水泥攪拌樁施工技術質量控制分析

解志騰

連云港市鐵路事業發展中心 江蘇 連云港 222000

1 水泥攪拌樁的特點

軟土地基在我國沿海地區的城市分布廣泛，因此在高速公路建設中需要做好軟土地基的處理。近年來，隨著工程建設技術的發展壯大，我國軟土地基處理技術也得到了相應的高速發展，并帶來了巨大的社會和經濟效益。關于軟基處理技術，國內外學者、工程技術人員總結歸納了復合地基法、排水固結法、強夯法等常用的處理方法。本文主要分析復合地基法中的水泥攪拌樁施工技術，水泥攪拌樁是水泥深層攪拌法的成樁方式，在我國已有二十多年的發展過程，特別是在地下水位較高的施工擾動區較為常見。水泥攪拌樁是一種將軟土硬化成具有完整性、防水性的成樁的技術，它已被廣泛應用復合地基豎向承載力、基坑擋土墻工程和防滲窗簾等工程項目。首先將配制好的水泥漿打入土壤中，并將土壤攪拌均勻，形成水泥土。

利用水泥水化在軟土地基中發生的化學反應，不僅可以提高地基的固結強度，而且可以有效地減少沉降量，抵抗高荷載，提高抗變形能力。水泥攪拌樁具有施工簡單、造價低、進度快、無振動、無電噪聲、對周圍建筑物無沖擊、加固效果好等優點。水泥攪拌樁的最大特點是其剛度與水泥用量和攪拌樁的均勻性有關。在軟土地基上使用水泥攪拌樁修路時可能出現的問題可分為沉降和破壞兩種。工程項目必須防止毀壞，但是沉降很難控制，因為需要很長時間來保證沉降的穩定性[1]。軟土地基的淺層粉土層有兩種處理方法。一種方法是通過增加自身重量填土來壓縮軟土。還有一種方法是先把整個粉土層挖出來。然后填充穩定的材料，從而減少沉降。

軟土地基的處理還必須同時考慮沉降和穩定性。在軟土地基施工中，首先將水泥與水泥漿混合，水泥中的各種鈣礦物成分首先發生水解和水化反應，然后與軟土繼續發生水解和水化反應，生成鈣化合物。這是水泥攪拌料樁能提高地基強度的主要原因。

此外，軟土中的化合物表面含有各種離子，與水泥水化產生的鈣離子進行等效的吸附交換，從而提高土壤的強度。提高水泥土的強度一方面的原因在于軟土本身具有膠凝特性，水泥水化形成的凝膠顆粒可以和軟土結合，形成具有一定強度的顆粒結構。另一方面當水泥水化產生的鈣離子超過交換的次數時，鈣離子與化合物發生反應形成黏土，產生大量不混溶的晶體化合物，并逐漸變硬，大大提高了水泥土的強度和穩定性。最重要的是，為了保持足夠的水泥強度，必須確保有足夠的水泥，使水泥和土壤應充分混合。

雖然水泥攪拌樁具有以上種種優點，但是質量事故也時有發生，其原因不僅與設計有關，更多源于施工質量。水泥攪拌樁復合地基的軟土基礎處理屬于隱蔽工程。如果施工質量不佳，現場監督無效，路基填筑后會造成風險，難以檢查和采取補救措施，損壞非常嚴重。因此，必須充分重視每個施工環節，嚴格執行施工管理的全過程是非常重要的。只有對施工過程和檢測過程進行嚴格的控制，才能保證工程質量。

