水陸環境DCM施工技術淺析

王正尉 中交一航局第三工程有限公司

1.前言

DCM即深層水泥攪拌（Deep Cement Mixing），是指利用水泥等材料作為固化劑，通過專業DCM船或特定攪拌機械，將地基土和固化劑原位強制攪拌，形成具有整體性、水穩性和一定強度的復合地基。DCM可以最大限度利用原土，具有開挖換填少、施工無噪音污染、工程造價低等優點。

為選擇合適的水泥品種、摻入量、水灰比、外加劑等，DCM施工前需在工程現場鉆取有代表性的土樣進行試驗室配合比設計；為檢驗施工設備性能和實際土體加固效果，掌握施工過程所需鉆機提升/貫入速度、葉片轉速、噴漿/水流量、開停泵時間、著底電流等控制參數，施工前還應進行現場試樁。

2.水下環境施工

2.1 工程概況

三跑項目是在現有機場北側圍海造地擴建新機場跑道，其中300公頃海床回填前需進行水下DC M加固處理。樁基總數27339根，樁長5.0～29.0m，4軸梅花形布置，尺寸2.3×2.3m，截面面積4.63m2。地質條件為淤泥、淤泥質黏土、黏土。

圖1 設計參考“W”曲線

2.2 船機設備

本項目利用專用DCM船進行水下施工，該船集土體攪拌和注漿于一體，配有自動化控制系統（注漿系統、調傾系統、移船定位系統、抱樁器系統），能實時記錄施工過程中電流、注水量、注漿量、提升貫入速度、鉆頭高程、噴漿壓力等施工工藝參數，保證施工過程全程受控。

2.3 工藝流程

本項目按設計給定的“W”型參考曲線進行攪噴施工（圖1），主要流程包括移船定位、貫入、樁底處理、提升噴漿、鉆頭清洗、移位等。從曲線圖上可以看出，施工過程中處理機要先后穿越海水覆蓋層、砂墊層、淤泥層和黏土持力層，曲線斜率表明處理機貫入階段下沉速度逐漸降低，提升階段速度基本不變，樁底要進行提升復攪、漿水轉換和滯底噴漿處理。

2.4 控制要點

（1）有效噴漿。設計要求單根樁體噴漿總量不小于設計，每延米噴漿量不少于設計量90%。本項目采用重型4軸處理機，上下共8個出漿口，能保證貫入或提升階段均可以有效噴漿（貫入時采用下噴漿口，提升時用上噴漿口）。為滿足噴漿量要求，處理機提升貫入速度應與灰漿泵排量匹配。

速度V=γc＊Q/(S＊γs＊aw＊(1+w/c)

其中V—提升/下沉速度（m/min）；

γc—水泥漿重度（KN/m3）；

γs —土的重度（KN/m3）；

Q—灰漿泵排量（m3/min)；

S—DCM樁截面積（m2）；

aw—水泥摻入比；

w/c—水泥漿水灰比。

（2）土體切削攪拌次數。設計要求樁體上下8m范圍內土體切削次數不少于900次/延米，以保證加固范圍內每一深度土體均得以充分切削攪拌，樁身均勻連續。為此，施工過程中應著重控制處理機轉速和提升/貫入速度。

每延米土體切削次數BRN=∑M＊(Nu/Vu+Nd/Vd)

式中

∑M—攪拌葉片總枚數（片）；

Nu—攪拌機下沉轉速（r/min）；

Vu—攪拌機下沉速度（m/min）；

Nd—攪拌機提升轉速（r/min）；

Vd—攪拌機提升速度（m/min）。

（3）樁底補償處理。處理機每軸鉆頭葉片共3層6葉，越靠近樁底，葉片數量越少，有效切土次數也越少，因此鉆頭需要滯底重復噴漿攪拌，并在樁底進行往復攪噴，以達到充分攪拌目的。

2.5 遇到問題和解決措施

（1）漿水轉換等待時間長，效率低。按原設計參考曲線，復攪提升后貫入噴漿前，處理機需在頂部停留大概5分鐘以完成漿水轉換（見圖1），效率低下。經過分析計算和試驗驗證，最終將漿水轉換開始時間節點提前至貫入階段末，這樣可以保證復攪提升后不間斷進行噴漿作業，省掉了漿水轉換等待時間。

