漿。根據設計確定的配合比拌制水泥漿。先將水倒入桶內，再將水泥等粉料倒入。啟動攪拌機攪拌，篩分后放入砂漿池中。水泥用量為56.2 kg/m，水灰比0.5∶1.0，每組樁的水泥用量為533.9 kg。

（5） 攪拌下沉噴漿。將泥漿軟管接入攪拌機的出料口;以懸掛方式，將攪拌機固定在起重機之上;確認攪拌機內部的冷卻水循環處于正常的工作狀態之后，啟動電機電源，同時緩慢放下起重機上的鋼絲繩，利用設備自重切割土壤，同時繼續下降起重機，使其能夠直接深入到設計位置。下沉速度必須依據實際情況進行控制，通常情況下必須保持在1.0～1.4 m/min的范圍內，工作電流也必須控制在70 A以內。如果下沉速度太慢，可從泥漿輸送系統中補充水，以便鉆井。鉆孔前，用鋼尺測量鉆孔工具的總長度，并用紅色油漆標記設計孔深度位置，以便于驗證。

（6） 噴漿攪拌提升。攪拌機鉆進到設計深度，核查合格后開啟灰泵，將水泥漿從攪拌機中心管壓入地基，邊噴漿邊攪拌，直至提出地面;啟動傳動系統并將其調整到第二檔速度反轉。在確?；曳哿窟_到設計要求的2/3時，一邊提起灰泵，一邊繼續噴灰和旋轉。經過試樁步驟，發現攪拌機的提升控制在1.0 m/min左右時，攪拌樁強度最大，如此即可以確認后續的攪拌機控制速度。第一次控制噴漿量為設計用注漿量的70%。

（7） 復攪下沉。噴涂、攪拌和提升到設計頂部標高后，停止提升，將傳動系統調整到正常旋轉，停止噴涂。為有效保證水泥和軟土混合物的攪拌均勻度，需要采用二檔速度，在?；颐娴皆O計深度位置區域進行重復攪拌。

（8） 重復提升。重新攪拌至設計深度后，調整傳動系統的反向旋轉，打開砂漿泵，攪拌并提起同時噴灑，直到攪拌機升至地面，完成攪拌樁施工。

（9） 清洗系統。灌漿完成后，提起鉆桿和鉆頭，以低壓注水。用足量的清水對料斗進行清洗，必須確保砂漿泵、管道以及設備其他位置未留下任何泥漿。同時將粘附在攪拌樁頭的軟土清洗干凈。

（10） 移機定位。沖洗作業結束后把鉆機設備移到新孔位上，重復上述步驟施工。

3.3 施工控制

（1） 嚴格按照預定比例將漿液混合均勻。為避免出現泥漿離析的現象，必須進行連續攪拌。灌漿前將水泥漿倒入料斗中，超過2 h的漿液使用下標號;在利用料斗對漿液過濾時，需設置過濾網做好篩分工作，以免出現漿液結塊現象，且能保護好泵體[4]。

（2） 在水泥攪拌樁開始鉆孔前，用水清潔整個管道，并檢查管道是否堵塞，放水后再向下鉆孔。漿液管道漿液供應必須是連續的。一旦因某種原因停漿，為防止樁破和缺漿，鉆頭將下沉至停漿面以下0.5 m，恢復供漿后再進行噴漿、提升;如果機器由于某種原因停止超過3 h，為防止漿液硬化和堵塞管道，應拆除漿液輸送管道，并清洗備用。

（3） 在實際施工中，難以確定地底下土質的實際情況，鉆桿在碰到硬度較高的石塊或土層后難以保持其垂直度。因此，需在主機上設置一個吊錘，使其和鉆桿保持平行，隨鉆桿一起運行。

（4） 對于每個成型的攪拌樁，質量檢驗重點是 水泥用量、摻水泥漿槽數、注漿過程中是否有斷漿現象，以及噴射混凝土攪拌的提升時間和重新攪拌次數[5]。

（5） 利用記錄儀，記錄每米實際攪拌樁量和實際使用的水泥漿量，確保兩者的使用量都達到了設計要求。此外，還必須采用測試儀，為噴漿而配置的水泥進行測試，以確保達到設計要求。這兩項工作都必須由監理或者質檢工作人員負責。

（6） 采用“二噴四攪”工藝。第一次鉆孔時，為避免管道堵塞，可用泥漿向下鉆孔。混凝土噴射量必須控制在總量的1/2以下。首次下鉆速度必須控制在低檔位，復攪過程可增加一個檔位，不能采用水下鉆。