2 不同參數對成樁質量的影響

現行的工程標準和各種文獻對水泥的涉及或關注主要在樁設計與試驗技術方面，因此有必要研究參數對樁體質量的影響，引起設計和施工的重視施工確定合理的工藝參數，保證樁身質量。彭瑞研究了水泥深層攪拌（DCM）技術的核心內容參數匹配[2]。楊萌研究發現水泥攪拌樁中較大的水泥摻入比、較大的攪拌軸轉速可以有效地增加其強度[3]，李強研究了水泥土攪拌樁設計參數、設計原則、設計程序和設計步驟等[4]。尹忠輝通過分析水泥攪拌樁成樁質量的影響因子，研究造成水泥攪拌樁成樁質量缺陷的原因，針對每種原因提出相應的解決措施[5]。管軍、解國光從施工工藝與質量控制兩方面對水泥深層攪拌樁的工藝流程和質量控制措施進行探討[6]。水泥攪拌樁施工參數一般包括樁偏、樁長、樁徑、垂直度、水泥含量、水灰比、輸漿能力、鉆孔提升速度、攪拌軸轉速和再混合次數。前六個參數是一般在設計時確定，施工時容易控制。然而，后四個參數在設計和施工中很難確定和掌握，因為它需要相互匹配以保證水泥土拌合體的均勻性，并受地質條件和打樁機械性能的影響。因此，本文著重于分析四個施工參數的影響，即輸漿能力，鉆孔提升速度、攪拌軸轉速和再混合次數對樁的質量影響程度。

2.1 輸漿能力

2.1.1 輸漿能力的不連續性和不均勻性。在成樁過程中常出現輸漿能力高低不連續、不均勻的現象,由于通氣口及水泥通道阻塞和因泥漿泵產生的混凝土攪拌樁斷裂等,造成樁體質量參差不齊,從而對樁身的強度產生了影響。設備必須經常維護以避免發現質量問題后及時補漏補漿環節，以達到連續、均勻的輸漿能力。

2.1.2 泥漿輸送量過大或過小。輸漿量過大時，樁身強度達不到要求，樁頭水泥配合比低于設計值，因泥漿已用完。當混合頭尚未升高到設計的樁頂時。此外，它很容易導致鉆速低時返漿量大。如果輸漿能力太大小，會延長施工時間，降低施工效率。漿料壓力，一般來說，根據普通泵的性能，隨泥漿量而減小。輸漿量過大時小，漿液壓力低，無法突破噴口周圍的土壤阻力向周圍土體注漿，對樁身質量有影響，更在深層攪拌樁底部突出。水漿混合比是質量的保證保證深度攪拌水泥樁，只有在這種保證下，水泥攪拌才能受到影響提高樁質量的均勻性。因此漿料的量必須與鉆孔或提升速度，使樁長內連續均勻噴灑，以確保水泥含量均勻，噴涂壓力不宜過低。

2.2 鉆孔提升速度和攪拌軸轉速

鉆孔和提升速度直接影響水泥土攪拌均勻度和施工效率。鉆孔或吊裝會影響水泥土樁的強度轉速太快，攪拌軸轉速匹配不上，不能滿足要求。鉆孔速度過快，容易造成設備損壞遇到堅硬的夾層或地下障礙物時，由于握住鉆頭而引起的。在另一方面，高提升速度會影響單樁的承載能力，因為中空現象是指攪拌軸留下的空間不易被攪拌器填滿，當水泥漿和土壤混合混合物的含水量為相對較低。如果鉆孔和提升速度較低，則水泥攪拌均勻，而施工效率低，每樁收縮時間較長，之前漿料已經消耗的情況攪拌頭被提升到堆頂很可能發生。此外，施工時間較長時間對相鄰樁的重疊施工質量也是不利的。

2.3 再混合次數

隨著攪拌次數的增加，攪拌時間越長，樁的質量越好。水泥和土壤在同一點，水泥和土壤的混合越均勻。馬載宏以“二噴六混”和“二噴四混”兩種技術為基礎，研究了長江越岸軟土對樁體質量的影響[7]。表明水泥土強度較高，承載力有較大提高復合地基采用前一種技術，采用標準滲透測試方法，核心試驗和靜載荷試驗方法。根據水泥土生長機理的強度，可以達到更高的強度前提是能保證水泥漿與土混合物的混合時間。因此它是宜將噴涂工序置于前幾道鉆孔和吊裝工序中，留下水泥漿和土壤的混合物有足夠的再混合時間。然而，太多的混合時間，會影響施工效率，適宜的再拌時間為每組20～40次水泥土點。

