基于水泥攪拌樁的軟土地基加固技術分析

陳政

（安徽省水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽合肥 230088）

0 引言

常規軟基處理技術包括攪拌樁技術、石灰樁技術、土工合成纖維技術等，但此類材料在施工中對軟土層的加固效果有限[1]，在深入此方面工作的調研中發現，提出的工程技術根本無法使地基工程在施工后達到預期荷載[2]。如果將混凝土預制樁、灌漿樁作用在軟土上，將其作為摩擦樁支撐使用，會出現樁體強度還未達到設計規范，從而出現樁體周圍土層承載能力達到極限的問題，從而導致樁基礎沉降嚴重[3]。在軟弱地基上進行地基加固，最理想的效果是在沉降較低的情況下，充分利用基礎材料的強度，進行地基加固施工，賦予地基足夠的承載力，通過此種方式，不僅可以使樁體施工達到預期強度要求，還可以有效緩解由于沉降問題造成的安全事故[4]。為落實此項工作，保障軟土地基加固施工的規范性，本文提出將水泥攪拌樁作為支撐，設計針對軟土地基的加固方法，保證工程施工達到設計規范。

1 工程概況

以樅陽節制閘地基基礎處理工程為例，樅陽引江樞紐（0+000～5+906）主要有泵站、船閘、交通橋等構筑物。其中節制閘為敞口平底閘，共有7 個洞口，每孔凈寬度8m，凈寬度56m。工程項目施工所在地的地質條件如表1 所示。

表1 地質條件

本次新建節制閘地基處理采用水泥土攪拌樁方案，處理部位有閘室主體、護坦、鋪蓋以及翼墻段地基。閘室部位攪拌樁采用格柵式布置，其他采用陣列布置。攪拌樁直徑為600mm，閘室上游雙排防滲墻總長104m，樁長15m，樁間搭接寬度為20cm，樁頂高程2.2m，底部高程為-12.8m。樁間距均為100cm*100cm。消力池段樁頂高程1.6m，樁底高程-5.9m，樁間距175cm*175cm。

2 軟土地基加固施工方案

2.1 設計水泥攪拌樁加固施工參數

為滿足軟土地基加固施工需求，應在施工前，根據工程加固施工質量要求，設計水泥攪拌樁加固施工參數。具體內容如下表2 所示。

表2 水泥攪拌樁加固施工參數

在此基礎上，設計水泥攪拌樁加固施工節制閘水泥土攪拌樁總量，具體內容如下表3 所示。

表3 節制閘水泥土攪拌樁總量

施工中，水泥攪拌樁使用600mm 均勻直徑樁型，對此過程中的425#普通硅酸水泥用量進行計算。計算公式如下。

公式（1）中：K表示水泥用量；a表示水泥摻入量；b表示土的密度；c表示樁長；d表示樁截面積。計算中，根據地質報告、土濕密度檢測報告，本區域土的密度可按1.79g/cm3計，為了保證水泥攪拌樁的強度，選擇設置水泥摻入比為18%，此時每米水泥用量=1*0.3*0.3*3.14*1.79t/m3*18%=0.0910t=91kg。每米外加劑使用量：91kg*2%=1.82kg。按照上述方式，完成施工中參數的設計。

2.2 樁機對位、調平

完成施工參數的設計后，結合設計圖紙要求，測量梁體軸線位置、高度（通過鉆頭從地下鉆入的設計深度，可計算出墻深）。在安裝樁機之前，應將現場地面和地面的障礙物全部清理干凈，機架上不能有任何電線、樹枝、石塊、樹根等雜物，施工中機身要保持水平，機械要與工地地面保持緊密，不能有空隙。在確保施工場地進入通道通暢、施工用水、電符合標準的前提下，組織物料進場。所有進場的物料需附有出廠合格證明，并由現場抽樣送交實驗室進行復查。

在工程施工前，使用GPS 標繪儀，測量軸線交匯位置坐標，依據樁的平面布局和主要軸線位置，輔助使用全站儀對軸線定位。安排人工在現場使用鋼卷尺測量軸線長度，確定樁位置后用竹簽標識[5]。在工地不容易被碾碎的部位，將其作為主要控制點，并預留樁基，通過對場地地面標高的測量，確定樁身高度。

攪拌樁機組裝后，在施工現場，按照地質數據和施工人員的要求，標注樁機位置，樁位誤差不能超出設計要求2cm。

在打樁機上，使用一臺吊線錘調平吊線，利用液壓行走裝置調節錘軌中心線，保證樁機作業的水平[6]。為了確保墻體結構的垂直性，在整個成墻過程中，必須有人隨時觀察吊桿的變化，并及時根據變化采取措施調整。

2.3 攪拌鉆進與噴灰攪拌提升加固施工

攪拌鉆進前應先制漿，制漿時，在一次攪拌桶中，按規定的水灰比進行原材料混合，將調配好的水泥漿送入儲漿槽中存儲。

鉆頭對準樁位，待支架穩固后，對各裝置進行試運行，確認無問題后，開始正轉進給漿泵。在鉆孔超過設計深度1.5m 時，打開送灰器，將水泥粉料送入樁底[7]。同時，使用Ⅲ檔提升鉆桿（提升速率為0.8m/min）。鉆頭采用邊提升、邊噴灰、邊攪拌的方式鉆進，通過此種方式，使水泥與已加固土壤充分混合。施工過程中，平均1m2摻入65 公斤水泥[8]。在樁頂高度超過50cm 時，應立即停止攪拌，直到樁的底部或靜止（在Ⅱ檔電流達到100A時，即可視為不能攪拌）。