（7） 必須有效控制樁端、樁頂、樁身的質量。具體操作方式為：在進行第一次灌漿吊裝時，樁端將在樁底進行30 s左右的研磨。在提升過程中，剩余漿液會噴入樁身，樁頭在樁頂磨碎約30 s。

（8） 地下黏性土、雜物極易附著或繚繞鉆頭，俗稱“抱鉆”。這種現象極易影響到攪拌的均勻度;還會導致噴漿口出現堵塞;尤其是在提升過程中，易導致漿液溢出，影響整體施工質量。針對這種情況，每次鉆頭提升時要提離地面，清理抱鉆粘泥及繚繞雜物[6]。

（9） 下沉過程中，如遇障礙物、硬層下沉緩慢或無法繼續下沉時，應停止噴漿，直至正常下沉后再繼續噴漿。如果長時間不能下沉，需抬起鉆頭，停止樁施工，進行挖掘清理或采取填樁措施。

4 施工質量檢測

4.1 輕型動力觸探檢測

可利用較為成熟的輕動貫法檢測樁身質量，檢測的時間需要持續7 d。輕型動力觸探設備主要由錐頭、觸探桿和穿心錘3個構件所組成。光動態穿透法可檢測攪拌均勻性和樁強度[7]。

（1） 攪拌均勻性檢測。利用勺鉆在樁體的中心位置鉆孔，然后在取出樁芯之后對其顏色進行觀察，重點關注顏色的一致性，以及結節的附著情況。勺鉆一般都附著在輕觸探頭上。

（2） 觸探試驗。操作時，先將錐頭放在樁徑方向1/4處，然后讓穿心錘經過一定落距（500 mm）自由落下，敲擊觸探桿。將觸探桿豎直打入樁中，記錄每打入100 mm的錘擊數N₁₀，當N₁₀大于50時終止試驗。參照現行的光穿透命中次數 （N₁₀） 與水泥土強度，如果樁身在1 d齡期，命中次數N₁₀大于15次，則意味著已達到設計所要求的強度，因此是合格的;或當7 d齡的命中次數N₁₀大于30時，樁強度也能滿足設計要求。

在測試的7根樁中，3.0 m以上的輕功率穿透沖擊N₁₀大于15次，樁身強度滿足要求。對樁芯取樣的結果進行觀察，也可確認攪拌的均勻性已達標，不存在夾泥現象。

4.2 無側限抗壓強度試驗及抽芯檢測

水泥攪拌樁成樁28 d后，用鉆孔取芯的方法檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度、樁體強度、樁體垂直度以及樁的施工長度。每根樁取出的芯樣由監理工程師現場指定，送實驗室進行（3個一組）90 d齡期的無側限抗壓實驗，以測定樁身強度[2]。鉆孔取芯頻率為1.0%～1.5%。

所檢測的7根樁在90 d的無側限抗壓強度為R90≥2.0 MPa，滿足水泥土攪拌樁單軸抗壓強度（R90≥2.0 MPa）要求。攪拌樁在經取芯操作后，空出的空間要使用強度相同的材料進行回灌密實。

5 結 語

在軟土或淤泥層地基加固中合理引入水泥土攪拌樁施工技術，能夠使地基在極短時間內獲得更高的承載力，并可降低施工成本、縮短工期。通過對大沙河排澇站水泥土攪拌樁施工技術進行研究，獲得了在地下高水位壤土、粉細砂中水泥土攪拌樁中施工的經驗，可為今后類似工程施工提供借鑒。

參考文獻：

[1] 李樹忠.水泥攪拌樁在加固堆場軟弱地基中的應用及施工質量控制[J].港工技術，2005（4）：49-50.

[2] 趙飛，程瀟雨，王永鵬.高石碑樞紐排澇站水泥土攪拌樁施工技術[J].農業科技與裝備，2012（7）：68-70.

[3] 郭濤.水泥土攪拌樁施工工藝優化現場試驗研究[J].湖南工程學院學報，2012（3）：84-87.

[4] 劉振界.淺談水泥攪拌樁的施工及質量檢測[J].科技信息，2010（5）：303.

[5] 陳太勵.水利工程質量監督與管理的現狀與對策分析[J].湖南水利水電，2012（5）：97-99.

[6] 王旭東，宋國良.水利工程施工質量管理與控制措施淺析[J].建筑施工，2010（4）：54-58.

[7] 席培勝，劉松玉.水泥土深層攪拌法加固軟弱地基新技術研究[J].施工技術，2010（4）：2-5.

（編輯：唐湘茜）