水泥攪拌樁施工技術在河岸軟土地基處理中的應用

張濟寧

(法庫縣水利事務服務中心，遼寧 法庫 110400)

1 工程概況

法庫縣拉馬河河道整治工程位于軟土發育區，工程區勘察場地巖性主要為第四系全新沉淀層，巖性主要為粉細砂及風化土為主，現自上而下分述如下：

第①-1層：素填土。黃褐色，主要由植物根系、少量卵礫石、碎石和黏性土構成，各鉆孔孔頂部均有出露。此層土含植物根系，土質不均，結構松散，屬近期回填。層厚1.8～3.3m，層底埋深1.8～3.3m。

第②-1層：粗砂。黃褐色，稍濕，呈中密狀態，石英長石質，含15%左右卵礫石，級配較差，各鉆孔均有揭露，層底最大埋深5.90m，層厚0.8～0.9m。

第②-2層：礫砂。黃褐色，呈中密狀態，含35%左右卵礫石，主要礦物成分為長石、石英等，各鉆孔均有出露，層底最大埋深3.3m，最大層厚1.1m。

第②-3層：圓礫。雜色，飽和，呈密實狀態，石英長石質，充填45%左右的中粗砂，各鉆孔均有出露，未穿透此層，揭露最大厚度為9.4m。

工程區地質條件較差，基底有大量軟-流塑狀淤泥質土，土層厚4.0～15.5m左右，具有含水量高、可壓縮性強、力學性能低和孔隙率大等特點。

2 水泥攪拌樁施工技術

2.1 配合比試驗

水泥攪拌樁就是利用攪拌樁機充分攪拌水泥與地基深處軟土，通過物理化學反應促使軟土成為水穩定性好、整體性好且有一定強度的優質地基，這是有效提升地基強度的重要方式[1-3]。

本工程選用渾河P·O 42.5級硅酸鹽水泥，按設計要求28d樁身無側限抗壓強度最低為1.2MPa，90d抗壓強度最低為2.0MPa。通過水泥參數檢驗和室內土工試驗，分析水泥摻量14%、16%、18%時的試驗結果：①水泥攪拌樁的水灰比取0.50，水泥摻量14%，經檢測7d、28d無側限抗壓強度為0.88MPa和1.15MPa，不符合設計要求；②水泥攪拌樁的水灰比取0.50，水泥摻量16%，經檢測7d、28d無側限抗壓強度為0.98MPa和1.45MPa，符合設計要求；③水泥攪拌樁的水灰比取0.50，水泥摻量18%，經檢測7d、28d無側限抗壓強度為1.16MPa和1.72MPa，符合設計要求。考慮到水泥攪拌樁的主要功能是加固地基，結合工程實際情況和質量要求，故現場施工水泥攪拌樁的水泥摻量取16%。

2.2 試樁參數

根據現場情況和工程經驗，通過試樁合理確定施工工藝和參數，以確定的鉆頭提升速度、下沉速度以及相匹配的單位噴漿量、噴漿工作壓力等參數，為現場攪拌樁施工提供指導[4]。

1)水泥摻量。依據工程設計要求，通過配合比試驗確定水泥摻量16%，按該摻量現場制備3根試樁，利用下式計算每米攪拌樁水泥用量M水泥，即：

M水泥=3.14ρ土r2K

(1)

式中：ρ土為土體密度，經現場檢測ρ土取1.85g/cm3；r為攪拌樁半徑，本工程取0.35m；K為水泥摻量，本工程取16%。經計算，攪拌樁水泥用量為113.9kg/m。

2)水灰比。試樁水灰比取0.50，水泥漿的水灰比處于0.45～0.55范圍，比重1.81g/cm3，施工時應結合工藝試樁和現場土料含水量變化情況合理調整水灰比。

3)噴漿速度與噴漿量。采用下式計算噴漿速度與噴漿量：

T=h/v提升

(2)

V=(M水+M水泥)/p

(3)

M水=水灰比·M水泥

(4)

M水泥=K·M土

(5)

M土=3.14ρ土r2h

(6)

式中：T、V為每米的噴漿提升時間和噴漿量；h、v速度為提升高度和提升速度，h取1m，v提升取0.5m/min；M水、M水泥、M土為每米的用水量、摻水泥量和土體的質量；p代表水泥漿比重，實際取1.82g/cm3。本工程利用三噴六攪法成樁，試樁深度12.6m，下鉆速度v鉆1.0m/min，由此可以確定下鉆用時、噴漿提升用時和單程用時依次為12.6min、25.2min、37.8min，三噴六攪法成樁用時為113.4min。

4)噴漿壓力。實際工程中設0.4～0.6MPa作為試樁噴漿壓力。依據以上分析結果，統計整理工藝性試樁有關參數，如表1所示。

表1 工藝性試樁參數表

2.3 試樁質量檢驗

成樁7d后，人工開挖試樁部位檢查其質量狀況，結果顯示樁體無回陷、縮頸現象，樁的整體性及外觀質量良好，樁徑處于700～710mm范圍。經外觀檢測，試樁選定的工藝技術參數和水泥摻量16%，能夠保證水泥攪拌樁防滲墻的整體性、均勻性和連續性[5]。

成樁28d后，采用巖芯鉆探機等施工機具對樁身進行取芯檢測，鉆具直徑Φ100mm，合金鉆頭直徑Φ120mm，在攪拌樁樁頭處設置檢測孔，較中心偏離近100mm，應用水平尺校正機臺，控制徑向主軸跳動≤0.1mm，鉆芯機各項參數均符合相關技術規程要求[6-8]。施工過程中選用全斷面取芯法，按從上到下的流程現場描述，為了完成無側限抗壓強度試驗從上到小均勻取三段水泥土試樣，從攪拌的均勻性、芯樣狀態、顏色和性質等角度現場描述芯樣情況，判定標準如表2所示。

