水泥攪拌樁在軟弱復雜軟基中的應用

廣東省建筑工程機械施工有限公司 510500

摘要：攪拌樁在天然含水量高、孔隙比大、有機質含量高、腐殖質及富里酸含量高、強度低的土層中強度低且成樁效果差，處理后的站場路基不能滿足設計和功能使用要求。本文結合珠海十字門中央商務區橫琴片區市政基礎設施（道路）一期工程五標段水泥攪拌樁在軟弱復雜軟基中的應用，淺談如何處理軟弱復雜地基。

關鍵詞：水泥攪拌樁；軟弱地基；水泥土砂石樁

在珠江三角洲沿海地區，地下水位較高，區內分布著淤泥、淤質粉土為主的軟土層并有大量的暗河沂、暗溝塘及沖、回坡土等軟弱人工填土存在，水泥攪拌樁處理方式以其造價低、工期短、施工簡便、無污染等優點占據著主導地位，但攪拌樁在天然含水量高、孔隙比大、有機質含量高、腐殖質及富里酸含量高、強度低的土層中強度低且成樁效果差，處理后的站場路基不能滿足設計和功能使用要求。針對這一問題，在珠海十字門中央商務區橫琴片區市政基礎設施（道路）一期工程五標段攪拌樁軟基處理工程施工中對施工工藝進行了改進，在成本控制及處理效果中取得了理想的效果。

一、工程概述

珠海十字門中央商務區橫琴片區市政基礎設施（道路）一期工程五標段軟基處理主要選用塑料排水板及深層攪拌樁等進行處理，攪拌樁處理區域的地質條件復雜、工期緊、對加固后的沉降要求高。本工程攪拌樁區總面積為：201600m2，樁徑Φ500mm，樁間距1.0～1.4m，呈正三角形布置攪拌樁總量為1138000延米。設計要求攪拌樁施工深度以進入設計要求的硬層（中粗砂層）0.5m為控制。

場地土層主要為淤泥<2-1A>層，平均厚度3.1m；淤泥質粉質粘土<2-lB>層，平均厚度3m；淤泥質粉質粘土<4-2>層，平均厚度3m。該三層具有天然含水量高，孔隙比大，有機質含量較高，強度低，壓縮性高，滲透系數較小。低強度和不均勻性：軟土分布區地基強度很低，極易產生不均勻沉降。高壓縮性：軟土屬高壓縮性土，極易因其體積的壓縮而導致地面和建筑物沉降。PH值偏低及高有機質、富里酸及腐殖質含量：場地內軟土的PH值偏低，有機質、富里酸、腐殖質含量高，對軟基加固處理影響大。

二、水泥攪拌樁施工

1、施工機具選擇

選用PH—5B、PH—D型深層攪樁機40臺，HPX-18、HPX-25型深層攪樁機15臺，并為每臺攪拌樁機配備流量計、控制柜、低壓變壓器、泵送裝置、輸漿膠管、攪拌軸、灰漿攪拌機和集料斗等成套系統。施工前組裝架立樁機，檢查主機各部的連接，噴漿系統各部分安裝試調情況、管路的密封連接情況是否正常，作好必要的調整和緊固工作，排除異常情況后方可開始施工。HPX-18、HPX-25型深層攪樁機處理深度分別達到18m和25m，主要用于C區樁長18m懸浮式攪拌樁的施工。

2、施工順序安排

本分項工程施工范圍共劃分為三個施工區7個小區域，分布在設計區域的過渡段段、隔離樁B-1區、B-2區、C區，同一施工區域內按從北向南方向施工。計劃65天完成本分項工程的全部施工任務。

3、施工方法及技術措施

本工程設計選用四攪四噴的施工工藝。施工前，應取地基原狀土作室內配比實驗和現場工藝性成樁實驗，以確定最佳摻灰量，確定成樁工藝。每個分區的試樁數為3根。要求九十天齡期樁身無側限抗壓強度不<1.2Mpa。

（1）樁機定位，運用具有移動功能的深層攪拌機抵達鎖定樁位對中，為確保樁位精確性，應該運用定位卡，樁位對中的偏差不能>50mm，導向架與攪拌軸要和地面垂直，垂直度的不能超出 1 %距離。

（2）漿液配制，水泥選用P042.5硅酸鹽的普通水泥，漿液的調配一定要嚴格控制水灰比，比例通常為0.5至0.6最佳，水泥方面應進行抽檢，參入的水要具有定量容器，運用砂漿攪拌機進行攪拌時，攪拌的時間每次不應<3分鐘。

