釘形水泥土雙向攪拌樁加固城市軟基道路的施工技術探討

廣東遠峰建設工程有限公司 廣東佛山 528299

摘要：采用合理的施工技術能有效提高施工的質量。本文結合某工程為例，闡述了釘形水泥土雙向攪拌樁的技術原理和加固軟基的施工工藝，結合超長釘形攪拌樁的施工難點，對施工設備和施工工藝進行了改良和優化，完成了釘形水泥土雙向攪拌樁的施工，施工完成后，檢測結果說明了釘形水泥土雙向攪拌樁處理的各項數據都滿足設計要求，值得其他工程參考。

關鍵詞：軟土地基；超長釘形水泥土雙向攪拌樁；復合地基；施工技術

引言

隨著我國經濟的不斷增長，城市建設工程項目越來越多，施工質量的重要性日益突出。但是在某些工程中，由于沒有采取合適的施工技術，施工質量管理不到位，導致工程的質量得不到提高。如何控制施工技術和施工的質量成為了施工人員需要解決的問題，下面就結合實例對此進行討論分析。

1工程概況

某工程全長約11km，道路采用城市I級次干路建設標準和堤路結合方式。道路場地主要為水塘、溝渠和農田，場地軟土（主要為淤泥質土）廣泛分布，有2層不良工程地質層：第1層為水塘、溝渠表層；第2層為淤泥質粉質黏土～淤泥質黏土。軟土層具有觸變性、流動性、不均勻性、高壓縮性等特點。路段填方高度大多為5.0～6.0m，水塘內填方高達8.0m，為高填方軟土地基路堤。

工程區的主要地層為人工填土層（Qme）、第四系全新統沖積層（Q4al），土層自上而下分述如下。

①2層：素填土，灰褐色，濕，以可塑狀黏性土為主，夾植物根莖及少量碎石，土質欠均勻。層厚2.0～13.5m，整個場地分布。

①3層：淤泥，灰黑色，流塑，夾有少量生物殘骸，含大量有機質，該層分布于河床和魚塘表層，層厚一般0.2～1.5m。

②1層：粉質黏土，灰黃～灰褐色，濕，可塑～軟塑，見有少量灰白色鋁土質和黑色氧化物斑點，局部夾薄層粉土。層厚1.0～9.0m，整個場區均有分布。

②2層：淤泥質粉質黏土～淤泥質黏土，灰～灰褐色，飽和，軟～流塑，局部夾薄層砂土、粉砂，少量腐殖質，局部為黏土。層厚0.6～15.0m，整個場區均有分布。

③1層：細砂夾粉質黏土，灰色、青灰色，飽和，稍密至中密狀，局部夾粉質黏土。層厚一般9.0～35.0m，整個場區均有分布。土層的主要物理力學性指標見表1。樁號K8+720—K9+028段采用25m超長釘形雙向水泥土攪拌樁進行軟土地基加固處理，以滿足承載力和沉降要求。

表1 土層物理力學性能指標

土層編號含水率/%密度/（g/cm3）相對密度孔隙比液性指數壓縮模量/MPa-1天然快剪固結快剪

Cq/kPa?cq/（°）Cq/kPa?cq/（°）

①232.01.842.730.9620.554.31091115

②134.81.812.731.0030.603.61081114

②237.01.822.721.0511.013.896915

③125.01.912.690.706 12.5026027

2釘形攪拌樁基本原理

釘形水泥土雙向攪拌樁是新型的水泥土攪拌樁，通過對普通水泥土攪拌樁成樁機械進行改裝而成，它結合了雙向水泥土攪拌技術和變截面水泥土攪拌樁2種技術。雙向水泥土攪拌樁技術：即通過對攪拌樁傳動系統進行改裝，由單動力裝置改裝成雙動力裝置，采用同心雙軸鉆桿，在內鉆桿上設置正向旋轉葉片，在外鉆桿上設置反向旋轉葉片，內、外鉆桿的旋轉方向相反，通過正、反向旋轉葉片同時雙向攪拌，阻斷水泥漿上冒，提高了水泥土攪拌的均勻性。變截面水泥土攪拌樁技術：將攪拌葉片改進為能伸縮葉片，在樁長深度范圍內，通過伸縮旋轉葉片可形成不同直徑的樁體。在樁體的上部張開旋轉葉片形成擴大頭，即釘形攪拌樁。