表2 試樁質量評定標準

為完成無側限抗壓強度試驗對芯樣進行切割磨平，具體操作流程嚴格按照《建筑基樁檢測技術規范》執行，典型樁號芯樣檢測值如表3所示。

表3 樁號芯樣檢測值

根據現場取樣情況，綜合分析被測樁的施工記錄、樁型、成樁工藝和地質資料等內容，結果顯示各芯樣無側限抗壓強度和水泥攪拌樁樁身長度均符合設計規范及相關要求。

2.4 施工工藝

采用三噴六攪法成樁的工藝流程具體如下：

1)步驟1：定位。施工前，為達到樁基施工條件利用反鏟清理表土、平整場地，結合現場情況將攪拌機用塔架或起重機懸吊至施工樁位，對中標注樁位，控制懸吊位置與樁位位置偏差不超過30mm。施工過程中要維持主機機身的水平狀態，確保導向架垂直角度和精度，控制垂直向偏差≤1.0%。

2)步驟2：預拌下沉。采用輸漿管連接集料斗、攪拌機和砂漿泵，電機啟動時必須確保冷卻的正常循環，攪拌機頭切土下沉速度，利用電流監測表來控制，一般處于0.36～0.70min范圍，控制工作電流不超過70A，下沉速度較慢時可以利用輸漿系統補水，以加速鉆進下沉。

3)步驟3：水泥漿的制備。通過配合比試驗確定水泥漿的水泥摻量，在下沉到預定深度后倒入水泥漿液。

4)步驟4：噴漿攪拌提升。采取邊噴漿邊提升邊攪拌的方式，將攪拌機逐漸提升到地面。根據設計參數合理控制提升速度，實際工程中保持勻速提升速度0.5m/min。

5)步驟5：上、下重復攪拌。為充分攪拌，在一次攪拌完成之后，按邊下沉邊旋轉的方式再次下沉到預定深度，然后勻速提升到地面，以達到加固攪拌的作用，加固攪拌過程中保持集料斗中的水泥漿為排空狀態，重復該過程兩次[9]。

6)步驟6：清洗。完成以上操作后將清水注入集料斗，啟動泵機清洗功能，直到將管道內殘余的水泥漿和攪拌頭清洗干凈。

7)步驟7：位移。移動到下一樁位并重復上述流程，直至完成全部攪拌樁的施工。

水泥攪拌樁施工流程，如圖1所示。

2.5 施工時常見的問題及對策

1)攪拌體不均勻。原因分析：供水量明顯變化擾動部分黏土、設備提升速度未有效控制、水泥漿攪拌不足和設備故障引起的注漿終止等。施工對策：對同一樁體按施工方案重復攪拌，有效控制因攪拌速度與攪拌機鉆機速度不匹配引起的不均勻問題；適當增加拌合次數及拌合均勻性，以防漿液沉淀，攪拌時間≥2min，確保充分攪拌；不得隨意改變注漿量，確保單位時間內注漿穩定性；保持穩定合理的提升速度，保證攪拌均勻性；做好施工準備，保證灰漿泵、水泥攪拌機等正常運行[10-13]。

圖1 水泥攪拌樁施工流程

2)噴漿異常。原因分析：水灰比過低或過高、注漿泵損壞、清洗不干凈致使輸漿管路有雜物或硬結快。施工對策：及時調整水灰比；施工前先試運行各項設備；采用細篩過濾水泥漿，以防外部異物進入輸漿管路；輸漿設備、攪拌設備使用后，及時清洗干凈以防結塊；將遮擋板安裝于噴漿口上方，以防噴漿孔堵塞。

3)冒漿、抱鉆。原因分析：拌和難度大或黏土黏結力大很容易引起抱鉆、施工工藝不合適、部分土層持漿能力不足或上浮壓力過大易引起冒漿。處理對策：將砂子摻入黏結力過大的施工土層中，降低黏度以防抱鉆的發生；施工前，可以用清水輸入攪拌頭下沉處，充分濕潤表面；冒漿后，實際輸漿量不符合設計要求，可以改用“一攪拌、一輸漿拌合、輸水攪拌”的施工工藝，為減輕冒漿情況還要提高攪拌速度。

4)樁頂強度偏低。原因分析：加固效果較差、表層土體擾動較大無法實現均勻攪拌。處理對策：提高設計標高1m范圍的水泥摻量，反復攪拌形成加強段；可以鑿除樁頂強度較低部分，重新加固。

3 結 論

文章結合法庫縣河道整治工程地質條件，系統探討了水泥攪拌樁的施工工藝，可為有效處理河岸軟土地基提供一種新的途徑，主要結論如下：

1)施工前，應結合現場土質條件開展室內配合比試驗和抗壓強度試驗，合理確定水泥摻入量、固化劑和外摻劑等參數。此外，為提高試驗保證率必須對最弱土層取樣分析。

2)選擇最典型的地質條件進行試樁，一般試樁數量不少于3根。水泥攪拌樁具有隱蔽工程的典型特征，為保證施工質量必須有效把控整個施工過程。施工前，要全面檢查外摻劑、水泥等原材料和機具性能，保證各項工藝參數處于設計范圍內；施工時，加強過程監督以及逐一評定成樁質量，保證施工記錄詳細完整，對檢測不合格的攪拌樁采取補強、增加攪拌樁數量等處理措施，按成樁總數的2%取樣進行質量檢驗。