水泥攪拌樁在市政道路和公路工程軟基處理中的應用

鄧康樂

1 引言

水泥攪拌樁是以水泥作為固化劑，通過水泥攪拌機械設備，將土與水泥強制攪拌形成增強體的復合地基。這種方法適用于處理淤泥、淤泥質土、素填土、粉土、黃土、泥炭土等土層，本工法處理效果顯著，且處理后可以提高地基的承載力，可很快投入使用，還可用作基坑支護結構、止水帷幕等[1]。工程實施過程中如何有效地控制水泥攪拌樁的成樁質量，確保軟基處理的效果是人們在工程實踐中探索的一個課題。

2 工程概況

深圳市某市政工程2 標，本工程為舊路拓寬改造工程，起訖樁號為：GGL0+000～GGL2+120，全長2.12km；全線為舊路拓寬改造。改造后的道路將現狀四車道保留，兩側各增加一條車行道。

根據勘察報告，場地上部存在較厚的填土層，填土層松散且均勻性差，承載力低、地基沉降大，不能滿足工程需要。綜合考慮場地條件、地質條件、工程進度、造價等因素，對填土層采用水泥攪拌樁進行地基處理。處理后的地基要求：單樁承載力105kPa，復合地基承載力120kPa。水泥攪拌樁的主要設計參數為：攪拌樁樁徑500mm，樁間距1.00m，正方形布置。平均樁長為10.5m，并要求樁底穿過填土層進入下部持力層不小于0.5m。攪拌樁的強度不小于1.6MPa。

3 施工準備

根據現場踏勘，發現拓寬區域存在樹木、樹根、草皮、生活垃圾、大石塊等障礙物，部分攪拌樁施工區域存在填筑土且厚度不一，原地表面存在淤泥或凹凸不平地帶，因此，在施工前必須對場地進行清理及平整，施工準備工作如下：

1）施工現場應做好“三通一平”，滿足樁機承重、運輸和施工要求。并查清地下（電纜、通信管線、煤氣管道、水管等)和地上（樹木、大石塊、草皮、淤泥）的障礙物等情況并加以處理。對整個場地進行平整，確保水泥攪拌樁機施工作業時穩定不傾斜。

2）對整個攪拌樁施工區域挖土至樁頂的設計標高，考慮到攪拌樁施工過程中會經常出現水泥漿外溢現象，在樁位處應提前挖出溝渠防止水泥漿外溢污染周邊施工場地。

3）根據設計圖紙要求放線，樁點施放應根據樁位平面圖，用經緯儀定向、鋼尺量距確定各樁點位或采用全站儀定向及確距，并對每個樁點插上木棍及漆上紅漆。

4）對整個攪拌樁施工區域進行布置及規劃，包括臨近供水供電線路及機械設備放置位置、水泥堆放位置、水泥漿攪拌設備以及存漿池位置等。

4 工藝性試樁

水泥攪拌樁施工前，應根據設計進行工藝性試樁，以便掌握該區段的成樁經驗及各種操作技術參數。每個標段或區域試樁不少于5 根，且必須待試樁成功后方可進行正式施工，試驗樁檢驗可以采取7d 后直接開挖取出或至少14d 后取芯，檢驗水泥攪拌樁的均勻程度及水泥土的強度。試樁設計參數及要求：

1）選取地質條件有代表性的地方，攪拌樁試樁數量5 根。

2）樁長：平均樁長為10.5m，樁底進入持力層不小于0.5m。

3）實際施工樁長由電機的電流監測表控制，根據電流的突變參考樁底進入下持力層的深度，或由監理、設計、業主單位現場試樁確認的樁長控制方法。

4）空樁：設計無空孔，試樁不留空樁，以方便施工完畢后的效果檢測。

5）樁徑、布樁：設計樁徑500mm，樁間距1.00m，正方形布置。

6）工藝：采用“四噴四攪”工藝。

7）樁身材料：采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比為被加固土重的15%～18%，水泥漿水灰比0.45～0.55。

8）攪拌機的下沉和提升速度，宜控制在0.5～0.8m/min，施工配備注漿的額定壓力不宜小于5.0MPa。

4.1 試樁情況

試樁情況顯示，其中2 條試樁成樁樁長為10.5～10.8m，成樁電流：

1）樁號001：在樁機下轉1～3m 范圍電流35～45A,3～5m 范圍內電流突變至60A 并伴有瞬間電流急速提高情況，5m 以后至8.7m 電流恢復至穩定電流35～45A，8.7m 以后電流再次提升至60～80A，并基本保持穩定，樁機下轉速度明顯降低，至10.5m收樁；

2）樁號002：在樁機下轉1～9m 電流基本穩定在35～45A，9m 以后電流明顯提升至60～80A，并基本保持穩定，樁機下轉速度明顯降低，至10.8m 收樁；

上述成樁過程均采用“四噴四攪”工藝，水泥摻入比按現場土工擊實試驗確定的土壤最大干密度1.92g/cm3, 計算所得水泥摻入量為56～67kg/m（取65kg/m），單根攪拌樁成樁時間55～60min。

4.2 試樁情況分析

樁號001 攪拌樁在3～5m 范圍突變，應為樁機遇巖石夾層，在穿過夾層后的5～8.7m 為松填土，8.7m 以后樁機工作電流明顯提高，即為進入持力層的明顯標志，現場施工及樁長質量監控可判斷。

