釘形雙向水泥土攪拌樁施工要點

楊 秀 華

(山西長興路橋工程有限公司，山西 長治 046000)

在水泥攪拌樁施工中，將軟土和水泥使用深層攪拌機械進行強制拌和，通過實現就地固化硬結地層深處的軟土使得地基強度提高，確保地基沉降得到有效控制。使用水泥攪拌樁進行軟土加固是一種地基處理新技術，具有施工機械簡單、施工速度快、對環境影響小的優勢。

釘形與雙向水泥土攪拌樁技術是一種新樁型，還是一種全新的施工方法。在吸收常規水泥土攪拌樁技術優勢的基礎上，釘形與雙向水泥土攪拌樁技術的樁身受力更加合理，可使得樁身強度大幅提高。該法由東南大學和南京路鼎攪拌樁特種技術有限公司聯合開發，其工法的關鍵在于充分利用了復合地基應力的傳遞規律，同時大大降低了施工成本。

與常規的水泥土攪拌樁相比，雙向水泥土攪拌樁施工工藝簡單，采用兩攪一噴工藝，無需復攪復噴，顯著降低人為因素對質量的影響，便于推廣。大量的工程實踐表明，采用雙向水泥土攪拌樁進行軟基處理時，軟基處理越深，則經濟效益越顯著。目前，應用釘形與雙向水泥土攪拌樁在我國進行軟土處理的最大深度為32 m，1.3 m為應用的最大樁徑。在太原西南環鐵路工程中得到應用，進行的軟基處理效果顯著。

1 技術優勢對比

在施工中，由于常規水泥土攪拌樁的固有缺陷，地基處理工程量大，施工速度慢，造價偏高，容易出現質量事故，導致一些省市對水泥土攪拌樁技術持慎用,甚至限用的態度。

采用常規水泥土攪拌樁技術進行軟土處治時，施工中存在的主要問題有：

1)均勻性差。在常規水泥土攪拌樁施工中，攪拌葉片單向旋轉，難以形成對固化劑和土體的均勻拌和。由于攪拌不充分不均勻導致形成的水泥土攪拌體為層狀，使得水泥土的固化效果難以得到充分發揮，成型后的樁體強度較低。

2)漿液上冒。在施工過程中，攪拌樁筒體內的壓力在土壓力、孔隙水壓力、噴漿壓力及葉片旋轉力等多種作用的影響下，容易出現劇增，導致出現水泥漿沿鉆桿上冒的現象，嚴重的會溢出地面(見圖1)，影響水泥土的就地攪拌效果，成型后樁身上部的水泥含量偏高，且造成水泥漿大量浪費。

3)受力不合理。在常規水泥土攪拌樁技術下，樁體成型后自上而下具有完全相同的樁徑，不能實現根據地基應力狀態及地質條件進行樁結構的合理選擇，難以將樁土復合作用發揮最大。

在雙向水泥土攪拌樁施工中，由于充分利用了土體的主、被動壓力差，實現了內外鉆桿旋轉方向的改變，通過對鉆頭葉片(如圖2所示)打開或收縮進行控制，有效實現了樁徑的大小變化，形成釘形樁(變截面樁)。

雙向水泥土攪拌樁攻克了常規水泥土攪拌樁存在的嚴重缺陷，具有如下技術優勢：

1)強度提高。由于內外鉆桿上的兩組葉片實現了同時正反向旋轉，將水泥漿有效控制在上下兩組葉片范圍內，使水泥漿的上冒途徑被有效隔斷，冒漿現象得到徹底解決。同時，土體和水泥漿充分攪拌均勻，成型后的樁體強度得到大幅提高。

2)擾動小。鉆桿上的兩組葉片同時正反向旋轉，使得土體對葉片產生的水平旋轉力相互平衡，將施工對樁周土的擾動降至最低。

3)受力合理。可根據荷載類型、地質條件、工程性質等不同情形，設計相應的變截面水泥土攪拌樁(見圖3)。釘形樁具有的變截面結構特性，具有與地基應力傳遞相同的規律，樁體成型后受力合理，地基處理效果十分顯著。

大量的工程實踐表明，與常規水泥土攪拌樁相比，雙向水泥土攪拌樁具有顯著的承載性能，合理的樁身受力結構及大幅減少的沉降量，且單位體積的軟土處理時的工程量小，可使得綜合經濟效益節約15%～35%。同時，根據荷載類型、地質條件、工程性質等不同，可進行漿噴或粉噴方式的合理選擇，在固化劑中還可加入適量添加劑，如摻入適量的砂、石膏等，形成砂漿樁等攪拌樁。

2 施工工藝

在某高速公路段，基層多為軟土地基，土質承載力較差。在該段計劃采用釘形雙向水泥攪拌樁進行地基加固處理，樁頂做30 cm厚墊層，進行了施工順序的合理安排。

設計的攪拌樁樁長5 m～14 m，擴大頭直徑0.9 m，長度4 m～9 m，要求采用四攪兩噴工藝；下部樁體直徑0.6 m，長度0 m～8 m，要求采用二攪一噴工藝。樁間距2 m，個別軟土較厚段或填土較高段加密布置。

