不同地質條件下水泥攪拌樁施工技術的應用

劉錦澤

江西中昌工程咨詢監理有限公司 廣東 深圳 518000

水泥攪拌樁技術是一種高效的地基加固技術，在實際工程中，它廣泛應用于地鐵、高速公路、橋梁、大型建筑等不同類型的工程中。水泥攪拌樁施工過程包括鉆孔、注漿、攪拌、振搗等多個步驟。該技術采用機械化施工，其施工速度快、安全性高、質量可控。

1 水泥攪拌樁基本概念

1.1 水泥攪拌樁的定義及分類

水泥攪拌樁，是將水泥、砂、水、石料等混合物攪拌均勻后注入地中形成的一種樁基礎，是一種具有較高豎向承載力、較好側向地基穩定性和較好的抗震性能的樁基礎。水泥攪拌樁按照不同的分類方式可分為多種類型，包括單樁、聯樁、交錯樁、網格樁等。

（1）單樁：是指將水泥混合料在鉆孔過程中，邊挖孔邊注漿，形成單個的鉆孔，主要適用于單獨承載小型建筑物的基礎。（2）聯樁：是指將多個單樁通過橫向鋼筋連接，形成一定的樁群力，使之承載能力更高，應用范圍較廣。（3）交錯樁：是指樁與樁之間錯開的一種樁基礎，一般用于泥土和砂土地基中，能有效提高地基的穩定性和承載力。（4）網格樁：是指將多個水泥攪拌樁通過橫向鋼筋連接成網格狀的樁基礎，一般采用在土石方工程中，對于基礎土層較軟、要求穩定性高的地區，有著較好的效果。

1.2 水泥攪拌樁的施工原理及特點

（1）水泥攪拌樁施工原理：水泥攪拌樁的施工過程主要經過幾個步驟。首先是鉆孔，將鉆桿深入到需要加固的地層，然后將混凝土原料放入鉆桿內部開始攪拌，使混凝土均勻地充滿整個鉆孔。在充滿混凝土的鉆孔內用鋼管送入鋼筋，形成水泥攪拌樁的鋼筋筒，鋼管縮短，便可取出，完成一根水泥攪拌樁。如此反復，可以形成整個建筑物的基礎。（2）水泥攪拌樁的特點：水泥攪拌樁是目前應用較廣泛的一種樁基礎，它具有以下特點：1）適應性廣：水泥攪拌樁適用性較廣，可以施工于各種不同的地質環境中，包括沙、淤泥、黃土、礫石、砂巖、硬巖等，可以適應不同地質環境的施工要求。2）承載能力高：由于水泥攪拌樁的鋼筋筒內充滿了混凝土，具有較高的承載能力，能夠達到較好的豎向承載力和穩定性。3）施工效率高：水泥攪拌樁施工的效率較高，一般由一臺挖掘機和攪拌機協同工作，鉆孔、攪拌、充實、鋼筋設置等工序連貫不斷，可以快速完成施工任務。4）施工質量易受監測：由于水泥攪拌樁施工過程中可進行實時監測，當混凝土達不到預定標準時便能及時發現問題，并及時處理，可保證施工質量。

1.3 水泥攪拌樁的檢驗標準

水泥攪拌樁的檢驗標準是在施工過程中進行的，主要是通過檢查混凝土的攪拌比例、強度和鋼筋的設置是否符合建筑設計和驗收標準等來完成，具體主要包括以下幾個方面：

（1）混凝土的檢驗：施工前必須將混凝土的配合比和試塊的強度進行檢驗，檢查是否符合標準要求。（2）鋼筋的檢驗：鋼筋的設置是保證水泥攪拌樁穩定性的重要因素，檢查鋼筋的設置是否符合設計要求。（3）樁身的檢驗：在施工過程中，必須對樁身進行檢查，以確保充實度和整體質量。（4）檢測混凝土強度：通過取樣實驗來檢測混凝土的強度值，以確保其達到設計標準要求。（5）靜載試驗：靜載試驗是對鋼筋筒固定性和樁基礎承載性能的檢驗，靜載試驗結果將作為施工驗收的重要依據。

