水泥深層攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計與實踐

章啟彬

（繁昌縣水務(wù)局 安徽 繁昌 241200）

0 引言

水泥深層攪拌樁是利用攪拌機把送入地層深部的水泥就地進行攪拌，使水泥與地層中的軟土拌和均勻，讓水泥與軟土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，硬化成水泥土樁體的一種施工方法。 水泥深層攪拌樁依水泥是否先加水拌成漿液再噴入地層攪拌，還是直接將干粉噴入地層并攪拌，區(qū)分為“濕法”與“干法”兩種[1]。 濕法攪拌比較均勻，易于復(fù)攪，但水泥土硬化時間長，特別是地層中軟土含水量過高時，樁間土多余的孔隙水影響水泥土強度增長；干法正好相反，攪拌不太均勻，很難全程復(fù)攪，但水泥土硬化時間較短，樁間土的含水量在一定程度上也能夠減少，從而使樁間土的強度在一定范圍內(nèi)得以提高。

水泥攪拌樁適用于江河堤防的防滲， 堤岸邊坡加固，基坑開挖支護，水利、港口、高速公路等基礎(chǔ)加固。 就處理對象來說，它適用于砂性土、粘性土、粉土、淤泥、淤泥質(zhì)土，松散至稍密無大塊硬質(zhì)建筑垃圾的雜填土和素填土。 一般不適用于生活垃圾和化纖等工業(yè)廢料雜填土， 以及含大量樹根、塊石的土層。

1 水泥攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計

1.1 設(shè)計條件

水泥攪拌樁設(shè)計應(yīng)全面收集以下資料：

1.1.1 處理區(qū)域內(nèi)詳盡的巖土工程資料。 尤其是填土層的厚度和組成，軟土層的分布范圍、分層情況，地下水位及pH 值，士的含水量、塑性指數(shù)和有機質(zhì)含量等；

1.1.2 建筑場地有無影響攪拌樁機械施工障礙物。 地下有無各類管網(wǎng)，生活垃圾、工業(yè)化纖和硬質(zhì)塊體建筑垃圾，地上有無高壓電線。 如果影響大，又難以解決，有可能會導(dǎo)致地基處理方案變更。

1.1.3 應(yīng)針對現(xiàn)場擬處理的最薄弱層軟土做配合比試驗，確定合適的固化劑、外摻劑及其摻量，為設(shè)計提供各種齡期、各種配比的強度參數(shù)。對豎向承載的水泥土強度宜取90 d 齡期試塊的立方體抗壓強度平均值；對承受水平荷載的水泥土強度宜取28d 齡期試塊的立方體抗壓強度平均值。

1.2 承載力計算

水泥土攪拌樁豎向復(fù)合地基承載力及單樁豎向承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場荷試驗確定。 初步設(shè)計時，復(fù)合地基承載力和單樁豎向承載力按文獻[2]計算，確定攪拌樁的復(fù)合地基承載力、樁的直徑、置換率和長度。

1.3 粉噴樁布置

豎向承載攪拌樁的平面布置可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點及對地基承載力和變形的要求，采用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀等加固型式。 柱狀加固一般在基礎(chǔ)平面范圍外布置一排維護樁，可采用正方形、梅花形等布樁型式。

豎向承載攪拌樁的長度應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層；為提高抗滑穩(wěn)定性而設(shè)置的攪拌樁，其樁長應(yīng)超過危險滑弧以下。

1.4 樁頂調(diào)整層

豎向承載攪拌樁復(fù)合地基應(yīng)在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置褥墊層褥墊層厚度可取其材料可選用中砂粗砂級配砂石等。

2 粉噴樁施工質(zhì)量控制要點

2.1 粉噴樁應(yīng)在設(shè)計樁頂以上不小于1.5m 基坑面開始施工，如地面高程不足，應(yīng)回填中、重粉質(zhì)壤土，保證施工機械安裝平穩(wěn)、牢固，施工面平整。

2.2 粉噴樁施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計進行工藝性試樁，根據(jù)試樁質(zhì)量確定工程樁施工工藝參數(shù)，試樁數(shù)量不少于2 根。

2.3 水泥土攪拌樁施工步驟由于濕法和干法的施工設(shè)備不同而略有差異。 其主要步驟為：攪拌機就位、調(diào)平，預(yù)攪下沉至設(shè)計深度，邊噴漿（粉）、邊攪拌提升至預(yù)定的停漿面，重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計深度，噴漿（粉）攪拌提升至預(yù)定停灰面，空鉆提出地面，關(guān)閉攪拌機。

