水泥攪拌樁軟基處理在吳江東太湖大堤工程中的應用

瞿洪海

【摘 要】水泥深層攪拌樁是進行軟基處理的一種有效形式。結合吳江東太湖綜合整治-1#排泥場新建大堤工程的施工情況，介紹了水泥深層攪拌樁的施工中試樁、施工準備、施工工藝流程、設計參數及要求、施工控制、質量檢驗等控制環節。

【關鍵詞】水泥深層攪拌樁；軟基處理；應用；質量控制

1. 前言

（1）水泥深層攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深部就地將軟土和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。

（2）東太湖綜合整治工程是太湖流域水環境綜合治理的重點工程之一，也是太湖流域防洪規劃的重要組成部分。吳江東太湖綜合整治-1#排泥場新建大堤為Ⅰ級水工建筑物，部分地段地質情況較差，軟弱地基較多，因此采用了水泥深層攪拌樁軟弱地基處理，本工程水泥深層攪拌樁直徑50cm，間距為1.5m，樁長在9m-14m之間，樁位平面呈正三角形（梅花形），工程量為16.7余萬延米。結合該工程施工實例對如何有效地控制水泥深層攪拌樁的成樁質量，確保軟基處理的效果進行了探討。

2. 軟基處理水泥深層攪拌樁的施工

2.1 施工準備。

2.1.1 水泥深層攪拌樁施工前應準備下列施工技術資料：施工場地的工程地質報告，土工試驗報告，室內配合比試驗報告，水泥深層攪拌樁設計樁位圖，原地面高程數據表以及測量資料。

2.1.2 清表、整平：進行水泥深層攪拌樁施工的場地，事先應予平整，清除樁位處地上、地下一切障礙物，如原地面要清除雜草、樹根、石塊等。

2.1.3 排水：護坡道外側開挖臨時排水溝，初期不能開挖很大。堤基臨時排水溝不得與農田排水、灌溝渠合用且施工期間不能長期積水。

2.1.4 施工機具準備，進行機械組裝和試轉運。

2.2 工藝性試樁。為了確定各種操作技術參數，在水泥深層攪拌樁大面積開工前，必須按室內配合比進行工藝性試樁，可根據軟土層厚度選擇一處有代表性土質情況的位置進行試樁，布樁6根。試樁應達到下列要求：

2.2.1 滿足設計水泥用量的各種技術參數。

2.2.1.1 下鉆速度，參考值V=1.0m/min。

2.2.1.2 噴漿提升速度，參考值噴漿時VP=0.3～0.8m/min，復攪時VP≤0.7m/min。

2.2.1.3 鉆頭轉動速度，參考值P=30～50轉/min。

2.2.1.4 復攪與提升時泵的工作壓力：參考值P≈1.5MPa，并根據機械類型及管道長度調整。

2.2.1.5 噴漿口處壓力：參考值0.7MPa≤P≤0.8MPa。

2.2.2 通過試樁，確定輸漿泵的輸漿量，漿液經輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間以及預攪拌提升速度、重復攪拌下沉、重復攪拌提升速度等施工參數。

2.2.3 水泥深層攪拌樁所用的水泥（42.5級普通硅酸鹽水泥）應符合設計要求，并有產品合格證，并經室內檢驗合格才能使用，嚴禁使用受潮、結塊變質的加固料。

2.3 施工工藝流程。

放線定樁位→鉆機就位→檢驗、調整鉆機→正循環鉆進至設計樁深→打開高壓注漿泵→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→全程復攪一次（如整樁設計漿量還有剩余，應在復攪中繼續噴完）→反循環提鉆至地表→關閉攪拌機械→移至下一樁位繼續施工。

2.4 設計參數及要求。

2.4.1 水泥摻入比>18%。

2.4.2 室內配合比設計。

28d無側限抗壓強度：qu≥1.2MPa

60d無側限抗壓強度：qu≥1.6MPa

90d無側限抗壓強度：qu≥1.7MPa

2.4.3 現場質量檢測。

28d取芯強度：R28≥1.2MPa

90d取芯強度：R90≥1.7MPa

單樁承載力>80KPa

2.5 進場樁機、設備要求。

2.5.1 進場設備嚴禁使用非定性產品或自行改裝的設備；進場樁機應有能顯示鉆桿鉆進時電流變化的電流表，裝備水泥漿量檢測記錄儀器，儀器性能良好。包括：樁深度測量；漿液流量測量。電磁流量計、深度測量儀等檢測記錄，設備進場前必須經當地計量部門或生產廠檢驗標定并鉛封；并有當地計量部門檢測的證書。