雙向水泥土攪拌樁的施工工藝見圖4。

2.1 樁機就位

即移動水泥土攪拌樁機到指定位置并進行對中。

在本項目施工中，樁機配備有專用動力箱體，鉆進作業采用同心雙軸鉆桿進行，將水泥漿噴嘴與下組葉片固連。

2.2 切土下沉

攪拌樁機啟動，將攪拌葉片展開并進行調整，要求達到擴大頭直徑標準。

開始沿導向架向下進行切土，上下兩組葉輪同時進行正反向的旋轉，攪拌樁機鉆桿持續下沉，直至達到擴大頭設計標高。

在鉆進作業時，下面一組葉輪進行強制切土。同時開啟送漿泵進行水泥漿噴灑，以在葉輪旋轉產生的土體空隙中實現水泥漿的就地粘附。

在鉆進作業時，上面一組葉輪向下組葉輪的相反方向進行旋轉，通過旋轉將土體與水泥漿拌和均勻。

2.3 縮徑下沉

在擴大頭底面位置處，通過反向旋轉外鉆桿，將葉輪工作半徑調整為下部樁體直徑。

樁機繼續沿導向架向下觸土，還須進行噴漿速度和噴漿量的調整。

在鉆進過程中，上下面兩組葉輪旋轉及功能與擴大頭施工相同，通過正反向旋轉確保成樁質量，要求樁機持續下沉直至設計標高。

2.4 提升攪拌

在達到設計的樁身高程后，送漿泵關閉，進行樁機鉆桿的緩慢提升，直至下部的外鉆桿葉片位于擴大頭標高以下0.5 m處的部位。

在樁機提升過程中，須保持上下兩組葉片與下部樁鉆進時的旋轉方向相同，同時進行反向旋轉。

為確保變截面部位的密實度，當下組葉片到達指定位置時，要求開啟送漿泵進行水泥漿復噴，繼續提升樁機至擴大頭端。

2.5 擴徑提升攪拌

繼續開啟送漿泵進行噴漿，進行外鉆桿旋轉方向的改變，調整外鉆桿葉片直至擴大頭直徑，與樁機提升須同步進行。

Cathrine Hartung， Oddvar Knustad， Kjell Wardener等人認為，碎塊狀石墨是在冷卻緩慢、成核潛能低、CE高、以及RE和微量元素偏析情況下造成的，建議從孕育效果、Sb中和RE、阻礙碳原子擴散，以及提高冷卻速度方面著手解決。

在提升和復噴過程中，要求上下兩組葉片同時進行旋轉攪拌。

2.6 攪拌下沉

當內鉆桿下面的一組葉片位于大樁樁頂部位時，將送漿泵和噴嘴關閉，葉片繼續按大樁直徑保持展開狀態。

為保證樁體擴大頭質量，樁機繼續進行下沉觸土，上下兩組葉輪繼續保持旋轉，確保水泥土拌和均勻，進行復攪作業直至大樁樁底面部位。

2.7 提升攪拌

在大樁樁底面處，葉片保持旋轉方向，進行樁機提升復攪，直至樁機提升至地表，單樁施工完成(見圖5)。

為保證樁端施工質量，施工完畢后，要進行樁頂整形，并養護。

最后將樁機移位至下一樁位進行作業(見圖6)。

3 質量控制要點

在釘形雙向水泥攪拌樁施工中，為確保單樁成樁質量，應采取合理有效的控制措施，以確保軟基處理效果達到設計要求。

2)嚴格按設計要求進行漿液配置。在軟土或高填土路基中，可適當增大水泥比，要求不小于14%，水灰比不大于0.5。本項目采用的42.5級硅酸鹽水泥，摻入量15%。

3)按需進行水泥漿液拌制，要保證每根樁所需漿液一次單獨拌制完成，同時不得長時間存儲，自制備至用完時間應不超過其初凝時間，不宜大于2 h。

4)為確保樁體成型質量和承載性能達標，須嚴格做好下鉆深度、漿噴高程及停漿面的控制。要求全樁水泥用量不少于設計量，用漿量誤差不得大于5%。漿液儲量時，存儲量不得少于一根樁用量。

5)噴灑的水泥漿液不能發生離析。為防止灰漿離析，放漿前須充分攪拌30 s，漿液溫度保持在5 ℃～40 ℃間。

6)為達到原狀土充分破碎效果，實現土體和水泥漿液的充分攪拌并拌和均勻，須嚴格進行下沉速度控制，要求不超過1.5 m/min。

7)確保起吊設備平整度和導向架垂直度是保證攪拌樁垂直度的重要環節。在施工中，要求將鉆頭提升速度控制在0.8 m/min～1.2 m/min，垂直度偏差不小于1.0%，樁位偏差不小于5 cm。

8)要求全樁注漿均勻，為避免出現夾心層，要求不得出現斷漿，輸漿管不能堵塞。

9)在施工過程中，當軟土地質中含水量高時，在確保增加水泥摻入條件下提高樁體強度。一般通過適當增加石膏、粉煤灰等外加劑摻量解決。