（3）噴漿形成樁，啟動灰漿泵，確認噴嘴噴出漿液時，開動樁機往下轉動鉆進噴漿成樁，并且不斷噴入水泥漿液，鉆進速率達1.0m/秒，轉速在60r /min 之間，噴漿的壓力保持1.0 —1.4 Mpa，噴漿量保持在30L /min，鉆進噴漿至設計的樁長或者層位后，在原位噴漿30s，然后反轉的平均速度提升很多。

（4）加強攪拌，攪拌頭自樁底反轉平均速度攪拌加強，直至底層面，如果攪拌頭被軟土包裹時，要實時進行消除。

（5）鉆進重復攪拌和擢升攪拌形成樁，根據以上環節鉆進和擢升攪拌形成樁，它的噴漿量按照設計的有關要求，達到有關設計要求后，只要復攪不用再送漿，成樁之后，啟動漿泵沖洗管路中剩余的水泥漿。

（6）在機具下沉攪拌中，有時會出現硬土層阻力大，下沉變慢并且攪拌鉆進，這種情況應增長攪拌機自重再開動加壓裝置，或者一邊輸漿液另一邊攪拌鉆進成樁。

（7）樁機操作人員應該和攪漿施工者維持緊密的聯系，確保攪拌機在噴漿中供漿連連不斷，因故障而需要停漿時，必須立刻告訴樁機操作人員，直至恢復供漿時再進行噴漿施工。因為故障導致停機的超過3h，把輸漿管拆卸下來徹底的進行沖洗管路。

（8）施工時，應設專門的人員把攪拌機下沉時間、提升時間以及供漿和停漿時間周詳的記錄下來，并且所記錄的深度偏差不可>0.05 m，時間偏差不可>5s，施工時產生的總是與治理狀況需要加以登記同時也要表明。

⑨深層攪拌樁施工時，應嚴格按照設計樁位、樁長、樁數、噴漿量以及試驗確定的參數施工。樁體攪拌應均勻、不斷，全樁應復攪一次，成樁直徑和樁長不得小于設計值。

三、水泥攪拌樁在試樁施工中遇到大問題--攪拌樁強度低且成樁效果差，處理后的站場路基不能滿足設計和功能使用要求。

由于本工程規模大、施工條件差、周邊環境復雜、地質條件差，軟土厚度大、工程造價低、工期緊，而水泥攪拌樁軟基處理面積及數量較大，且地質條件復雜，如何確保攪拌樁的成樁強度，對整個工程的質量至關重要。在施工前期的水泥攪拌樁試樁過程中發現由于土層天然含水量高、孔隙比大、有機質含量高、腐殖質及富里酸含量高、強度低等原因導致攪拌樁強度低且成樁效果差，甚至有不成樁的現象，這一問題不解決將嚴重影響本工程的質量、工期和效益。因此，本項目部技術人員將解決“攪拌樁成樁強度低問題”列為科技攻關的課題來攻克，經過查找出強度低原因后、通過對設備進行工藝改進有效的克服了強度低現象取得了好的成績，確保了工期、質量要求，取得了好的經濟效益。

四、攪拌樁強度低且成樁效果差的處理

1、攪拌樁強度低且成樁效果差的原因分析

軟弱土層中有機質含量較高，壓縮性高，強度低，滲透系數較小。低強度和不均勻性，軟土分布區地基強度很低，極易產生不均勻沉降。PH值偏低及高有機質、富里酸及腐殖質含量，場地內軟土的PH值偏低，有機質、富里酸、腐殖質含量高，對軟基加固處理影響大。特別是有機質、富里酸、腐殖質含量高，嚴重影響了攪拌樁的加固效果，阻礙攪拌樁的強度增長。試樁施工單純增加水泥摻入量，會在樁頭部位的粉噴樁體中心產生“燒心”現象（因水泥摻入量過高，地下水位較低，水泥硬化時產生的高溫造成水泥土體強度降低的現象）。