釘形水泥土雙向攪拌樁與普通水泥土攪拌樁相比具有以下特點：

（1）樁身質量較均勻；

（2）功效高；

（3）加強了土體上部復合地基強度，減小了路基沉降；

（4）增大了樁距，更加經濟。

3釘形攪拌樁施工工藝

釘形雙向水泥土攪拌樁擴大頭部分采用“4攪3噴”工藝，擴大頭以下部樁身采用“2攪1噴”工藝。普通釘形雙向水泥土攪拌樁的施工工藝如圖1所示。

圖1 釘形水泥土雙向攪拌樁施工工藝圖

（1）樁機定位：放樣、定位，將打樁機移至指定樁位并對中。

（2）切土下沉：啟動攪拌機，葉片伸展到擴大頭設計直徑，使攪拌機沿導向架向下切土，同時開啟灰漿泵向土體噴水泥漿，2組葉片同時正、反向旋轉，切割攪拌土體，直到擴大頭設計深度。

（3）縮徑切土下沉：改變內外鉆桿的旋轉方向，使葉片收縮至下部樁體設計直徑，2組葉片同時正、反向旋轉，切割攪拌土體，直至設計深度，在樁底持續噴漿攪拌不少于10s。

（4）提升攪拌：關閉灰漿泵，提升攪拌機，2組葉片同時正反向旋轉攪拌水泥土，直至擴大頭底面。

（5）擴徑提升攪拌：改變內外鉆桿的旋轉方向，使葉片伸展至擴大頭直徑，開啟灰漿泵，2組葉片同時正反向旋轉攪拌水泥土，直至地表或樁頂以上50cm，關閉灰漿泵，并檢查攪拌葉片是否伸展至擴大頭直徑。

（6）攪拌下沉：開啟灰漿泵，2組葉片同時正反向旋轉攪拌水泥土，直至擴大頭設計深度。

（7）提升攪拌：關閉灰漿泵，提升攪拌機，2組葉片同時正反向旋轉攪拌水泥土，直至地表或樁頂以上50cm。

（8）樁頂處理：樁頂1.0～1.5m的范圍內進行二次噴漿攪拌，并人工修整。

4超長釘形攪拌樁施工

該工程釘形水泥土雙向攪拌樁設計采用正三角形布置，樁間距1.8m，設計樁長為25m，釘形攪拌樁擴大頭直徑1.0m，擴大頭長度4m，下部樁體直徑0.6m。要求水泥土攪拌樁施工完成后28d樁身取芯無側限抗壓強度不小于1.0MPa，復合地基承載力不小于120kPa。攪拌樁采用PC32.5級復合硅酸鹽水泥，水泥用量為原狀濕土質量的12%～15%，現場取土進行水泥土配合比試驗，水灰比0.45～0.50。

4.1施工難點

水泥土攪拌樁一般處理深度不大于20m，為保證成樁質量常將處理深度控制在15m。當設計樁長達到25m時，雖采用釘形雙向水泥土攪拌的新工藝，但施工難度仍較大，施工難點主要有：

（1）25m長釘形雙向水泥土攪拌樁的施工經驗少，對具體的工藝參數需進行現場試驗后確定，需對原有施工工藝進行優化，經檢測樁身質量滿足設計要求后方可實施。

（2）超長的釘形樁施工對施工設備的性能要求較高，目前釘形樁常利用普通深層攪拌樁機械為機架，配上雙向動力箱體和變徑鉆頭等裝置改造而成，存在攪拌樁施工機械結構單薄，穩定性較差的問題，它限制了釘形樁的處理深度，不能滿足超長樁的施工要求。

因此，要確保25m長釘形樁的施工質量，需采取改進施工設備，現場試驗確定工藝參數，優化施工工藝等措施。

4.2施工設備

普通水泥土攪拌樁施工樁架尺寸、塔架高度及動力機功率均不能滿足超長釘形樁的施工要求，主要問題有：樁架動力箱體出現故障的頻率加大，功效降低；樁架晃動較大，樁機自身穩定性差等。因此，需重新設計符合施工25m長釘形水泥土雙向攪拌樁的成樁機械。

采用SJB型樁機結構，樁架尺寸由9m×4.5m擴大至10.5m×4.5m，動力箱功率由原來的2×37kW增大為2×45kW，塔架高度為30m，動力箱質量1.5t。配置2臺容積為0.5m3的灰漿攪拌機，泵量為50L/min，泵壓1500kPa，經施工現場試樁測試，滿足施工25m釘形攪拌樁的施工要求。