2.5.2 進場樁機使用的鉆頭必須為3層漿葉共計6片，為使樁頭成型較好，需在攪拌葉片下部端頭加焊抓頭；輸漿管必須使用整管，避免出現接頭，不利于漿液的輸送或出現壓漿時爆管現象。

2.5.3 要求每臺樁機都要配備一臺泥漿比重儀，并要有當地計量部門的檢測證書，以便于隨時檢查漿液的比重；漿液攪拌桶都必須標有標準的刻度，以便控制水的用量，鉆機導向架內外側都必須有標度尺，標度尺要與樁架顏色成反色，以便隨時明了下鉆深度。

2.6 深層攪拌樁施工工藝操作細則。

2.6.1 施工技術要求。

2.6.1.1 根據工藝試樁確定的各種操作技術參數制定施工要點，現場操作人員必須嚴格遵守，各項技術參數如下：

（1）按規定的水灰比注入水和規定比例的水泥并充分攪拌，攪拌時間必須大于4分鐘方可過濾至噴漿池。

（2）下鉆噴漿速度控制在0.8m/min之內，下鉆時要保證漿液輸送到鉆頭處。

（3）下鉆至設計樁深時停噴漿泵。

（4）提升速度控制在1.0m/min之內，以利于漿液和土層的充分拌和；操作人員要時刻注意壓力、噴漿量、鉆進速度、提升速度等有關參數的變化，并做好施工原始記錄。

2.6.1.2 嚴格控制鉆孔下沉、提升速度、噴漿高程及停漿面，確保水泥攪拌樁長度和噴漿量達到規定要求及保證樁頭均勻密實。施工中如發現噴漿量不足，應進行整樁復打，復打的噴漿量不小于設計用量。

2.6.1.3 水泥攪拌樁要穿透軟弱土層到達強度較高的持力層，并深入硬土層50cm，持力層深度除根據地質資料外，還應根據帶鉆進時電流表的讀數值來確定，當鉆桿鉆進時電流表的讀數明顯上升，說明已進入硬土層，如能持續50cm以上則說明已進入持力層，如探明的持力層深度與設計圖存在差異，須上報有關單位，經確認后方可繼續施工。

2.6.1.4 攪拌機每次下沉或提升的時間必須有專人記錄，時間誤差不得大于5秒，下鉆前要有等待送漿到達鉆頭處的時間，防止出現下沉鉆進卻未噴漿的情況，具體時間隨機械類型與送漿管長度而變化，應由有關施工人員會同監理確定，現場監理應嚴格控制。

2.6.1.5 要求全程復攪。若遇到特殊土質時經監理工程師同意后可適當縮短復攪長度，但要在記錄表中注明復攪長度、改變原因及監理工程師的認可簽字。

2.6.1.6 噴漿壓力不宜過大，以防鉆孔淤泥向孔壁四周擠壓形成空洞。

2.6.1.7 在成樁過程中，如發生意外（如停電、機械故障等原因）導致噴漿中斷時，必須采取補噴措施，補噴重疊長度以不小于1.0m。特別困難時以電流表讀數明顯變化時為準，但在提升噴漿前要有等待送漿到達的時間，防止斷樁，否則應重新打設，新樁距報廢樁的距離不能大于樁距的15%，并填報在事故記錄中備查。所有接樁及補樁都必須報現場監理認可。

2.6.1.8 對輸漿管要經常檢查，不得泄漏及堵塞。漿噴管應保持濕潤，以利輸漿，如因故停機3小時，應拆卸輸漿管清洗，以防止漿液凝結堵管。

2.6.1.9 對使用的鉆頭要定期檢查，其直徑磨耗量不得大于1cm，但也不宜采用直徑大的鉆頭（以小于51cm為宜）以免樁身成型不好。

2.6.1.10 嚴禁使用無噴漿計量裝置鉆機施工和私自改裝計量裝置。

2.6.2 操作細則。

2.6.2.1 施工場地平整。

（1）平整施工場地，清除一切地面和地下障礙物，若埋深3.0m以下存在障礙物時與設計人員商量再作處理。

（2）當施工場地表面過軟時，采取鋪設路基箱的措施防止施工機械失穩。

2.6.2.2 樁機定位。

（1）樁位放樣。由現場技術人員及測量人員根據設計圖紙和測量控制點放出樁位，樁位平面偏差不大于20mm。按設計要求的施工順序在地面做好樁位標志，保證攪拌樁每次準確定位。