2 不同地質條件下水泥攪拌樁的應用

2.1 巖石地基中水泥攪拌樁的應用

在巖石地基中使用水泥攪拌樁的主要目的是為了加固和加強下部基礎的承載力。這種基礎主要使用于需要加強基礎承載能力的地下建筑物，比如隧道、地下車庫等。巖石地基是指地質層中石頭層至少占據了一半以上，其中硬巖占據的比例更高。由于巖石地基的硬度大，所以使用水泥攪拌樁進行基礎加固較為困難。在水泥攪拌樁施工時，首先需要鉆孔，而在巖石地基中鉆孔的難度較大，施工周期長。巖石地基中的水泥攪拌樁需要較高的固結度、強度和穩定性，以增加基礎承載力。此外，巖石地基中水泥攪拌樁的產生的剩余應力和自重力會增加地基的承載能力。但是，施工過程受到天氣、地形環境的影響大，需要采取相應的措施來控制施工質量。

2.2 軟弱土地基中水泥攪拌樁的應用

軟弱土地基是指土質松散、黏性大，強度和穩定性差的地質條件。由于軟弱土地基的土質松散，地基的承載能力較弱，建筑物在該地基上容易出現沉降和位移等現象。因此，在軟弱土地基中使用水泥攪拌樁進行基礎加固主要是為了提高地基的承載能力和穩定性。水泥攪拌樁一般較適用于黏性土、粉土、淤泥等軟質土層，在這些土層中使用水泥攪拌樁能夠有效地提高地基的承載能力和抗沉降性能。在軟弱土地基中使用水泥攪拌樁，需要注意以下幾個問題。首先，要根據土質特點和工程要求合理設計攪拌樁直徑，以確保其承載能力。其次，需要對軟弱土地基進行充分的預處理，如挖深、地基處理或者是使用加筋土墻等加固措施。最后，施工過程中需要控制攪拌樁的抗拉性能，以保證攪拌樁的質量。

2.3 液態地基中水泥攪拌樁的應用

液態地基指的是鉆孔的過程中，遇到大量的水或泥漿。這種地基的固結性和穩定性較差，建筑物容易出現沉降或者位移等問題。在這種情況下，使用水泥攪拌樁進行基礎加固是比較有效的解決方案。在液態地基中使用水泥攪拌樁，施工難度較大，主要是因為需要在鉆孔過程中隨時控制液態地基的狀態。同時，施工中需要控制鉆孔速度和鉆孔壓力，以避免液態地基的流失或擴散。此外，施工中需要使用防滲措施來防止液態地基向周邊土壤擴散。總之，在液態地基中使用水泥攪拌樁，需要針對具體情況采取相應的施工措施和防范措施，以確保攪拌樁的質量和地基的加固效果。

2.4 飽和土地基中水泥攪拌樁的應用

飽和土地基指的是土壤中含有大量的水分。由于水分的存在，飽和土地基的穩定性會受到影響，地基容易出現沉降和位移等問題。在這種情況下，使用水泥攪拌樁進行基礎加固是有效的方法。在飽和土地基中使用水泥攪拌樁，需要注意以下幾個問題。首先，需要對孔洞進行處理，以保證混凝土充實。其次，需要采取措施防止孔壁塌方，保證施工的安全性。最后，需要注意控制混凝土的水泥和水的比例，以保證混凝土的強度和固結能力。

3 水泥攪拌樁的設計及施工注意事項

3.1 水泥攪拌樁的設計方法

（1）樁的長度和直徑的確定。水泥攪拌樁的長度和直徑的確定需要結合工程地質情況、載荷條件、樁身材料等多方面因素進行決策。一般而言，其長度與直徑的比值在8∶1～10∶1之間，且直徑要求至少為500mm，一般直徑范圍在500～1200mm之間，樁的長度一般為10～50m。（2）樁的承載力的計算。水泥攪拌樁的承載力的計算方法一般有靜載試驗、動力觸探試驗、靜力觸探試驗、樁周應變法、樁身豎向位移法等方法。其中靜力觸探試驗較為常用。承載力計算包括斜樁的計算方法，也即當地巖土地質條件復雜，不能采用垂直于地面的樁基礎時，需要采用斜向的樁基礎來滿足工程的要求。