4.3工藝性試樁

為保證超長釘形水泥土雙向攪拌樁的施工質量，指導全線施工，在正式施工前，進行了工藝性試樁，主要解決以下問題：

（1）確定水泥漿的密度和噴漿量，選擇合適的輸漿泵；

（2）標定樁機的實際噴漿量與電腦控制臺的記錄是否一致，以便于后期的施工控制；掌握下沉和提升的阻力情況，選擇合理的攪拌頭形式、設備功率及攪拌葉片的寬度和傾角等；

（3）驗證室內試驗確定的配合比、水灰比是否滿足設計要求，是否需要摻加外加劑；

（4）掌握攪拌樁提升、下沉、復攪的速度，確保攪拌均勻，噴漿量滿足要求；

（5）驗證樁身尺寸和樁身強度、質量的均勻性等；

（6）檢驗復合地基承載力是否滿足設計要求。

通過現場試驗，確定水泥摻量為原狀濕土質量的15%，水灰比為0.5，外加劑采用江蘇博特SBTJM-Ⅵ型減水劑，摻量為水泥質量的1%，水泥漿相對密度為1.71。攪拌樁機施工控制參數為：鉆進噴漿速度V≤0.5m/min，平均提升速度Vp≤0.8m/min，內鉆桿轉速≥50r/min，外鉆桿轉速≥70r/min。

4.4施工質量控制

釘形水泥土雙向攪拌樁的施工應強化過程質量控制，施工中隨時檢查施工記錄和計量記錄。只有施工過程的質量得到有效控制，才能確保成樁質量和地基加固的效果。施工過程中需重點做好以下幾點：

（1）根據設計文件，繪制樁位布置圖，避免施工過程中出現漏打。現場樁位放樣準確，偏差不大于50mm。

（2）樁機就位前，需平整場地，避免因施工場地不平或軟弱引起樁機傾斜。

（3）水泥漿嚴格按配合比的要求進行拌制，嚴格控制水泥漿密度和水泥漿量，確保每根樁的水泥用量符合設計要求。

（4）施工時鉆進、提升速度應嚴格按試驗所得參數進行，鉆進、提升速度控制不好，會影響樁身質量的均勻性。當攪拌至樁底時，應持續噴漿攪拌不少于30s，保證樁底的施工質量。

（5）提升時檢查擴大頭葉片是否能正常伸縮，確保擴大頭的樁徑和高度達到設計值。

5釘形攪拌樁檢測

5.1樁身質量檢測

（1）釘形水泥土雙向攪拌樁成樁7d后，采用淺部開挖觀察樁體成形情況和攪拌的均勻程度，并檢驗樁徑，檢查頻率為1‰，且不少于3根。

（2）釘形水泥土雙向攪拌樁成樁28d后，按《江蘇省高速公路水泥攪拌樁檢測工作實施細則》進行取芯，進行水泥土無側限抗壓強度和標準貫入試驗。

通過現場淺部開挖觀察樁體和28d成樁質量檢測，擴大頭樁徑和樁長均滿足設計要求，樁身質量均勻，芯樣堅硬，樁底處芯樣處于硬塑狀態，下部樁身長度滿足設計要求；樁深度20m以上段標貫擊數>50，樁深度20～25m段標貫擊數>15；芯樣沿樁身上、中、下部無側限抗壓強度平均值分別為1.506、1.150、0.868MPa，滿足設計要求。抽檢樁質量綜合評價為優。

5.2承載力檢測

釘形水泥土雙向攪拌樁復合地基承載力檢測在成樁28d后進行，采用單樁承載力檢測和復合地基靜載試驗。經檢測，單樁復合地基承載力平均達到180kPa，多樁復合地基承載力平均達到210kPa，滿足設計要求。現場攪拌樁施工最終檢測數據表明，25m樁長的釘形攪拌樁可以實現，通過嚴格的施工質量控制，攪拌樁的質量和復合地基的處理效果均較為理想。

6結語

綜上所述，施工過程中對釘形水泥土雙向攪拌樁成樁設備進行了改進和優化了施工工藝，使得超長樁的施工順利完成，通過對施工質量的控制，保證了成樁的質量和地基加固效果，地基的承載力得到了提高，各項參數都符合要求，促進了工程的發展，創造了更多的經濟和社會效益。