2、本工程對攪拌樁強度低且成樁效果差的處理

2.1 開會研究對策及進行第二次試樁

按照首次抽芯檢測時該結果發覺，水泥的摻量為16% 與 18%之間，在淤泥層中的四攪四噴的樁其強度通常為 0.3和0.5。同時，P.O42.5水泥摻量一旦提升至20 %，攪拌樁下部就能滿足要求，不過上部未能達到設計要求（0.9MPa、0.6 MPa），所以，在跟業主，設計和監理商量過后抉擇，顧慮到成本控制與牢固效率，在樁的上部加強攪拌樁啟動次數與水泥摻量實行試樁，同時，本公司按照首次試樁的結果對試驗所收集的大量數據實行解析，同等軟弱土層中含砂的數量對樁強度有較大影響，并簡單加大水泥摻入量（比如所摻入量>20%），所在樁頭部位的粉噴樁體，其樁體中心就會出現“燒心”現象（因為水泥摻入量多，而地下水位低，水泥在硬化中出現的高溫導致水泥本質強度下降的現象），此結論被專家及業主所認同。討論研究采用先在軟基中打擠密砂石樁（可單純用砂或石子），再在砂石樁中心施打水泥攪拌樁，形成水泥土砂石復合樁的方案，并實行二次試樁。2.2 對第二次試樁進行分析確定最終施工方案

遵照第二次抽芯檢測的結果發覺，在攪拌樁四攪四噴 P.O42.5 水泥中，當配合比摻量是16 %時，樁的上部強度為 0.4 Mpa、0.8 Mpa、0.2 Mpa 沒有達到攪拌樁無側限抗壓的強度要求，樁下部的強度基本達到設計要求，除了其它因地質不同的點未達設計要求。當攪拌樁四攪四噴P.O42.5水泥配合比摻量為18%時樁上部強度為0.5Mpa、0.3Mpa、0.5 Mpa，不能滿足設計要求，下部樁強度符合設計要求。當攪拌樁上部8m六攪六噴選用P.O42.5水泥配合比摻量為22.5%，下部選用15%四攪四噴時可以看出樁身上部8m左右的無側限抗壓強度部分不能滿足要求（最低的強度為0.9Mpa），下部基本符合要求（有一個點0.9Mpa）.當攪拌樁選用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴）基本符合要求（最低的一點為1.1Mpa），下部16%符合要求，通過檢測可以滿足設計要求。根據地質勘測資料，試樁位置區域地質情況為上部8m左右為淤泥<2-1B>淤泥質細砂層<2-2>和少量淤泥質中砂層<2-3>，因此可以說明當攪拌樁配合比水泥摻量為16%、18%、22.5%（四攪四噴）時，淤泥、淤泥質細砂層、淤泥質中砂層的攪拌樁無側限抗壓強度不能滿足設計要求，即不能達到1.2MPa。水泥土砂石復合樁（水泥摻量16%，砂樁直徑為20cm）的試樁強度最低的為1.7Mpa，滿足設計及功能使用要求。

六攪六噴攪拌樁和水泥土砂石復合樁試樁對比：

六攪六噴攪拌樁：

水泥土砂石復合樁試樁：

通過試樁對比，攪拌樁選用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴），下部16%（四攪四噴）及水泥土砂石復合樁（四攪四噴水泥摻量16%，砂樁直徑為20cm）都能滿足設計使用要求，但是水泥土砂石復合樁的優勢明顯：一、一般水泥攪拌樁存在著水泥土體剛度及強度較低，上部荷載傳遞深度較小的缺點，水泥土砂石復合樁可以有效地提高攪拌樁處理后土體剛度和強度，效果顯著；二、費用少，通過經濟分析，水泥土砂石復合樁只需費用3800萬，而，攪拌樁選用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴），下部16%（四攪四噴）則需費用4700萬，整整可以節約900萬。

通過試樁，水泥土砂石復合樁成為專家和業主的認同方案并實施。

五、結語

經過上述施工材料及工藝的改進，施工中樁強度低的現象得到解決，大大提高了工效，確保了施工質量，取得了較好的經濟效益。施工實踐證明，對攪拌樁工藝進行簡單、合理、有效的改造，水泥土砂石復合樁利用砂樁對軟弱部位先行加固，既達到了排水固結作用，又利用其樁身中的粗粒體改善了樁體結構，使攪拌更加均勻、密實。提高了復合樁體的強度、剛度和密度，也提高了荷載作用深度和抗剪強度。能對復雜軟基中的特別軟弱部位針對性地加固，避免了開挖、回填，再打樁的繁瑣工序?，F工程已完成，使工程工期提前一個月，處理達到預期的效果，且使攪拌樁的施工成本、工期和質量得到了充分的保障。

參考文獻：

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[2]劉學峰；金威；試論水利工程水泥攪拌樁施工質量控制要點[J]；中國新技術新產品；2012年21期