（2）開挖溝槽。根據結構內邊控制線，采用挖機開挖，并清除地下障礙物。開挖溝槽余土應及時處理，以保證深層攪拌樁正常施工，并達到文明施工工地要求。

（3）攪拌樁機就位。用卷揚機和人力移動攪拌樁機到達作業位置，并調整樁架垂直度達到1%以上。樁機移位由當班機長統一指揮，移動前必須仔細觀察現場情況，移位要作到平穩、安全。樁機定位后，由當班機長負責對樁機樁位進行復核，偏差不得大于20mm。

（4）樁機垂直度校正。在樁機上焊接一半徑為5cm的鐵圈，10m高處懸掛一吊錘，利用經緯儀校直鉆桿垂直度，使吊錘正好通過鐵圈中心。每次施工前必須適當調節鉆桿，使吊錘位于鐵圈內，即把鉆桿垂直度誤差控制在1%內。

2.6.2.3 水泥漿液拌制。

（1）嚴格控制水灰比，一般為0.5。水泥應抽檢，加水應經過核定的定量容器。

（2）水泥漿必須充分攪和均勻。使用沙漿攪拌機制漿時，每次投料后攪和時間不得少于180s。注意：攪拌機時應該先加水，后加水泥充分攪拌。

（3）為改善水泥和易性，可加入適量的外加劑，尤其在夏季施工應加入適量的減水劑。

2.6.2.4 攪拌樁機鉆桿下沉與提升。證實漿液從噴嘴噴出并具有一定壓力后，啟動電動機，根據土質情況按計算速率，放松卷揚機使攪拌頭自上而下切土拌和下沉，直到鉆頭下沉鉆進至樁底標高，在原地噴漿攪拌30s。按照攪拌樁施工工藝要求，鉆桿在提升時需注入水泥漿液。鉆桿提升速度不得大于0.5m/min，按照技術交底要求均勻、連續注入拌制好的水泥漿液，鉆桿提升完畢時，設計水泥漿液全部注完，攪拌樁施工結束。

2.6.2.5 注漿、攪拌、提升。開動灰漿泵，待純水泥漿到達攪拌頭后，按計算要求的速度提升攪拌頭，邊注漿、邊攪拌、邊提升，使水泥漿和原地基土充分拌和，提升到設計標高后再關閉灰漿泵。

2.6.2.6 成樁完畢，清理攪拌葉上包裹的土塊及噴漿口，樁位移至另一樁位施工。

2.7 施工控制。

2.7.1 項目經理部指派專人負責水泥深層攪拌樁的施工，施工過程中監理全程旁站。所有施工機械均應編號，應將現場技術員、鉆機長、現場負責人、水泥攪拌樁樁長、樁距等制成標牌懸掛于鉆機明顯處，確保人員到位，責任到人。

2.7.2 水泥攪拌樁開鉆之前，應用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現象，待水排盡后方可下鉆。

2.7.3 為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規范要求，在主機上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進行控制。

2.7.4 對每根成型的攪拌樁質量檢查重點是水泥用量、水泥漿拌制的罐數、壓漿過程中是否有斷漿現象、噴漿攪拌提升時間以及復教次數。

2.7.5 為了確保樁體每米摻灰量以及水泥漿用量達到設計要求，每臺機械均應配備電腦記錄儀。同時現場應配備水泥漿比重測定儀，以備監理工程師和項目經理部質檢人員隨時抽查檢驗水泥漿水灰比是否滿足設計要求。

2.7.6 水泥攪拌配合比：水灰比0.5、每米摻灰量60Kg、生石膏2%（水泥重）。

2.7.7 水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應小于總量的1/2，嚴禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復攪時可提高一個檔位。每根樁的成樁時間應不少于40分鐘，噴漿壓力不小于0.4MPa。

2.7.8 為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質量，第一次提鉆噴漿時應在樁底部停留30秒，進行磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進行磨樁頭，停留時間為30秒。

