淺談水泥砂漿樁在灃保高速鐵路中的應用

代勤飛

摘要：介紹中鐵二局承建津保鐵路第4標段概況，對水泥砂漿樁在軟土地基中的加固機理及特點進行說明，并結合津保鐵路實例，對水泥砂漿樁加固松軟土施工方法進行探討，總結出水泥砂漿樁施工中的控制要點。

關鍵詞：津保；水泥砂漿樁；加固；要點

1.工程概況

中鐵二局集團公司承建的津保鐵路4標段，正線長度41.57公里（DK55+244.3-DK96+816.7），其中路基工程長度21公里，橋梁工程長度20.57公里。路基工程地基處理其中水泥砂漿樁264.7萬米，文章以DK71+660-DK74+992里程段地基處理水泥砂漿樁工點為例，對水泥砂漿樁加固松軟土施工方法進行探討。

2.地質水文情況

2.1地形及地質情況

DK71+660-DK74+992里程段地基處理水泥砂漿樁工點位于跨大廣高速公路特大橋小里程端，線路以填方通過，地形平坦、開闊，多為耕地。

0-4.4m——粉質粘土：軟塑～堅硬，夾砂土透鏡體；粘土：硬塑，偶見螺殼；a=140kpa。

4.4-10.7m——粉質粘土：軟塑，含銹斑；a=120-140kpa。

10.7-15m——質粘土：軟塑；a=140kpa。

2.2水文地質情況

該段路基地下水為第四系空隙潛水，埋深10-12.9m，變幅1-2m。主要靠大氣降水補給。地下水對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性，環境作業等級H2，地下水對混凝土結構具有氯鹽侵蝕性，環境作用等級H1。土壤最大凍結深度0.7m。

2.3該段路基地震動峰值加速度：0.1g。

3.水泥砂漿樁作用機理、特點

3.1水泥沙漿樁作用機理

水泥砂漿攪拌樁是采用水泥、沙、外加劑和水攪拌而成的水泥砂漿作為固化劑主劑，利用水泥砂漿攪拌樁機的攪拌葉片，在葉片直徑的范圍內將水泥砂漿和土進行充分攪拌。為達到使軟土凝結硬化，形成具有整體性、水穩性和一定強度的土中柱體的目的，該固化劑和軟土之間所產生了一系列物理、化學反應；所形成的土中柱體并與周圍的地基土一起構成復合地基，以提高軟基的承載能力。

3.2水泥砂漿樁特點

水泥砂漿樁對于飽和軟黏土、砂類土、黃土、淤泥、淤泥質土、黏土和亞黏土等都具有較好的加固效果，具有廣泛的適用性，不但施工工藝簡單，而且施工質量容易控制。

4.水泥砂漿樁施工技術

4.1水泥砂漿樁施工準備

4.1.1技術準備

設計圖紙的學習和審核必須在項目技術負責人主持下，相關人員全員參加并形成會審記錄。我部該工點設計樁平面布置形式為正方形布置，樁間距為1.5m，樁直徑為0.5m，樁長為15m（穿透松軟土至硬層）。樁身無側限抗壓強度必須大于等于2.5MPa，復合地基承載力必須大于等于180kpa。

4.1.2物資裝備

（1）設計對材料的要求。

水泥：采用42.5級普通硅酸鹽水泥或地下水具侵蝕性時使用32.5級礦渣硅酸鹽水泥作固化劑，水泥摻入量比值應大于等于15%，推薦選用0.45-0.7范圍的水泥漿水灰比。

砂：水泥沙漿中砂采用粉細砂，建議采用1：0.3-0.5范圍的灰砂比。外加劑：根據工程土質條件和需要選用緩凝早強，減水等作用效果和節省水泥的材料。

（2）設備選用。水泥砂漿樁設備選用SJB40型，電動機功率2×40km、攪拌轉速43r/min、額定扭矩2×8500n*m、采用“十字”型多向噴頭，攪拌頭直徑700mm、加固深度15-18m。配備水泥砂漿壓力監測儀和漿量自動記錄儀。壓漿泵最大壓力1.5MPa。