3 水泥攪拌樁施工技術

3.1 施工技術要點

①建設項目管理團隊設專人負責水泥柱施工，監督水泥攪拌樁施工全過程。現場所有施工機械必須編號，現場負責人、司鉆工、技術員、水泥攪拌樁長、水泥攪拌樁距離必須做標志，懸掛醒目位置，確保所有工人按職責到位，責任到人。②機身找平通過鉆錘對準進行控制，以驗證鉆桿是否垂直。根據規范，1%為樁垂直缺失、 樁機集中、樁位誤差不大于5cm的最低控制標準。開挖不能用7d后現澆樁開挖，禁止使用機器開挖。樁頭布置小心，不能使用重打孔，樁頭應找平，必須比底樁高2～3cm。③為確保水泥漿能到達樁底，當樁頭鉆入設計深度時，必須留出一定的保留時間（約2～3min）。如果機具沉入攪拌機時抗土性較大，應增加攪拌機自重，啟動水增壓系統加壓，或注入漿液時攪拌鉆孔。④在施工過程中，必須隨時檢查水泥含量、樁長、復雜槳長。工人應檢查是否有異常情況，并記錄處理方法和措施。⑤在制樁過程中，必須保證樁在噴水泥時能吊裝，并能連續運行。如果氣溫高，泥漿流動性不好，噴霧空氣壓力大，單位樁長噴射量大，需要疏浚灰色罐進水閥，便于批量加壓。如出現 碎漿，需及時提供尺寸，重疊長度應大于0.5m。⑥水泥攪拌樁施工完成后，需進行質量檢查。樁開挖深度為500mm，攪拌樁均勻度為目測，測量樁直徑，檢查比例為10%。攪拌樁長度的衍生值應不大于5cm，鉆桿傾斜度應小于1.5%。

為確保水泥攪拌樁施工質量，要重視攪拌樁強度的控制。為避免出現攪拌樁強度不均勻的情況，在施工中既要保證各類機械設備正常運行，也要控制鉆頭提升的速度，應保證其處于勻速狀態。同時，要充分了解和掌握軟土地基各層的密度情況，并嚴格控制施工材料質量及漿液濃度，從而提升水泥攪拌樁的強度。另外，為了避免出現斷樁的問題，質量不合格的施工材料應嚴禁使用，且需要根據成樁試驗結果及實際情況，加強各項技術參數的控制，為保證施工質量，也需要定期對鉆頭進行檢查，如果發現有磨損情況，應及時更換鉆頭，同時在具體的操作過程中嚴格控制鉆頭鉆進的速度和提升速度。

3.2 智能化施工技術要點

水泥攪拌樁智能化施工技術是根據長期實踐經驗和施工需求，持續完善設計環節存在問題，有效解決傳統設計工藝中隱藏的缺陷，有力地保障了軟基處理工程質量，大大提升工程管理水平。所有原始施工數據實現全程實時記錄、不可更改，有效克服傳統人為管理方式缺點，為數據固定和可追溯創造有利條件，有效解決水泥攪拌樁施工中存在的偷工減料頑疾和管理漏洞。

水泥攪拌樁施工應進行施工全過程的信息化管理。智能監控設備和智能監控系統組成的系統，安裝調試合格后應進行驗收，驗收合格后方能使用。通過智能監控設備實現施工過程數據實時采集上傳，對地基處理過程中的一些參數實時監測并上傳到云服務器進行分析處理，實現地基樁基處理過程信息化管控，提高地基處理樁基施工的質量控制水平。應用智能監控系統，實現數據實時監控、預警和分析。智能監控系統應具有數據實時上傳、數據可追溯、施工質量評價、預警等功能。在施工全過程中應確保系統使用的連續性；智能監控設備出現故障、數據不能實時上傳或智能監控系統出現異常時，應暫停水泥攪拌樁施工。

智能化系統實時監測參數應包括攪拌深度、噴灰壓力、噴灰量、段灰量、總灰量、鉆進/提升速度、鉆桿電流、鉆桿前后/左右傾角、成樁時間等。智能監控設備應具有實時記錄數據和現場打印功能；現場打印施工記錄與智能監控系統數據應一致。智能監控設備單條實時數據上傳頻率≤5s，段數據單次上傳頻率≤0.25m。成樁設備、智能監控設備應當每2個月或每施工2萬延米進行校準。

4 結束語

水泥攪拌樁施工技術是目前處理軟土地基較好的技術之一，但在實施過程中仍需要采取相應的工藝控制措施，特別是輸漿性能、鉆孔的效率、攪拌轉軸速度和再攪拌時間等，以保證混凝土攪拌樁對軟土地基的施工效率和工程質量。