單軸雙向水泥攪拌樁施工工藝改良

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程概況

嘉閔高架路北延伸段工程南北走向5標(biāo)段位于嘉定區(qū)，南起躍華江，北至曹安路。主要為主線高架橋、G2立交橋、跨線橋及地面道路。

本標(biāo)段道路工程包括地面道路聯(lián)絡(luò)通道及G2高速拼寬段。其中G2高速拼寬段的G2公路方向的工程范圍長(zhǎng)約1.85 km。G2高速路基拼寬段填筑高度約3 m，設(shè)計(jì)允許沉降值為15 cm，采用水泥攪拌樁加固方案。

水泥攪拌樁采用濕噴法，單軸雙向攪拌，總樁數(shù)19 535 根，Φ700 mm，正三角形布置，樁間距2 m，處理深度18～20 m，采用強(qiáng)度等級(jí)P.O 32.5水泥，設(shè)計(jì)水泥摻入量100 kg/m。原設(shè)計(jì)水灰比0.6，水泥土室內(nèi)試驗(yàn)28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為R28，大于等于1.0 MPa。

2 水泥攪拌樁施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

水泥攪拌樁加固由于水泥用量少，水泥水化反應(yīng)完全是在土的圍繞下產(chǎn)生的，凝結(jié)速度比在混凝土緩慢，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)慢，需28 d齡期方可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，其施工周期長(zhǎng)，對(duì)工期影響較大。其次，水泥攪拌樁大面積施工過程中，漿液水灰比難以控制，單樁水泥用量難以保證，施工質(zhì)量控制難度大。

3 單軸雙向水泥攪拌樁施工技術(shù)

3.1 水灰比的確定

水灰比是水和水泥按質(zhì)量計(jì)算的比率，一般規(guī)范要求的水灰比在0.45～0.60之間。使用P.O 32.5水泥施工時(shí)，按設(shè)計(jì)或工藝試驗(yàn)確定的水灰比在拌漿桶中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)拌制。

本工程為加快水泥攪拌樁強(qiáng)度增長(zhǎng)，縮短攪拌樁養(yǎng)護(hù)時(shí)間，對(duì)其配合比進(jìn)行優(yōu)化，原則是以不改變每延米水泥用量為前提，與設(shè)計(jì)商議將水灰比0.6改為0.4，通過降低水的用量來加快水泥凝結(jié)硬化，縮短水泥攪拌樁齡期。

3.2 漿液拌和試驗(yàn)

先在拌漿桶中加入500 kg水泥和200 kg清水，并用強(qiáng)制拌和機(jī)進(jìn)行拌和，拌和完成后，發(fā)現(xiàn)漿液非常稠，甚至出現(xiàn)了一定比例的水泥結(jié)塊漂浮在漿液表面，其主要原因是漿液中清水用量減少，大大增加了拌和的難度，拌和情況非常不理想，這種漿液是無法作為原料壓入基底的。

項(xiàng)目部對(duì)拌和情況進(jìn)行分析，考慮從兩個(gè)角度改善水泥漿拌和效果，第一，優(yōu)化配合比，加入LEX-9型高效減水劑，從水泥漿材料自身提高其流動(dòng)性。第二，提高拌和機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，原葉片旋轉(zhuǎn)速度為60 r/min，改良后葉片轉(zhuǎn)速為80 r/min，改善了水泥漿拌和效果。

3.3 漿液預(yù)壓試驗(yàn)

針對(duì)拌和試驗(yàn)后采取的2 項(xiàng)優(yōu)化措施，拌和后的水泥漿流動(dòng)性明顯提高，拌和達(dá)到預(yù)期效果，故開始對(duì)漿液進(jìn)行預(yù)壓，本次預(yù)壓在地面上操作，根據(jù)水泥漿射出距離確定壓漿效果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)0.4水灰比的漿液雖然已經(jīng)達(dá)到了高流態(tài)，但是由于其相對(duì)密度較大，傳統(tǒng)的0.2 MPa的壓漿機(jī)雖能將漿液壓出，但是水頭較小，壓出的水泥漿量非常小，且不連續(xù)。

根據(jù)這一情況，項(xiàng)目部對(duì)壓漿設(shè)備進(jìn)行跟換，將原先0.2 MPa壓漿機(jī)改為自制最大壓力值2 MPa壓漿機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作壓力值控制在1.46 MPa，壓漿量與提升速度相匹配，并根據(jù)壓漿機(jī)的壓力值跟換相應(yīng)的壓漿管及接頭，確保管道接頭位置的抗壓及密封性能。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)[1-4]

