水泥攪拌樁在復雜地質條件下試樁工藝研究

摘要：本文通過對單軸、雙軸、三軸打樁機和不同施工工藝的研究，確定最佳施工參數和施工工藝，解決依托工程水泥攪拌樁施工中遇到的鉆孔成孔問題;通過對設備關鍵部件的改造，提高了施工效率，減少了設備投資，通過換線減少了施工交叉，有效降低了生產成本，生產過程節能環保，保證了施工質量，實現了岸坡加固的目的。

關鍵詞：水泥攪拌樁;復雜地質條件;試樁工藝;施工技術;優化措施

水泥攪拌樁施工技術在我國水運工程建設中具有廣泛地應用，因為能夠利用更多的原位土資源，在施工過程中產生的振動和噪音較小，且對地質環境要求較低，能夠在多種不同復雜地質條件下應用等多項特點，發揮出良好的施工效果，能夠有效提高施工效率和施工質量。在水泥攪拌樁應用過程中，需要開展科學的試樁工藝，從而能夠識別出復雜地質條件下影響施工的關鍵性因素，進而為后續的施工提供全面支持。

1項目概況

在某項碼頭工程中，因為碼頭后方場區使用荷載較大，且距離原陸域回填邊坡較近，為保證開挖后原有邊坡的穩定性，同時為防止擋土墻與后樁臺間發生過大的不均勻沉降，在圍埝頂部及后方陸側設置水泥攪拌樁。本次項目的水泥攪拌樁施工中，上層10m設置在砂棱體充填袋圍堰上，充填袋具有強度高、不易破碎等多項特點，在充填袋下方具有廢棄的塑料排水板，綜合情況對于水泥攪拌樁施工造成較大困難，經過技術人員的分析，如果不做好試樁工作，會出現鉆進困難、卡鉆、無法成樁等問題。除此之外，在下層10m設置在淤泥質黏土中，水泥漿與淤泥質黏土分離不易成樁，為此需要對試樁工藝進行優化設計。

2單軸試樁施工工藝分析

2.1單軸水泥攪拌樁工藝

在本次工程中，1號碼頭后方岸坡長約 531m，其中東側約 338m 范圍攪拌樁處理寬 7.0m（水泥攪拌樁直徑 0.6m，間距 1.0m，三角形布置）;2號碼頭后方岸坡長約 399.9m，水泥攪拌樁處理范圍寬 7.0m（水泥攪拌樁直徑 0.6m，間距 1.0m，三角形布置）。 在深層水泥攪拌樁方面，處理深度設置為-14m，樁間距分別為1000mm和600mm，需要完成基礎資料驗收、施工資料收集以及具體工藝流程制定等工作[1]。

2.2單軸試樁工藝分析

在本次工程中，單軸試樁需要根據具體不同施工位置、施工技術以及水泥參量的不同進行劃分，本次單軸試樁工程共計分為6組，每組需要完成15根水泥攪拌樁施工，15根水泥攪拌樁分為每組三列，并與碼頭前沿線方向保持垂直。水泥攪拌樁徑設計為600mm，水泥參量分別設計為8%、10%、12%、14%、16%、18%，單樁試樁工藝采用“單向四噴四攪、六噴六攪、雙向攪拌”等多種不同工藝。本次單軸試樁工藝中需要主要設備為鉆機、雙向鉆頭、單向鉆頭。

2.3試樁施工中出現問題分析

因為本次水泥攪拌樁試樁施工所面臨地質環境較為復雜，所以在施工過程中出現一些問題，主要包括如下幾項：（1）在施工過程中，出現進尺較為緩慢的問題，因為沙袋韌性較大，且抗拉伸強度較強，不容易撕破，經過技術人員的現場觀測，發現回填沙袋中回填土為粉細砂土，密實程度較高，所以在施工過程中出現沙袋纏繞鉆頭的問題，整體鉆進較為困難。（2）黏性土不易均勻拌合，芯樣無水泥摻入。

