單軸雙向水泥攪拌樁在軟基處理中的應用

劉文博

摘 要：采用單軸雙向水泥攪拌樁進行軟基處理，只需兩攪一噴或者四攪兩噴即可滿足現場質量要求，既節約成本，又可縮短工期，優質、高效地完成施工任務。結合某市政項目（EPC模式）雙向攪拌樁處理軟基工程為實例，詳細介紹雙向攪拌樁的施工技術和優點。

關鍵詞：軟基處理；單軸雙向攪拌樁；施工技術

中圖分類號：TU633? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）05-0013-03

1 工程概況

某項目為荷城街道三洲舊區道路改造提升項目，共計6條道路，其中1條次干道、5條支路，路線全長約2.833 km。目前3條道路因拆遷問題無法施工，剩余3條道路水泥攪拌樁共計174 846 m，樁徑為50 cm，按梅花形布置，間距1.3 m。

2 方案選擇

該項目屬于EPC設計施工總承包項目，初步設計、概算等文件數據顯示，軟基工程處理施工造價占整個項目合同造價的25%～30%，是整個項目管控的重點工程。所以選擇保證工程質量、安全的前提下，降低施工成本和提前工期是項目管理的關鍵點。項目在不超概預算的情況，在單向水泥攪拌樁、雙向水泥攪拌樁和高壓旋噴樁3個施工方案中，選擇雙向水泥攪拌樁方案。相比較單向水泥攪拌樁，該方案生產效率高并保證工程質量；相比較高壓旋噴樁，該方案能降低施工成本。

3 雙向水泥攪拌樁的原理

雙向水泥攪拌樁為水泥土攪拌樁的成樁工藝，在動力系統的驅動下單獨裝設于內部，外同心鉆桿內兩組攪拌葉片同步設置正向、反向旋轉對水泥土進行攪拌，形成水泥攪拌樁，屬于一種用于加固軟土地基工程領域的新型復合地基施工設備[1]。

本設備針對目前攪拌樁成樁機械，鉆桿動力系統、鉆頭等作了改進，并使用了內外嵌套有同心雙重鉆桿，鉆桿內安裝有正向旋轉的攪拌葉片，且開設有噴漿口。外鉆桿內設置有反向旋轉葉片，通過葉片在外鉆桿上反方向轉動的壓漿效果，正向、反向旋轉的葉片對水泥土進行同步雙向攪拌，堵住水泥漿的上涌，將水泥漿調節到兩個葉片的中間，確保樁體內部水泥漿分布均勻，混合充分，保證成樁質量。雙向攪拌樁原理示意圖如圖1所示，雙向攪拌樁鉆頭實物圖如圖2所示。

4 施工工藝及施工方法

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程圖如圖3所示。

4.2 具體施工方法

4.2.1 施工準備工作

第一，場地清理。在施工前應按施工規范要求清理場地、排水。

第二，布樁圖繪制。在動工之前，按照設計圖紙，以各區段里程繪制布樁圖。施工時，在施工現場用繪圖儀或計算器繪出各根導線的走向及相應長度的曲線[2]。布樁圖注明線路中心、里程、路基基底線等，每根樁都編號，標注設計樁長。

第三，測量放樣。審查設計單位交接導線點和水準點，確認正確后方可投入使用。在施工前，應根據實際情況，確定測設位置和方法。測量人員根據設計圖紙和布樁圖確定樁位、原有地表標高、樁位孔口標高以及其他相關的測量和放樣。

4.2.2 施工方案

施工機械采用單軸雙向的攪拌專用機械，樁體采用“四攪兩噴”方法施工。

4.2.2.1水泥攪拌樁施工平面布置

水泥攪拌樁樁徑為50 cm，按梅花形布置，間距1.3 m；樁頂覆蓋60 cm中粗砂墊層，上部鋪設1層雙向土工格柵；復合地基承載力（28 d）不低于100 kPa；樁體施工完成90 d后方可進行路基填筑。樁體28 d無側限抗壓強度不少于0.8 MPa；樁身1 d齡期的擊數不少于15擊，7 d齡期的擊數不少于40。樁體采用42.5（R）水泥，水泥用量為65 kg/m。施工機械采用單軸雙向的攪拌專用機械，以確保樁體質量。

4.2.2.2 試樁

攪拌樁的工藝性試驗是在正式施工之前完成的，試樁深度不得低于設計值。試樁是為了掌握適合該地段的成樁經驗，并取得各項操作技術參數[3]。工藝措施應根據不同土層和地質條件選擇相應方法，并注意其經濟合理性。工程樁的成樁工藝性試驗，樁的數量不低于5個。通過抽芯實驗檢測，以確保對成樁的質量、樁基承載力的整體把握等。工藝性試樁完成后，試樁結果由監理工程師復核通過，以此為基礎進行攪拌樁施工。無監理工程師指示，不允許隨意改動[4]。本工程試樁已于2022年1月20日進行，經抽芯檢測，水泥攪拌樁樁體完整性良好，7 d無側限抗壓強度為0.85 MPa，滿足設計要求。

4.2.2.3 施工步驟

第一，鉆機就位。將鉆機安置在測設的樁位上，檢查鉆桿長度、鉆頭直徑，連接好輸漿管路，使鉆頭對準樁位，樁位允許偏差不大于50 mm，然后調整樁機的平整度和垂直度，確保垂直度允許偏差不大于1%，以保證樁身垂直。