施工中，按規定比例，攪拌水泥砂漿[9]。配制好的漿料不得離析，不能放置太久，通常不能超過3h，并且需要在裝料筒中加篩濾，防止漿料在漿料中凝結，避免對泵體造成損害。

攪拌漿料時，要有專門的人員記錄每一樁的水泥用量、送漿開始、結束時間。攪拌鉆進與噴灰攪拌提升施工時，進料應持續、攪拌應均勻[10]。一旦出現停漿現象，為了避免出現斷樁、缺漿問題，攪拌機必須沉至停漿面以下1m 位置，等注漿恢復后，再開始噴漿。如果停漿時間超過3h，則必須將灌漿管道拆掉，并進行沖洗。在施工過程中，如出現噴漿量不夠的現象，需進行整樁復拌，并在規定時間內采取措施復混復噴。如遇停電或機械故障，需記錄噴漿過程的中斷記錄，并在12h 之內進行補噴，其中補噴層厚度應大于1m，完成補噴后，12h 后必須補樁。基于此種方式，完成基于水泥攪拌樁的軟土地基加固施工。

3 施工成果檢驗

為檢驗本文設計的施工方法在實際應用中的效果，下文將以樅陽節制閘地基基礎處理工程為例，按照本文設計的施工方法展開施工。

施工前，根據工程實際需求，配置施工設備與人員，相關內容如下表4 所示。

表4 施工設備及人員配置

在此基礎上，按照本文設計的工序，根據場地施工條件，設計水泥攪拌樁加固施工參數，在此基礎上，對位、調平樁機設備，并通過攪拌鉆進與噴灰攪拌提升，完成對該項目的加固施工。

設計靜荷載實驗，檢驗施工成果是否能夠達到預設質量要求，以此種方式，檢驗單樁在負載狀態下的沉降情況。實驗過程中，在施工現場選擇監測點，將多個監測點開挖到預設標高位置，修整樁體的頭頂部位置，使樁頭修整到一個相同的水平高度后，在其上層鋪設2～3cm 厚度的中砂，對其進行找平，并在其上部放置承壓板。單樁承載力檢驗過程中，使用Φ600 的方形鋼質板作為承壓板，單樁的承壓面積為1m2。

實驗中，使用工字架搭設堆重平臺，使用100t 千斤頂控制單樁加壓，輔助壓力表控制單級的加壓荷載。同時，在承重板的四角布置傳感器，測量在不同荷載條件下樁體結構的沉降量。檢測現場布置方式如圖1 所示。

圖1 靜載荷試驗布置示意圖

測試過程中，每間隔1h 讀取一次實驗數據，采用慢速維持荷載法，荷載分為11 級，每級110kN，逐級加載，最大荷載加至1200kN，需在每級荷載達到相對穩固后加下一級荷載。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012）及實際工程需求，要求加固后的單樁承載力特征值至少為950kN，1h 內單樁樁頂的沉降量應滿足＜0.1mm 的條件，當連續3h 讀取的沉降量為0mm，且不再發生變化時，完成實驗。按照上述標準，展開測試工作。統計實驗結果，如下表5 所示。

表5 沉降統計

根據上述表5 統計的沉降統計結果可以看出，2#、4#、6#在1h 內測量的沉降量均未超過0.1mm，2#、4#在監測到第8h時，沉降量為0mm，且滿足連續3h 監測沉降量為0mm 的條件。6#在監測到第7h 時，沉降量為0mm，且滿足連續3h 監測沉降量為0mm 的條件。

隨機選擇4#樁進行豎向承載力試驗，按照實際驗收標準，在最大荷載加至1200kN 時，樁體最大沉降量不超過80mm 可滿足驗收需求。繪制4#樁豎向承載力P-S 曲線圖如圖2 所示。

圖2 4#樁豎向承載力P-S 曲線圖

通過圖2 可知，經過荷載后的4#樁，最大沉降量為68mm，滿足實際驗收標準。由此可以證明，本文設計的基于水泥攪拌樁的加固施工方法在實際應用中的效果良好，可以起到控制樁基沉降的作用，有效提高了單樁的承載力。以此種方式，優化軟土地基加固施工效果。

4 結語

我國沿海地區普遍存在軟黏土，此種土質具有強度低、可壓縮、滲透率高等特點。在地基工程中，為了使工程滿足設計沉降需求，提高結構的承載能力，本文通過設計水泥攪拌樁加固施工參數、樁機對位、調平、攪拌鉆進與噴灰攪拌提升加固施工，完成了此次設計，并通過載荷試驗驗證了加固后的樁體，在最大荷載加至1200kN 時，樁體最大沉降量為68mm，完全可滿足驗收標準，滿足工程中對單樁承載力的要求，具有較好的加固效果。