4.1.3現場準備

施工場地應具備“三通一平”條件，場地地表植物根系應在施工前挖除并將場地整平，設計樁頂標高加0.3m作為整平標高。取樣復測場地內地下水和地表水，以及施工用水的水質，施工用水不得使用有侵蝕性水。根據專業設計文件對路基范圍內管線進行調查核實和遷改并在施工前完成該項工作，加強對沒有遷改而施工中又可能對其造成影響管線的施工防護工作。設計交底、交樁給定的工程測量控制點進行復測，做好設計、勘測的交樁和交線工作并進行測量放樣。

4.1.4試樁工藝參數

水泥砂漿樁施工前應編制工藝性試樁方案，選擇具有代表性的地段按照審批后的試樁方案進行工藝性成樁試驗，每個工點試樁數量大于等于3根以便確定施工的各項技術參數和實際成樁效果。我部在里程DK74+700處進行工藝性試樁6根，因為地下水具侵蝕性所以選用P032.5級礦渣硅酸鹽水泥，按照試驗配合比所確定水泥：粉細砂：水=1：0.48：0.45現場拌制漿液，水泥摻入量為20.5%即每米水泥砂漿樁摻入水泥量為70kg/m。確定后的試驗工藝參數：下鉆鉆進速度控制在0.8-1.2m/min，轉速40-80r/min；提升攪拌速度控制在0.8M.5m/min，轉速80-120r/min，噴漿壓力控制在0.6-1.0MPa，進入持力層電流60-70A，樁底持續噴漿攪拌時間30-40s，水泥砂漿漿液制備攪拌時間3-5min。

4.2水泥沙漿樁施工工藝

4.2.1水泥沙漿樁施工工藝流程

根據設計并結合現場實際情況，在進行工藝性試樁的基礎上，確定水泥沙漿樁施工采用兩噴四攪的施工工藝，其流程：施工準備-原地面處理-測量放樣-鉆機就位-檢查鉆桿垂直度及對位偏差-預攪拌鉆進-確認鉆進設計深度-噴射水泥砂漿、攪拌并提升鉆頭至樁頂-重復攪拌下沉至設計深度-重復噴射水泥砂漿、攪拌并提升鉆頭至樁頂-樁頭攪拌-鉆機移位-樁頭處理-成樁質量檢驗。

4.2.2鉆機就位

測量放樣樁位采用竹條進行定位，定位誤差應符合要求并用石灰進行標示。鉆機行進至樁位處，為保證鉆桿垂直并且對準已經測量放樣好的樁位，采用調整鉆機自身的調平裝置配合調平儀表調平塔身導桿的方式。并利用垂球線檢查垂直度和樁位偏差，確保水泥砂漿樁機鉆桿垂直度偏差小于等于1%，樁位偏差小于等于50mm的要求范圍內。鉆機調整到位后進行低壓射水試驗，檢查噴嘴暢通及壓力情況。

4.2.3預攪拌下沉

開鉆前即鉆機初始狀態下用白色油漆把鉆桿上端頭橫向對應在鉆機塔身上作白色粗橫線標記，按照設計水泥砂漿樁長h=15m，外加30cm標高鉆進總長度H，根據設計要求則（H=h+0.3=15.3）m，用卷尺從塔身白色橫線油漆處，沿塔身向下H=15.3m處，用紅色油漆在塔身劃粗橫線作紅色醒目標記，以便于攪拌下沉時控制樁長滿足設計要求。啟動攪拌機放松起吊鋼絲繩，使攪拌機沿導向架下沉，待攪拌鉆頭接近地面時啟動自動記錄儀；在樁頂以上30cm處開始鉆進攪拌下沉，攪拌速度控制在50-60r/min范圍，下沉速度控制在0.8-1.0m/min范圍。下沉過程中的工作電流應小于等于額定值，采取增加攪拌機自重并啟動加壓裝置方式來解決較硬地層的下沉。鉆進接近設計深度即鉆桿上端伴隨攪拌下沉接近塔身劃粗橫線紅色醒目標記時，宜用低速慢鉆。鉆進達到設計深度即鉆桿上端與塔身劃粗橫線紅色醒目標記齊平時停止鉆進，并記錄好鉆進過程。