第二，水泥漿的制備。按設計要求配合比拌制水泥漿，壓漿前向集料中倒入水泥漿。通過對螺桿轉速，進給速度的調整，實現水泥用量的控制。

第三，鉆進。對樁機進行調正，啟動動力系統，先帶動內鉆桿鉆頭（反向），以及驅動外部鉆桿鉆頭（正向）。當鉆深達到設計要求后，啟動電動機帶動傳動軸轉動，使電機軸與減速機連接的鏈輪嚙合傳動，從而將動力源傳遞到減速器中，由減速器帶動主齒輪組減速，進而帶動螺旋輸送機工作。鉆進到設計標高后，停止動力輸出，鉆機停機。再次啟動加壓裝置，加壓裝置中鏈條朝里，外鉆桿一次施壓，使內外鉆桿沿導向架向下移動，內鉆頭首先切削土壤并入土，外鉆頭后入土，2組葉片同時正轉、反向旋轉切割等，攪拌土體，攪拌機不斷下沉，直到設計深度。

第四，提升噴漿攪拌并重復該過程。鉆進到設計深度后，啟動噴漿裝置，在樁端攪拌噴漿10 s以上；先將外鉆桿鉆頭、攪拌葉片換向（反向），保證水泥漿不會上涌；再對內鉆桿鉆頭、攪拌葉片換向（正向）；然后對加壓裝置換向，邊攪拌邊提升邊噴漿，2組葉片同時正、反向旋轉攪拌水泥土，把水泥漿控制在兩葉片之間；直至鉆頭提升直到地表或設計樁頂標高。

第五，清洗、移位。灌漿完成達到設計樁長后，提升鉆桿及鉆頭，向集料桶中注入適量清水，進行低壓射水，清洗管路中殘存的水泥漿。清洗結束后，把鉆機等設備移到新孔位上。

4.2.3 工藝參數

水泥摻入比為65 kg/m；水灰比為1∶0.55，可以適當調整；送漿壓力為0.4～1 MPa，可以適當調整；攪拌提升速度為0.5 m/min。攪拌樁施工允許誤差如表1所示。

4.3 施工注意事項

第一，在施工過程中，應時刻記錄壓力和輸漿量的變化、鉆機的鉆進和提升速度、孔底電流和其他相關參數。

第二，施工中必須注意記錄泥漿性能及質量。施工記錄做到施工一樁、記載一樁。

第三，施工時不允許中途斷漿保證樁長。

第四，對樁基承載力要求較高的鉆孔灌注樁，必須采用泥漿護壁成孔工藝。當還未達到設計標高，還未噴漿時，禁止鉆桿提升作業。若需繼續進行鉆桿提升作業，必須先停止泵送漿液并關閉注漿管路。如果由于停電或者機械故障，噴漿被打斷，鉆機應下到斷漿點下0.5 m以上，恢復供漿后再進行噴漿提升。

第五，當樁位處于斷漿段時，要及時對樁基礎結構進行補強處理，防止樁基產生較大變形。如果中斷時間在6 h以上，需再次補樁。

第六，施工中按照設計供漿量進行噴漿，如果發現噴漿量不充分，原樁要及時進行復鉆復噴，復噴后噴漿量仍然不少于設計用量[5]。

第七，加強混凝土質量檢測和控制，保證灌注樁承載力達到要求。施工時仔細記錄每根樁噴射水泥漿量，復核噴漿量和成樁以后的總噴漿量。

5 效益對比

5.1 質量效益

雙向攪拌樁與單向攪拌樁相比，在成樁質量方面的優勢主要體現在以下兩點：第一，雙向攪拌阻斷漿液上冒，提高攪拌均勻性，保證水泥土攪拌樁的水泥摻入量，確保成樁質量。第二，雙向攪拌樁是內、外鉆桿旋轉方向相反，能抵消部分攪拌產生的剪切力，減少對周圍土體擾動。而單向攪拌樁是沿一個方向旋轉，在各種應力作用下，影響施工機械的穩定性和對周圍土體的擾動。

5.2 經濟效益

第一，雙向攪拌樁只需“四攪兩噴”工藝，即可滿足施工質量要求。而單向攪拌樁需采用“八攪四噴”或“六攪六噴”工藝才能滿足施工質量要求，施工效率提高近一倍，各種資源費用都大大降低。

第二，雙向攪拌有利于提高樁體均勻性，在同等質量要求下，可節約水泥用量，降低成本。

第三，雙向攪拌樁施工，適用范圍更廣，較初定的高壓旋噴樁施工，節省了工程造價。以新建支路3為例，原設計高壓旋噴樁3 574 m，水泥摻量200 kg/m，綜合單價206.52元/m，總造價738 102.48元；變更為雙向水泥攪拌樁后，水泥摻量65 kg/m，綜合單價62.82元/m，總造價224 518.68元，節約工程費用513 583.8元。

5.3 社會效益

第一，在保證工程質量前提下，使用本工法可加快施工進度，保證工期。

第二，通過改變施工工藝工法，在一定程度下節約水泥用量，提高了行業節能的意識。

6 結束語

采用單軸雙向攪拌樁進行軟基施工，即可節約資源、保證工程質量，還可以加快施工進度，從而保證項目順利完工。

參考文獻

[1] 王瑞娟.雙向水泥攪拌樁施工方法及控制要點[J].石油化工建設，2022（5）：137-139.

[2] 劉先斌.雙向雙軸水泥攪拌樁加固軟土地基施工技術研究[J].中國住宅設施，2021（11）：142-143.

[3] 孟范兵，夏珊珊.釘型水泥土雙向攪拌樁在穿堤泵站軟弱土地基處理中的應用[J].廣東水利水電，2021（7）：92-96+103.

[4] 陳晨晨.雙向水泥攪拌樁在長三角地區軟基處理中的應用[J].交通世界，2021（Z1）：68-69.

[5] 李興華.太湖圍湖區雙向水泥攪拌樁施工技術研究[J].施工技術，2020，49（2）：73-76.