2.7.9 施工時應嚴格控制噴漿時間和停漿時間。每根樁開鉆后應連續作業，不得中斷噴漿。嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業。儲漿罐內的儲漿應不小于一根樁的用量加50Kg。若儲漿量小于上述重量時，不得進行下一根樁的施工。

2.7.10 施工中發現噴漿量不足，應按監理工程師要求整樁復攪，復噴的噴漿量不小于設計用量。如遇停電、機械故障原因，噴漿中斷時應及時記錄中斷深度。在12小時內采取補噴處理措施，并將補噴情況填報于施工記錄內。補噴重疊段應大于1.0m，超過12小時應采取補樁措施。

2.7.11 現場施工人員認真填寫施工原始記錄，記錄內容應包括：（1）施工樁號、施工日期、天氣情況；（2）噴漿深度、停漿標高；（3）灰漿泵壓力、管道壓力；（4）鉆機轉速；（5）鉆進速度、提升速度；（6）漿液流量；（7）每米噴漿量和外摻劑用量；（8）復攪深度。

2.8 施工中應注意的問題。 根據工藝試樁確定的各種操作技術參數制定各種施工細則，供現場操作人員遵守，并做好施工原始記錄，同時必須注意以下各項：

2.8.1 嚴格控制鉆機下鉆深度、漿噴高程及停漿面，確保深層攪拌樁長度和水泥漿液噴入量達到設計要求。深度誤差不得大于5cm，水泥用量的誤差不得大于1%。水泥漿液應按預定的配合比拌制，并應加入外摻劑（生石膏用量為水泥的2.0%，起提高水泥強度作用），保證每根樁所需漿液一次單獨拌制完成，用完后再拌制下根樁所需漿液，并應有專人記錄每根樁長及水泥用量，漿液罐容量應不小于一根樁用灰量加50Kg，漿液罐必須采用金屬制容器。制備好的漿液不得離析，不得停置過長，超過2h的漿液應予廢棄，因此，噴漿桶內的漿液還沒有開始噴出之前，拌漿桶不允許拌料，必須要噴漿桶的漿液開始輸送才能拌下一根樁的漿液，以免漿液停置時間過長。漿液倒入集料斗時應加篩過濾，以免漿體結塊，損壞泵體。泵送漿液前，管路應保持濕潤，以利輸漿。另外為保證攪拌的垂直度，應注意起吊設備的平整度和導向架對地面的垂直度，垂直度偏差不得大于1.5%。

2.8.2 攪拌機每次下沉（鉆進開始與結束）或提升（泵送漿開始與結束）的時間必須有專人記錄，應根據成樁實驗確定的技術參數進行施工，時間誤差不得大于5秒，提升前要有等待送漿到達樁底的時間，防止出現提升卻未噴漿的情況，具體時間要隨機械類型與送漿管長度而變化，應由有關施工人員會同監理根據成樁實驗確定，現場監理應嚴格控制。

2.8.3 供漿必須連續，拌和必須均勻。一旦因故停漿，為防止斷樁和缺漿，應使攪拌機鉆頭下沉至停漿面以下0.5m，待恢復供漿后再噴漿提升。如因故停機超過3h，為防止漿液硬結堵管應先拆卸輸送管路，清洗后備用。此根未完樁做報廢處理或在12h內采取補噴措施，補噴重疊長度以不小于1.0m為宜。特別困難時以電流表讀數明顯變化時為準，但在提升噴漿前要有等待送漿到達的時間，防止斷樁，否則應重新打設，新樁距報廢樁的距離不能大于樁距的15%，并填報在事故記錄中備查。所有接樁及補樁都必須報現場監理認可。

2.8.4 攪拌樁樁位的施工順序應按照先外圍后內部并順序推進的原則，橋頭、結構物基礎段落攪拌樁應優先安排施工。

2.8.5 要加強水泥操作手與鉆機操作手之間的聯系，必須每臺鉆機配一臺門鈴，加強聯絡。

2.8.6 做好水泥及石膏粉的用量臺帳，準確記錄水泥用量并保留空水泥袋進行移交，當日水泥用量臺帳時間以上午6∶00到第二天上午6∶00為一個時間段，及時上報臺帳記錄。

2.8.7 每根樁施工下鉆、提升、攪拌、復攪、水泥用量等數據都必須準確及時做好記錄，做到一根樁施工完成，相應數據及施工原始記錄同步完成，電腦打印流量票據一并打出。