2.4 粉噴樁施工時實際施工樁頂高程需高出設(shè)計樁頂500mm 以上， 在基坑開挖時將設(shè)計樁頂以上部分人工鑿除，嚴禁采用挖掘機等機械鑿除，以免破壞樁身。

2.5 水泥土攪拌法干法噴粉施工機械必須配置經(jīng)國家計量部門檢定合格、具有能瞬時檢測并記錄出粉量的粉體計量裝置及攪拌深度記錄儀。

2.6 控制好噴粉（漿）時鉆頭的下沉、提升速度，第一次噴粉應(yīng)控制在0.5～0.7m/min，第二次噴粉應(yīng)控制在0.6～0.8m/min，勻速提升防止因噴粉不均勻形成軟弱夾層。

2.7 土樣含水量：當(dāng)水泥摻入量相同時，樁身強度隨土樣含水量增大而降低，施工時應(yīng)測定土樣含水量。 濕法根據(jù)實際含水量調(diào)整水灰比，現(xiàn)場應(yīng)配備水泥漿比重測定儀控制漿體稠度。 干法在地基土天然含水量小于30%土層中成樁時，應(yīng)采用地面注水?dāng)嚢韫に嚒?/p>

2.8 樁長、樁位、樁徑的控制。 樁長的控制不僅要看表通過鉆速和時間計算， 還要在鉆進時在搭架上在設(shè)計樁長深度位置劃上明顯的標記，同時根據(jù)鉆機負載電流突變和轉(zhuǎn)速變化，判斷是否穿透軟土層進入持力層[3]。 樁位測量放樣后應(yīng)在樁位釘小樁，并保護好不被破壞，樁機就位時樁位偏差應(yīng)＜5㎝。 垂直度是樁位控制的關(guān)鍵，施工中應(yīng)經(jīng)常用錘球檢查樁機垂直度，垂直度偏差應(yīng)＜1%。 樁徑控制要求不小于設(shè)計直徑，施工中應(yīng)經(jīng)常檢查鉆頭直徑，發(fā)現(xiàn)磨損超過規(guī)范要求應(yīng)及時補焊。

3 質(zhì)量檢驗

水泥土攪拌樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工全過程，并應(yīng)堅持全程旁站監(jiān)理。 施工過程中必須隨時檢查施工參數(shù)和計量記錄，對照施工工藝對每根樁進行質(zhì)量評定。 重點檢查水泥用量、樁長、攪拌頭轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度、復(fù)攪遍數(shù)和復(fù)攪深度等。 成樁后應(yīng)檢驗樁體均勻性、完整性和承載力。

3.1 粉噴樁樁體均勻性檢驗。 根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》， 攪拌樁應(yīng)在成樁后3 天以內(nèi)用輕便動力觸探器進行質(zhì)量檢驗，檢驗樁的數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%，且不少于3 根。

3.2 粉噴樁應(yīng)在成樁7d 后，及時檢查樁身的完整性。抽樣檢測數(shù)量為成樁的5%，檢測方法為：淺部開挖樁頭（含超噴部分），其深度為500mm，目測檢查攪拌的均勻性，測量成樁直徑，對樁身強度持有懷疑的樁體，鉆取樁身芯樣，測其強度。

3.3 成樁28d 后，按總樁數(shù)的0.2%且不少于3 根，檢測單樁及復(fù)合地基承載力是否滿足設(shè)計要求。

4 紅星排水站出水涵加固實例

4.1 工程概況

紅星排水站位于繁昌縣峨溪河右堤上，站址區(qū)原為老河道，峨溪河大堤修建后人工填筑，該地段堤頂高程11.6m，堤頂寬度為5.0m。 臨水高程5.0～6.0m， 背水側(cè)地面高程5.00～7.5m。 根據(jù)鉆探資料所揭示的地層，建筑物底板以下地層分布如下：

4.1.1 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土：呈灰褐色、灰黃色等，濕，流塑～軟塑狀態(tài)。層底高程－3.6～－4.1m，層厚9.4～10.0m。靜探比貫入阻力Ps 值0.4～0.80MPa，平均為0.5MPa，實測標貫擊數(shù)N 為2～4 擊/30cm，平均為3.2 擊/30cm。

4.1.2 層粉質(zhì)粘土～重粉質(zhì)壤土：呈灰黃～褐黃色，濕，可塑～硬塑，含少量鐵錳礦物及少量高嶺土。 該層未鉆穿，最大揭露厚度5m。

4.2 設(shè)計參數(shù)與施工工藝

4.2.1 粉噴樁數(shù)量。 泵站出水箱涵斷面尺寸2m×2.5m，設(shè)計面積置換率19.6%， 采用正方形布置， 樁徑50cm， 樁距100cm，在箱涵底面以外布置一排維護樁，共布置250 根樁，具體布置參見圖1。