4.2.4噴漿攪拌提升

（1）制作水泥砂漿，采用砂漿攪拌機每盤最大攪拌3.5m3砂漿，采用二次攪拌工藝。先由配合比計算用水體積，根據用水體積和儲水桶直徑計算出液面高度并在該處用紅色油漆劃粗橫線做醒目標記，將儲水桶中規定量的水注入到砂漿攪拌機。然后啟動攪拌機邊攪拌邊摻入規定量的水泥，水泥為袋裝水泥，不足一袋的用臺秤稱量，攪拌時間不少于1min。接著加入砂桶和臺秤稱量的規定量的砂，攪拌時間不應少于3min。最后將砂漿從攪拌桶經過過濾網放入二次攪拌桶內進行二次攪拌，二次攪拌桶內攪拌均勻的水泥砂漿經過設濾網進漿口，通過高壓灰漿泵以供應水泥砂漿樁機的砂漿使用。

（2）深層攪拌機下沉到設計深度，開啟正常檔位砂漿泵，壓漿壓力穩定在0.7Mpa左右，保證樁端噴漿攪拌30s后勻速攪拌提升攪拌頭。提升過程中保持注漿泵壓力為0.7Mpa附近，始終保持連續送漿。提升速度控制在0.9-1.0m/min范圍，攪拌速度控制在80-90r/min范圍；提升至樁頭處必須持續攪拌噴漿不少于30s，攪拌噴漿直至樁頂向上30cm并做好過程記錄。

4.2.5重復攪拌下沉

按工藝流程圖，重復前次4.2.3作業。

4.2.6重復噴漿攪拌提升

按工藝流程圖，重復前次4.2.4作業。在成樁過程中因故停漿，繼續施工時必須重疊大于等于0.5m的接樁長度。如果停機超過3h，應該拆卸并清洗干凈輸漿泵管路，繼續施工時在原位旁邊補樁。

4.2.7樁機移位

樁機完成一樁位移至下一樁位，重復進行上述4.2.2-4.2.6步驟施工，采用從線路中心向線路兩側施打順序推進。

4.2.8樁機清洗

作業完成或者需停機3小時，必須進行鉆頭和鉆桿、砂漿泵清洗，向集料斗中注入適量清水，開啟灰漿泵清洗全部管路中剩余的水泥漿，直到管內和機內沒有漿液殘留，并清洗干凈黏附在攪拌頭的軟土。

4.2.9水泥砂漿樁頭截除

水泥砂漿樁作業完成并養護28天后，清除樁頂保護土層，截除樁頂設計標高以上樁頭，采用截樁機從四面水平切割樁體，然后將4根鋼釬在切縫內按同一角度對稱放置，用大錘同時擊打鋼釬直至將樁頭截斷。樁頭截斷后樁頂應平整，不能出現斜面，我部施工的水泥砂漿樁頂高程允許偏差控制在0-+20mm。

4.2.10水泥砂漿樁質量控制及成樁檢驗

主控項目：水泥砂漿樁加固用水泥、加固料及外加劑等原材料必須滿足《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》（后文簡稱《驗標》）檢驗要求。水泥砂漿樁漿液按照試驗確定的配合比制備，檢驗符合《驗標》要求。水泥砂漿樁的數量、布樁形式、樁長、單樁加固量用量、樁身完整性、均勻性等應滿足設計要求，并按照《驗標》檢驗方法和數量檢驗。水泥砂漿樁無側限抗壓強度應滿足設計要求（大于等于2.5MPa），復合地基承載力應滿足設計要求（大于等于180kpa）。并按照《驗標》檢驗方法和數量檢驗。

一般項目：水泥砂漿樁施工的檢驗方法、檢驗數量及允許偏差應符合以下規定。檢驗項目樁位（縱橫向）采用測量儀器或鋼尺丈量的檢驗方法，允許偏差50mm。檢驗項目樁體垂直度采用經緯儀或吊線測鉆桿傾斜度的檢驗方法，允許偏差1%。檢驗項目樁體有效直徑采用開挖50-100cm深后，鋼尺丈量的檢驗方法，允許偏差不小于設計值（0.5m）。施工單位檢驗數量按成樁總數的10%抽樣檢驗，且每檢驗批大于等于5根。

5.結語

水泥砂漿樁與樁間土及褥墊層構成復合地基，大幅度提高軟基的地基承載力，沉降變形小。且施工方法簡單易于控制質量，在津保高速鐵路施工中，我部嚴格按照經審批的既定施工方案作業，認真執行《驗標》，水泥砂漿樁施工取得了優良的作業效果。