2.8.8 施工中應注意的其他問題。

（1）如出現溶洞情況應立即用素土回填空洞，并重新下鉆噴漿進行接樁處理，重疊長度不小于1m，直到成樁為止。

（2）形成的凹坑用石灰土填平（包括樁頭取樣試坑），然后進行下道工序施工。

（3）樁施工完畢需養生28天，達到設計強度后才能進行路基填筑施工。

（4）樁施工必須由承包人全過程跟班管理。要求每2臺機配三名管理人員，制定詳細的質量管理及質量保證體系，每臺機械應安排三名機長，分別跟隨三班作業，責任到人，掛牌上崗。

2.9 質量檢驗。水泥攪拌樁屬于隱蔽工程，如何判斷施工完成后的水泥攪拌樁是否達到設計要求，在很大程度上依賴于樁身質量的有效檢測，對水泥攪拌樁成樁后樁身質量的檢測是保證軟基處理達到預期效果、確保工程質量的重要環節。

2.9.1 檢驗方法。 水泥攪拌樁介于剛性樁與柔性樁之間，目前國內外已嘗試用多種測試手段。

2.9.1.1 水泥攪拌樁成樁7天可采用輕型觸探法進行樁身質量檢驗。

（1）檢驗攪拌均勻性： 用輕型觸探器中附帶的勺鉆，在攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥漿富集的“結核”或未被攪勻的土團。

（2）觸探試驗： 根據現有的輕型觸探擊數（N10）與水泥土強度對比關系來看，當樁身1d齡期的擊數N10大于15擊時，樁身強度已能滿足設計要求；或者7d齡期的擊數N10大于30擊時，樁身強度也能達到設計要求。輕型觸探的深度一般不超過4m。

2.9.1.2 水泥攪拌樁成樁28天后，用鉆孔取芯的方法檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度及樁的施工長度。每根樁取出的芯樣由監理工程師現場指定相應均勻部位，送實驗室做（3個一組）28天齡期的無側限抗壓強度試驗，留一組試件做三個月齡期的無側限抗壓強度實驗，以測定樁身強度。鉆孔取芯頻率為1%～1.5%。

2.9.1.3 如果某段或某一橋頭水泥攪拌樁取芯檢測結果不合格率小于10%，則可認為該段水泥攪拌樁整體滿足要求；如果不合格率大于10%小于20%時，則應在該段同等補樁；如果不合格率大于30%，則該段水泥攪拌樁為不合格。

2.9.1.4 對攪拌樁取芯后留下的空間應采用同等強度的水泥砂漿回灌密實。

2.9.2 外觀鑒定。

2.9.2.1 樁體圓勻，無縮頸和回陷現象。

2.9.2.2 攪拌均勻，凝體無松散。

2.9.2.3 群樁樁頂齊，間距均勻。

2.10 安全、文明施工的措施。

2.10.1 在施工中貫徹執行“安全第一，預防為主”的方針和堅持“管生產必須管安全”的原則，結合實際情況，制定各項規章制度。

2.10.2 對參加施工人員進行安全和環保意識教育，熟知本工種各項安全技術操作及環保意識教育，遵守國家有關安全與環保方面的法令和法規。

2.10.3 操作人員上崗前，必須按規定穿戴防護用品。

2.10.4 定期檢查各項性能指標。在各危險區設立醒目標語，并不得擅自拆除。

2.10.5 施工現場做好工完料凈。各種工程材料堆放整齊，經常對施工機械設備進行保養。

2.10.6 對環境有污染的設施和材料，應設置在遠離人員居住的較為空曠的地點。各種廢棄物要妥善處置。

3. 結語

（1）深層攪拌樁是處理軟土地基是目前最常用的方法之一，它具有設備簡單、操作方便、工藝合理、技術可靠、效果好等特點。但由于深層攪拌樁屬隱蔽工程，必須要緊抓施工環節，嚴守施工過程的管理，實行全天候，全方位監督，以確保施工質量達到設計要求。

（2）本工程深層攪拌樁軟基處理如果施工質量不好，就會構成重大隱患，將直接影響到太湖大堤的整體堅固性，所以一定要貫徹“百年大計，質量第一”的方針，確保大堤工程質量，為東太湖綜合整治建設做出應有的貢獻！