深層水泥攪拌樁在密實砂層中施工工藝探索應用

林 琳 （福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000）

0 前言

深層水泥攪拌樁是軟基處理的一種常用有效方法，是利用水泥作為固化劑的主劑，通過深層水泥攪拌機械在地基深層將固化劑和軟土充分攪拌，使軟土硬結從而提高地基強度。主要適用于淤泥質土、粉土、粉質粘土等軟基，工藝比較成熟，效果明顯，可以很快投入使用。但在遇有密實砂層，夾雜卵石層、淤泥層等多層地質復雜結構時，如何有效控制成樁質量，確保軟基處理效果是本文探討的重點，其中選擇的施工機械和施工工藝直接關系著軟基處理效果。

1 工程概況

福建省惠安縣生活垃圾焚燒發電廠周邊水環境工程位于惠安縣山霞鎮安固村，擬建沉淀池長度為109.7m，寬度為29.4m，高度為5.5m。結構類型為現澆鋼筋混凝土框架結構。基礎處理采用深層水泥攪拌樁基。樁徑為600mm，設計樁頂高程12.20m，樁長15.6m～16.2m，樁距2.0m，梅花型布置。根據設計要求水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.5，攪拌樁水泥摻入量為17%（即重量比為80kg/m）。水泥攪拌樁施工中須穿透淤泥層、密實砂層，其樁端持力層為全風化混合花崗巖。深層水泥攪拌樁終孔界定方法采用雙控法，施工有效樁長達到設計要求，施工中電流發生突變（電流突變值根據現場試樁情況確認）。

2 工程地質條件

項目位置原地面高程▽12.0m～13.0m，地下水位線▽11.5m，地下水豐富，場地自上而下分布有表層耕植土、細中砂、淤泥、中粗砂（夾雜卵石）、砂質粘土和全～弱風化混合花崗巖。沉淀池基礎均置于細中砂上，下臥淤泥軟土層，且在地震基本烈度為VII條件下可能產生液化，地基工程地質條件較差。工程地質剖面圖見圖1。

圖1 工程地質剖面圖

3 施工工藝

3.1 一次試樁

試樁設備選用樁機型號：PH-5A5B5C5D5F型噴粉樁機（單機電機功率45kW）、高壓旋噴機。水泥采用三元巖牌42.5R普通硅酸鹽水泥。試樁施工參數按照設計圖紙要求實行：單樁水泥用量80kg/m，攪拌樁均應穿透中細砂層、淤泥層、中粗砂層，樁端持力層為全風化混合花崗巖或強風化混合花崗巖，樁徑為600mm，水灰比為0.45～0.5，攪拌頭提升速度800mm/min。

試樁樁號分別為 B37、F78、K11，現場鉆孔均達到樁端持力層后，攪拌樁機原位攪拌30s后提升，在提升至3.5m～5.5m高度時，均出現鉆頭被卡住無法鉆動，并出現鉆頭脫落現象，樁機工作阻力很大，電流表數值已超最大量程150A，電機冒煙嚴重，并發出燒焦異味。

3.2 試樁失敗原因分析

經比對地勘圖紙、樁機型號及機械性能、施工過程中樁機作業工況，現場分析原因查明：①砂層密實度高；②樁機機械功率不足導致鉆進及提升困難；③樁機鉆頭葉片設置不合理是影響試樁失敗的主要原因。

3.3 工藝改進

①針對“樁機機械功率不足導致鉆進及提升困難”問題

功率不足是導致鉆進及提升困難的主要原因，所以首選更換更大功率施工機械。經市場調查，PH—5F型噴粉樁機的單機電機功率 55kW，比PH—5A5B5C5D5F型噴粉樁機的電機功率45kW有較大提升；同時樁機電流表最大值由150A提高至200A，總功率由75kW提升至92kW。經綜合比選，決定更換成PH—5F型噴粉樁機進行二次試樁。

②針對“樁機鉆頭葉片設置不合理”的問題

由于砂層密實，為使土體充分切割，決定鉆頭增加一對葉片，鉆頭增加葉片見圖2。

圖2 四葉片鉆頭

③針對“砂層密實度高”的問題

根據試樁情況發現，樁機鉆頭發生變形，鉆頭磨損嚴重，主要原因是鉆頭在密實砂層中受阻力較大。各參建方經現場研究討論，同時設計方經設計重新驗算，最終建議采用變更樁徑，即樁徑由D600mm變更為D500mm，以減小鉆頭磨損。

3.4 二次試樁

二次試樁設備及工藝參數選擇，樁機更換為PH-5F型深層攪拌樁機（單機電機功率55kW）、樁機鉆頭由兩葉片改造成四葉片鉆頭、樁徑D500mm。

更換PH-5F型深層攪拌樁機后，二次試樁共施工156m，每根樁完成時間平均為60min，樁機鉆頭提升速度≤800mm/min，施工中能順利鉆進及提升，樁機電機無異常情況，攪拌成樁效果明顯。

樁機鉆頭改造增加葉片后，鉆進過程經砂層地質時阻力較大，現場實時記錄數據顯示，樁機下鉆工作時平均電流值為95A，提升工作時平均電流值為130A，電流突變次數較多；但施工中土體可充分切割，鉆桿能順利提升，漿孔未堵噴，噴漿得以均勻攪拌。下鉆及提升工作電流變化曲線見圖3和圖4。

通過變更樁徑，即樁徑由600mm減小為500mm后，樁機鉆頭在鉆進過程中所受阻力減小、損耗降低，土體得以充分攪拌，節約了施工時間。

經過機型改選、改造鉆頭、變更樁徑等一系列方案優化后，二次試樁施工順利，實現預期目標，為正式進行樁基施工提供可靠數據和技術支持。

3.5 施工工藝流程圖

水泥攪拌樁的施工包括水泵系統、制漿系統、儲漿泵系統、樁機系統，其工藝流程如圖5所示。

攪拌樁攪噴過程采用四攪四噴進行施工。具體攪噴施工程序見圖6。

圖3 下鉆工作電流值變化曲線圖

圖4 提升工作電流值變化曲線圖

圖5 攪拌樁施工工藝流程圖

4 施工質量檢驗

4.1 開挖目測

成樁7d后，采用淺部開挖樁頭，目測成樁的攪拌均勻性，量測成樁直徑，檢測量為總樁數的5%。本工程共檢測45根，樁徑符合設計及規范要求，目測成樁攪拌均勻。

4.2 樁身完整性檢測

圖6 攪拌樁攪噴過程圖

本工程采用反射波法檢測樁身完整性，共檢測55根樁，實測波速平均值3803m/s，標準差8.02 m/s，離差系數0.00 m/s，其中最小波速 3790m/s，最大波速3820m/s。所測樁身全部完整，全部Ⅰ類樁，占所測樁數的100%。

4.3 復合地基荷載試驗

設計單樁承載力150kPa。竣工驗收時應采用復合地基荷載試驗，應在樁身滿足試驗荷載條件下進行，宜在成樁28d后進行，檢測數量為總樁數的0.5%～1%。本工程復合地基靜載試驗共檢測7根，均滿足單樁復合地基承載力特征值150kPa的設計要求。

5 結論

本工程應用表明，水泥攪拌樁在遇有密實砂層（夾雜卵石）、淤泥質土等需穿透多種地質土層施工中，需主要對施工工藝參數，包括施工機具選擇、設計樁徑選擇、鉆機鉆頭型式選擇等方面進行控制。