4.1 單軸雙向水泥攪拌樁施工技術(shù)（二攪一噴一停）

深層攪拌樁的施工工序?yàn)椋荷顚訑嚢铏C(jī)定位→預(yù)拌下沉→制配水泥漿→噴漿攪拌、提升→重復(fù)攪拌下沉→重復(fù)攪拌提升直至孔口→關(guān)閉攪拌機(jī)、清洗→移至下一根樁、重復(fù)以上工序。

施工時(shí)，先將深層攪拌機(jī)用鋼絲繩掛在起重機(jī)上，用輸漿膠管將儲(chǔ)料罐砂漿泵與深層攪拌機(jī)接通，開動(dòng)電動(dòng)機(jī)，攪拌機(jī)葉片相向而轉(zhuǎn)，借設(shè)備自重，沉至要求加固深度，再均勻速度提起攪拌機(jī)，與此同時(shí)開動(dòng)砂漿泵將砂漿從深層攪拌樁中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面，即完成一次攪拌過程。

4.2 攪拌樁每延米水泥用量控制

為了確保樁體每米摻合量以及水泥漿用量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每臺(tái)機(jī)械均配備電腦記錄儀，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備水泥漿密度測(cè)定儀。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)樁位、樁長(zhǎng)、樁數(shù)、噴漿量以及實(shí)驗(yàn)確定的參數(shù)施工。攪拌樁的完整性、均勻性、連續(xù)性、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

為避免每根樁的水泥用量準(zhǔn)確無誤，施工現(xiàn)場(chǎng)配置1個(gè)拌漿桶和1 個(gè)儲(chǔ)漿桶，拌漿桶尺寸Φ1 050 mm，高0.75 m，容積為0.65 m3；儲(chǔ)漿桶尺寸Φ2 000 mm，高1 m，容積為3.1 m3，并根據(jù)不同樁長(zhǎng)標(biāo)識(shí)刻度線。先在拌漿桶內(nèi)進(jìn)行水泥、水及外加劑的拌和，拌和均勻后灌入儲(chǔ)漿桶內(nèi)，儲(chǔ)漿桶內(nèi)積滿1 根樁的漿液后，以20 m樁長(zhǎng)的攪拌樁為例，儲(chǔ)漿桶高度為0.465 m，一次性將漿液注入基底。

4.3 水泥攪拌樁攪拌速度

一般情況下，水泥攪拌樁的下鉆速度控制在0.38～0.75 m/min的速率，主要靠設(shè)備自身質(zhì)量，實(shí)際采用0.6 m/min的速率。提升的時(shí)候，伴隨著攪拌、噴漿的過程，一般為0.3～0.5 m/min，考慮到水灰比降低后，對(duì)壓漿效果造成不利影響，實(shí)際采用0.35 m/min，適當(dāng)放慢壓漿時(shí)的提升速度。

為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質(zhì)量，提鉆噴漿時(shí)應(yīng)參照儀表上面的電流表讀數(shù)判斷是否已進(jìn)入持力層，樁底必須進(jìn)入持力層0.5 m，然后在樁底部停留30 s，進(jìn)行磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體。

4.4 水泥攪拌樁樁頂質(zhì)量保證措施

水泥攪拌法在施工到頂端0.3～0.5 m范圍，因上覆壓力較小，攪拌質(zhì)量較差。因此，施工的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)確定的基底標(biāo)高高出約0.5 m。待開挖基時(shí)，再將上部樁身質(zhì)量較差的0.5 m樁段鑿去。

5 實(shí)施效果

通過對(duì)單軸雙向水泥攪拌樁施工工藝的改良，保證每延米水泥摻量100 kg不變的情況下，調(diào)整水灰比至0.4，大大提高了水泥攪拌樁的早期強(qiáng)度，10 d齡期達(dá)到了1.48 MPa，相比原設(shè)計(jì)要求的28 d齡期縮短了18 d，為本工程后期G2高速公路拼寬段爭(zhēng)得了大量寶貴時(shí)間。同時(shí)采用3.1 m3儲(chǔ)漿桶確保1 根樁對(duì)應(yīng)1 罐漿液的施工措施，有效地控制了單樁水泥漿用量，使水泥攪拌樁檢測(cè)結(jié)果達(dá)到了100%合格。另外，本方法共計(jì)節(jié)約工程造價(jià)32.23 萬元。

6 結(jié)語

水泥攪拌樁是一種有效處理軟基的辦法，對(duì)公路建成后降低工后不均勻沉降、路的側(cè)向位移和橋頭跳車等都有很顯著和效果。作為隱蔽工程，一旦被路堤等構(gòu)筑物所覆蓋，易構(gòu)成隱患，且不好檢查及補(bǔ)救。故對(duì)水泥攪拌樁施工工藝的研究，優(yōu)化水泥漿配合比、改良水泥攪拌樁的施工機(jī)械，從而達(dá)到了較好的實(shí)施效果。