3.2 水泥攪拌樁的施工工藝及注意事項

（1）預處理工作。在水泥攪拌樁施工之前，需要進行地面平整處理、搗實地面、碾壓等預處理工作。對于較軟的地層，還需進行加固加硬的處理，以保證樁基的穩定性。（2）設備和材料。水泥攪拌樁施工需要的設備和材料包括鉆機、水泥、鹽酸、填充料等。其中，鉆機需要選擇合適的型號，確保其在施工過程中的性能穩定和可靠。水泥應選擇優質普通硅酸鹽水泥，填充料應選擇河砂、石子等經過篩選和洗滌的物料[1]。（3）施工過程。1）鉆孔：根據設計要求選擇直徑和長度，采用鉆機進行鉆孔。2）攪拌：在鉆孔深度到達設計要求的時候，啟動鉆機內置的攪拌器進行攪拌，使水泥與原土混合均勻。3）填充：攪拌完成后，從鉆孔頂部開始向下填充石子等填充料，同時繼續攪拌并加入水泥，直至鉆孔底部。4）提升鉆桿：填充完成后，提升鉆桿，使鉆桿與樁周原土斷開，并將鉆桿取出。5）削平：在樁頂部用平板仔削平，并進行標志。（4）注意事項。1）嚴格遵守安全作業規程，加強人身安全保障，進行施工前的安全檢查和防護工作。2）加強施工管理，履行施工管理職責，嚴格按照設計要求進行施工和質量檢查，確保水泥攪拌樁質量。3）合理調度分配施工隊伍和設備，把握施工進度，確保施工進度和質量。

3.3 水泥攪拌樁的質量控制

（1）建立質量檢驗體系。需要建立健全的質量檢驗體系，包括對原材料的檢驗、半成品的檢驗和成品的檢驗。對原材料進行檢驗時要關注水泥的標號、強度、含水量等；對半成品進行檢驗時要關注樁身的直徑、混合物的混合情況等；對成品進行檢驗時要關注樁的承載力等指標。（2）提高施工質量。水泥攪拌樁的施工質量對于其承載力的提高具有至關重要的意義。需要采取一系列措施，如加強施工現場管理、確保材料質量、控制施工工藝等，以提高水泥攪拌樁的施工質量，確保其在工程中穩定可靠地發揮其作用[2]。（3）嚴格施工監管。水泥攪拌樁的施工監管應該在質量控制的基礎上進一步嚴格化。施工監管應該及時發現和解決施工過程中出現的問題，確保水泥攪拌樁的施工效果和質量，以提高其工程實用價值。

綜上所述，水泥攪拌樁作為一種常見的基礎設施工程中的樁基礎，其設計、施工及質量控制都需要充分考慮工程地質情況、載荷條件、樁身材料等多方面因素。在實際工程中，需要加強施工管理、提高施工質量、嚴格施工監管，以確保水泥攪拌樁的工程實用價值。

4 水泥攪拌樁應用案例分析

4.1 巖石地基中水泥攪拌樁的應用案例分析

在巖石地基中，水泥攪拌樁的作用主要是增加承載力和改善地基的穩定性。水泥攪拌樁在巖石地基中的應用主要有以下幾個方面：

（1）高速公路建設。在高速公路建設中，由于道路的負荷和運行速度較高，對道路地基的承載能力和穩定性有較高的要求。而巖石地基本身具有一定的承載能力，但在部分地區巖石地基的巖石裂隙較多，此時需要采用水泥攪拌樁來加強地基的承載能力。例如，在廣西三橋段的高速公路建設中，采用了水泥攪拌樁加固巖石地基，最終取得了良好的效果。（2）大型橋梁建設。大型橋梁建設需要在深厚的巖石地基中建立橋墩，而巖石地基表面往往存在不規則的裂隙，這給橋墩的建設帶來了很大的困難。為了解決這個問題，可以采用水泥攪拌樁加固巖石地基，使其表面堅實平整，便于橋墩的建設。例如，在寧夏銀川至吳忠高速公路建設中，采用了水泥攪拌樁進行巖石地基加固，最終取得了好的效果。（3）城市地鐵工程建設。城市地鐵工程建設需要在巖石地基中鋪設地鐵隧道，而巖石地基表面存在不規則的裂隙，隧道的開挖和固定帶來了很大的困難。為了解決這個問題，可以采用水泥攪拌樁加固巖石地基，使其表面堅實平整，便于隧道的開挖和固定。例如，在地鐵5號線的建設中，采用了水泥攪拌樁進行巖石地基加固，最終取得了好的效果。