樁號002 攪拌樁在1～9m 電流無明顯變化，基本穩定在35～45A，1～9m 地層應為松填土段，9m 以后樁機工作電流明顯提高，即為進入持力層的明顯標志，現場施工及樁長質量監控可判斷。

4.3 試樁結論

綜合上述現場試樁情況分析結論，由于攪拌機下轉速度、電流等相關參數現場可直觀判斷是否進入持力層，原設計平均樁長保持不變可保證攪拌樁施工質量及便于現場施工及質量監控。

5 施工工藝

施工過程中應注意以下幾點：（1）對中：攪拌樁機移到樁位上方，調整導軌垂直度，鉆頭對正樁位。采用目測，橫豎雙向觀測。（2）預拌下沉：使鉆頭沿導軌逐漸切土下沉到設計深度，鉆進速度一般為0.8～1.0m/min，攪拌頭預攪下沉時電機的工作電流不得超過60A。如果下沉的速度達不到要求，即從輸漿系統補給清水以利鉆進。（3）制備水泥漿：待攪拌機下沉到一定的深度時，開始按0.45～0.55 的水灰比拌制水泥漿，待壓漿前將水泥倒進入集料斗。（4）提升噴漿攪拌：攪拌機下沉到設計深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入土體中，泵壓一般控制在0.4～0.6MPa[2]。邊噴漿邊旋轉，邊按0.6～1.0m/min 速度提升攪拌機。至停漿面時停止提升，停漿面比設計樁頂標高高出約50cm。（5）重復上、下攪拌：再次將攪拌機邊旋邊沉入土中，至設計加固深度再將攪拌機提升出地面。（6）清洗：向集料斗中注和入適量的清水，開啟灰漿泵，將管路中殘存的水泥漿清洗干凈，清除攪拌頭上的土。（7）重復上述步驟，移動至下一樁位進行施工。（8）施工的同時操作人員將每根樁的鉆進時間、提升時間、提升速度、提升的次數、鉆進的深度等進行記錄。

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

6 施工質量控制及檢測

6.1 施工質量控制標準

施工質量控制標準包括：（1）垂直度。設備就位后，必須平整，并確保施工過程中不發生傾斜、移動。要注意保證機架和鉆桿的垂直度，如發現偏差過大，及時調整，垂直度偏差控制不超過1.0%。（2）樁機就位。必須對中，對中誤差不得大于20mm，樁徑偏差不大于4%。（3）水泥用量以及泵送漿液的時間、攪拌樁每米下沉和提升的時間等應有專人記錄。嚴格控制攪拌時的下沉和提升速度，保證加固范圍內每一深度均得到充分攪拌，控制攪拌提升速度≤1.0m/min。（4）水泥漿不得離析，水泥漿停置時間不得超過2h。如停置時間過長，不得使用。（5）確保加固強度和均勻性：嚴格控制噴漿量，攪拌樁的施工應連續進行。輸漿階段必須保證足夠的輸漿壓力，連續供漿。一旦停漿，將攪拌頭下沉到停漿點0.5m 以下。待恢復供漿后再噴漿攪拌；如停工40min 以上，必須立即進行全面清洗，防止水泥在設備和管道中結塊，影響施工。（6）遇到地下障礙物的處理方法：施工過程中，如遇到地下障礙物使鉆桿無法鉆進時，及時通知監理、設計人員，及時采取補樁措施，保證施工質量。

6.2 質量檢測標準

質量檢測標準包括：（1）在成樁7d 內，采用輕型動力觸探檢驗樁身強度，檢驗數量不少于總樁數的2%，且不少于3 根；（2）在成樁28d 后，做復合地基承載力試驗，檢驗點為樁數的0.5%，且不少于3 個點；（3）在成樁28d 后，采用雙管單動取樣器鉆芯取樣，評價攪拌樁均勻性，檢驗水泥土抗壓強度。芯樣直徑不小于80mm，鉆入持力層厚度不小于3 倍樁徑，檢驗點為樁數的0.5%，且不少于3 個點。

6.3 質量檢測結果

對6 根樁進行了抽芯，從芯樣可以看出，樁身完整性好。對芯樣采樣進行無側限抗壓強度試驗，樁身水泥土抗壓強度2.51～6.52MPa，均比設計強度1.6MPa 高了較多，表明水泥土攪拌樁在填土層中的效果令人滿意。

另外，選取了3 個點進行場地復合地基載荷試驗，根據S-P（位移—荷載）曲線確定的地基承載力為132kPa、146kPa 和139kPa，均能滿足設計要求。

7 結論

綜上所述，得出以下結論：

1）對軟弱土層采用水泥攪拌樁處理是可行的，不但質量可靠，而且具有明顯的造價優勢。尤其適應于處理較深厚的填土層，經過攪拌樁處理后的填土性質大幅改善，地基承載力大幅提高。

2）在施工中，通過觀察和分析攪拌機下轉速度、電流等相關參數的變化，可為現場判斷樁端是否進入持力層及進入持力層的深度提供客觀依據，保證了攪拌樁的質量。

3）攪拌樁正式施工前應進行試樁，通過試樁不但可能驗證設備的施工能力是否滿足設計要求，而且可以確定確保攪拌樁質量的最佳工藝參數。