4.2.2 粉噴樁深度。 樁長穿過③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土層，進入下部④層粉質(zhì)粘土～重粉質(zhì)壤土層1 米， 樁長在9.5～10 米之間，樁頂高程4.9m，樁頂停灰面高程5.1m。

圖1 出水箱涵粉噴樁布置圖

4.2.3 材料。 水泥采用PO42.5，干法，摻入比為15%，復(fù)合地基承載力130kPa。

4.2.4 施工工藝。 工程樁施工前對現(xiàn)場進行了粉噴樁干法工藝試驗，共打2 根試樁，擬定施工工藝參數(shù)為：采用干法，水泥摻入比為15%（56kg/m），全程復(fù)噴、復(fù)攪工藝，鉆進速度0.6～1.0m/min，第一次噴粉提升速度0.5～0.7m/min，復(fù)噴、復(fù)攪速度0.6～0.8 m/min。

4.3 質(zhì)量檢驗

攪拌樁的成樁質(zhì)量檢驗方法常用的有：反射波法、靜載試驗、鉆芯檢驗、輕便觸探、標準入試驗、挖驗等。 紅星排水站出水涵水泥攪拌樁加固地基檢測采用：輕便觸探、挖驗和靜載試驗三種方法，分階段檢測樁體均勻性、完整性和復(fù)合地基承載力，檢測結(jié)果如下：

4.3.1 樁體均勻性檢測。 成樁3d 內(nèi)，選擇3 根樁，用輕型動力觸探（N10）檢查樁身的均勻性，成樁后的觸探檢測結(jié)果見表1， 顯示3 天內(nèi)的N10 擊數(shù)均大于對應(yīng)天然地基土的N10 擊數(shù)的一倍以上，滿足設(shè)計要求。

表1 紅星站水泥攪拌樁輕便動力觸深成果匯總表

4.3.2 成樁開挖檢查。 成樁7 天后采用淺部開挖樁頭，檢查成樁效果。 選擇12 根樁，經(jīng)檢查，樁的外徑為50cm，和攪拌機頭部的葉片直徑相當(dāng)，樁體均勻、無斷層現(xiàn)象，整體性、密實性較好。 強度方面，用鐵鍬鏟比較困難，初步判斷強度較高。

4.3.3 復(fù)合地基承載力試驗。 成樁28 天后，選取3 根樁檢測復(fù)合地基承載力，3 根樁的復(fù)合地基承載力檢測結(jié)果如下：54# 靜試點：單樁復(fù)合地基加荷至270kN 時，抗壓穩(wěn)定，未達到極限荷載，最大沉降量15.79mm，最大回彈量為11.98mm，殘余沉降量3.81mm；106# 試驗樁： 單樁復(fù)合地基加荷至270kN 時，抗壓穩(wěn)定，未達到極限荷載，最大沉降量18.50mm，最大回彈量14.69mm， 殘余沉降量3.81mm；174# 靜試點：單樁復(fù)合地基加荷至270kN 時，抗壓穩(wěn)定，未達到極限荷載，最大沉降量26.97mm， 最大回彈量為21.71mm， 殘余沉降量5.26mm。 3 根樁復(fù)合地基承載力均大于130kPa，滿足設(shè)計要求。 成樁后的靜載試驗P－S 曲線見附圖3。

圖3 單樁復(fù)合地基靜載P-S 曲線圖

5 結(jié)語

通過近幾年來幾項水泥攪拌樁加固地基的實踐，初步得出以下結(jié)論：

水泥深層攪拌樁具有施工操作簡單， 施工中噪聲小，無振動、無污染，施工速度快、造價低等優(yōu)點；繁昌縣河漫灘土層含水量一般在40～50%，其巖性多為粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土，地下水無侵蝕性，適合采用水泥深層攪拌樁加固地基；水泥攪拌樁主要承受豎向荷載，對樁身連續(xù)、均勻要求極高，樁的實際承載力由樁最薄弱段質(zhì)量決定，因此施工中應(yīng)建立一套完整的質(zhì)量保證體系進行嚴格的質(zhì)量控制。

［1］張繼周,文小利,翟孝猛.如何運用水泥深層攪拌樁處理公路軟基[J].科技信息,2009（19）:222－223.

［2］JGJ79－2002 建筑地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

［3］宋軍成.淺談水泥漿深層攪拌樁施工質(zhì)量控制[J].中小企業(yè)管理與科技,2009（10）:200－200.