4.2 軟弱土地基中水泥攪拌樁的應用案例分析

在軟弱土地基中，水泥攪拌樁的應用主要是增加承載力和改善地基的穩定性。水泥攪拌樁在軟弱土地基中的應用主要有以下幾個方面：

（1）建筑物建設。在建筑物建設中，軟弱土地基往往會對建筑物的承載能力和穩定性造成影響。為了解決這個問題，可以采用水泥攪拌樁進行加固，增加地基承載能力。例如，在上海的金茂大廈建設中，通過水泥攪拌樁的加固，使得建筑物的承載能力得到了提升。（2）污水處理廠建設。污水處理廠的建設需要在軟弱土地基中進行，而軟弱土地基的承載能力往往較低，會對污水處理廠的穩定性和運行產生影響。為了解決這個問題，可以采用水泥攪拌樁加固軟弱土地基，在增加地基承載能力的同時，還可以提高污水處理廠的穩定性和運行效率。例如，在廣東的廣州污水處理廠建設中，采用了水泥攪拌樁加固軟弱土地基，最終取得了好的效果[3]。

4.3 液態地基中水泥攪拌樁的應用案例分析

在液態地基中，水泥攪拌樁的應用主要是增加承載力和改善地基的穩定性。液態地基往往會給土建工程帶來很大的難度，因此采用水泥攪拌樁進行加固是一種很好的解決方案。水泥攪拌樁在液態地基中的應用主要有以下幾個方面：（1）建筑物建設。在液態地基中建設建筑物往往會存在土體沉降和側向移動等問題，這樣會對建筑物的穩定性和運行產生影響。為了解決這個問題，可以采用水泥攪拌樁加固液態地基，在增加地基承載能力的同時，還可以改善地基的穩定性。例如，在北京的北京大學醫學部建設中，采用了水泥攪拌樁加固液態地基，最終取得了良好的效果。（2）水利工程建設。在液態地基中建設水利工程往往會受到大量的水的沖刷和侵蝕，這會對水利工程的穩定性和運行產生影響。為了解決這個問題，可以采用水泥攪拌樁加固液態地基，在增加地基承載能力的同時，還可以提高水利工程的穩定性和運行效率。例如，在云南的金沙江電站建設中，采用了水泥攪拌樁加固液態地基，最終取得了好的效果。

5 水泥攪拌樁技術的優缺點

5.1 水泥攪拌樁的優點

（1）提高地基承載力和穩定性：水泥攪拌樁可以通過摩擦和土體固結效應，增加地基的承載力和穩定性，減少地基沉降和變形的風險。（2）適應不同的地質條件：水泥攪拌樁適用于各種不同地質條件下的建筑工程，具有較好的適應性和通用性。（3）施工技術簡單：相比其他地基加固技術，水泥攪拌樁施工技術較為簡單，可以大大縮短工期和降低成本。（4）環境友好：水泥攪拌樁的施工過程不會對環境造成嚴重污染，對周圍建筑物和地下管線的影響較小。

5.2 水泥攪拌樁的缺點

（1）樁身質量易受影響：水泥攪拌樁的混凝土配比和施工過程可能會影響樁身的質量和耐久性。（2）不適合特定的地質條件：在一些特定的地質條件下，如軟黏土地質條件下，水泥攪拌樁的效果可能不如其他地基加固技術。

6 結語

綜上所述，不同地質條件下水泥攪拌樁具有較好的應用效果和適用性，可以在很大程度上增強地基的承載力和穩定性。但在具體的工程實踐中需要根據地質條件和工程要求進行合理的設計和施工。因此，需要采用先進的設計和施工技術，嚴格控制施工質量和安全風險，確保水泥攪拌樁的有效性和安全性。