2.4單軸試樁取芯結果分析

本次單軸試樁共計60根，在成樁后20天，進行現場取芯進行樁身固結體水泥土強度抗剪實驗強度及內摩擦角試驗，上部砂層10m抗壓滿足設計要求≧200kPa，其中最大值樁號A3-1抗壓強度為19780kPa，最小值樁號C3-1抗壓強度為1061.36kPa，平均抗壓強度為6724.78kPa;下部10m淤泥質黏土層抗壓強度低于設計要求，其中20根無壓力值，另外三根分別為C3-1壓力值57kPa，C3-2及A區東側5m試樁壓力值為48kPa，單軸試樁結果不理想，無法滿足設計要求。

2.5單軸試樁施工工藝優化分析

首先，為了保證水泥漿與淤泥質黏土層能夠充分攪拌，對15根試樁鉆頭進行相應的改造，主要是在鉆頭葉片上下區域焊接鉆齒，葉片傾斜角度增加至30°以上，從而能夠提高切削效果，充分粉碎沙袋，同時能夠提高水泥漿攪拌效果。下圖為鉆頭改造示意圖。

其次，提高設備功率≧75KW，以防砂袋纏繞;黏土部分上下攪拌次數不少于4次，單點每遍不少于20次;噴漿壓力≧0.5MPa;使水泥漿與原位土均勻融合。

3 雙軸、三軸試樁工藝優化分析

根據本次工程施工實際情況來看，采用單軸水泥漿攪拌樁無法滿足要求，整體成樁率較低，經過技術人員的綜合討論，決定將設備功率提高至75kW以上，能夠避免沙袋纏繞問題出現;黏土部分增加攪拌次數，單點攪拌次數不低于20次，整體攪拌次數不低于4次;噴漿壓力提升至0.5MPa以上。因雙軸樁機是單軸樁機的疊加，無再次驗證必要，經詳細調研，采用三軸攪拌試樁工藝。

按照施工位置、施工工藝及水泥摻量的不同，共分成3組，按照工藝方案確定工法組數，每個工法3根，共27根，上部充填袋部分水泥摻量別采用12%、10%、8%，施工工藝分別采用“一噴二攪、二噴二攪”試樁施工工藝，下部原狀土部分水泥摻量別采用16%、18%、20%，施工工藝分別采用“兩噴四攪、三噴六攪、四噴四攪”，水泥采用強度等級42.5級普通硅酸鹽水泥。

本次工程中三軸試樁工藝基本流程為：測量放線→樁位復測→鉆機就位調整→鉆機砂漿噴進（砂層）→鉆機噴漿鉆進（淤泥質黏土層）→重復上下→鉆機噴漿提鉆→清洗→鉆機位移。

在鉆機噴漿鉆進施工中，砂層鉆進深度為10m，轉頭轉速控制在35～60r/min，鉆進速度控制在0.3～0.7m，噴漿壓力控制為0.2MPa，水泥參量為12%，整體水泥用量約為61kg/m;在淤泥質巖土層鉆進施工中，轉速控制為5～60r/min，鉆進速度控制為0.5～0.5m，在達到鉆進設計標高后，鉆頭需要停留30s，保證鉆進效果，噴漿壓力控制為0.5MPa，水泥參量控制為16%，水泥漿用量約為81kg/m;在砂層的鉆進噴漿提鉆施工中，鉆頭速度控制為5～60r/min，提鉆速度控制為0.3～0.7m，噴漿壓力控制為0.5MPa，水泥參量控制為12%，水泥用量約為61kg/m。

每組水泥攪拌樁提供7天、14天、28天、90天無側限抗壓強度值及樁體的剪切試驗結果。經研究對比，采用2C-1工藝上部約10m采用一噴兩攪，下部約10m采用兩噴四攪，采用42.5級普通硅酸鹽水泥;摻入比為被加固土體質量的14%。

結束語

綜上所述，本文將對水泥攪拌樁在復雜地質條件下試樁工藝方面進行深入的研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進一步促進我國水泥攪拌樁施工技術水平提升，為我國水運工程建設行業作出貢獻。

參考文獻

[1]胡其志，楊萌，郭勇，等. 水泥攪拌樁加固橋頭軟基段工程應用研究[J]. 建材世界，2020，208（03）：68-72.

作者簡介：李岳函（1989.8-），男，天津人，漢，本科畢業，工程師，從事港口航道與海岸工程工作，公司名稱：渤海石油航務建筑工程有限責任公司，公司所在地（省市）： （天津市濱海新區），公司所在地郵編：300450