圖2 調整后的施工曲線

（2）樁體頂部松散，芯樣強度低。取芯試驗顯示樁體頂部松散，強度低。經過分析認為主要是頂部淤泥層土質軟，土體流動性強，再加上鉆頭出水前在砂墊層摩擦清洗，水泥漿流失嚴重所致。為此，施工過程中對工藝進行了改進，延長處理機樁頂滯留時間，增加樁頂噴漿量以彌補漿液損失，同時取消鉆頭砂墊層清洗步驟，縮短鉆頭在砂墊層中持續時間。改進工藝后，樁頂質量明顯提高。

（3）底部樁體泥包夾雜，成樁質量差。通過全樁長取芯發現，底部樁體質量遠不如中部和上部，軟硬層交界面位置常伴有泥包夾雜（施工過程中表現為電流持續高位運行）。分析原因，一是交界面位置土體軟硬程度不同，對鉆頭轉速和貫入速度要求也不一樣，不及時調整會造成攪拌不充分，形成泥包夾雜；二是黏土持力層自身強度較高，含水量低，粘性大，易粘住鉆頭，造成攪拌不均勻。為解決此問題，一是提高黏土層噴水量，使土層軟化，便于攪拌；二是降低處理機轉速和貫入速度，增加土體切削次數；三是在原有一次復攪提升基礎上增加二次重復攪拌，攪拌范圍擴大至軟硬土層交界面以上。

綜合上述3項問題和解決措施對施工曲線進行調整，如圖2所示。

3.陸上環境施工

3.1 工程概況

產業園項目是在港區既有吹填場地上進行園區建設，其中道路及市政設施用地采用DCM樁陸上加固。總樁長92萬延米，樁徑0.5m，單根樁長8-12m，正三角形布置，復合地基承載力120kPa，28天樁身無側限抗壓強度≥0.6MPa，樁尖進入持力層0.5m以上。地質條件為貧黏土、粉質黏土-粉砂。

3.2 施工設備

本項目采用PH5D型單軸水泥攪拌樁機，配套設備有灰漿攪拌機、集料斗、灰漿泵、壓力膠管、電氣控制柜等。為確保施工參數準確，樁機上氣壓表、轉速表、電流表、電子稱等裝置使用前需經過標定。

3.3 工藝流程

本項目為陸上DCM，采用四攪兩噴工藝（圖3），主要工藝流程包括樁位放樣→鉆機就位調平→正循環攪拌下沉→反循環噴漿提升至預定停漿面→重復攪拌下鉆至設計深度→提鉆噴漿至設計標高→成樁結束→清洗管道，施工下一根樁。

3.4 控制要點

圖3 四攪兩噴流程示意圖

（1）漿液制備。本項目水泥摻量取18%（水泥與加固土體重量比），水灰比0.55，土體容重取19kN/m3，樁徑500mm，

每延米水泥用量為G=π×d2/4×19 kN/m3×18%=67kg

每延米用水量=67＊0.55=36.85kg

水泥漿采用高速攪漿機制拌，拌和時間不少于30s；存入儲漿池中的泥漿應持續慢攪以防離析。

（2）下沉和提升。為保證加固土體連續均勻，鉆機下沉提升速度應保持勻速，并與噴漿量匹配。遇到硬層時，應適當降低轉速和下沉速度，復攪時應采用中低速檔鉆進和提升。

本項目樁機下沉速度控制在1.25-1.30m/s之間，提升速度控制在1.15-1.20m/s之間，噴漿壓力控制在0.4-0.6Mpa。

（3）樁頂樁底處理。為保證樁底、樁頂成樁質量，首次提鉆噴漿時應在樁底部持續停留噴漿30秒，樁頂施工時停漿面應高出設計標高0.5m。

3.5 遇到問題和解決措施

通過取芯試驗發現，樁體質量沿深度方向逐漸變差，深度4m以下部位，完整性和樁芯強度明顯不如上部樁體。分析原因，一是深度范圍內土體強度變大，攪拌不充分；二是人為因素導致鉆機提降速度不均勻，單位土體攪拌次數差異大；三是為追求施工進度，底部停留時間不符合技術要求。為解決此問題，一方面降低硬土層內鉆機下沉提升速度，增加土體切削攪拌次數，使其充分拌和；二是控制同一土層內鉆機勻速提降，保證樁體連續均勻；三是增加底部樁體噴漿量和停留時間。技術改進后，成樁質量得到明顯提高。

4.結束語

無論水陸環境，有效噴漿量和土體攪拌均勻程度都是DCM成樁質量的決定因素，處理機（樁機）提降速度應與土質、噴漿量匹配，施工時應重點關注樁底和軟硬層交界面處置，水下環境還應做好樁頂補漿處理工作。