接桿式水泥攪拌樁在軟基處理工程中的應用

楊普鋒

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 施工概況

珠海南灣大道（橫琴大橋至紅東互通段）改造工程為舊路改造提升工程，由原有舊路拓寬為雙向八車道，地面道路采用城市主干道、設計速度60 km/h，地面輔道采用城市支路、設計速度30 km/h，采用瀝青混凝土路面。由于拓寬路基范圍分布有淤泥質等軟弱地層，需要進行軟基處理。同時，在保中渠至保西渠段道路南側存有一趟與道路平行布置的22 萬V高壓線，高壓線外緣電線距路基加固范圍邊線的最小水平距離僅3.7 m，離地面高度11.7～23.4 m 不等，常規水泥攪拌樁施工安全風險大。為此，針對高壓線的限高和防傾覆等安全要求，對影響范圍內的路基軟基處理設計采用了Ф800 的單軸接桿式水泥攪拌樁，正方形布置，樁距1.6～2.0 m，樁長分20 m、25 m 兩種，大部分以樁底嵌入粉質黏土（持力層）不小于1.0 m 深為標準控制樁底標高，采用四噴四攪的濕法成樁工藝，根據試樁確定的水泥摻量為20%，質量符合《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB 50202—2018）要求，且符合表1 規定。

表1 抽芯取樣合格標準

2 接桿樁成樁工藝原理

單軸接桿式水泥土攪拌樁機是通過對常規的水泥土攪拌樁機進行改裝，采用噴漿攪拌下鉆或噴漿攪拌提升過程中分次接拆桿方式來實現縮減機架高度，以提高機身整體穩定性，并滿足限高、防傾覆等安全施工要求。同時，結合分次停機接拆桿的工藝特點，采用接桿后不噴漿攪拌提升0.5 m 高度后正常噴漿攪拌鉆進或拆桿后不噴漿攪拌鉆進0.5 m 深度后正常噴漿攪拌提升的方式對接拆桿停機處進行0.5 m長度范圍的搭接補強，以防止在停機接拆桿處因上下結合不良而產生斷樁等情況，從而提高樁體完整性和成樁質量。接桿提升0.5 m 后至下次接桿或拆桿鉆進0.5 m 后至下次拆桿期間則按照正常的水泥土攪拌樁工藝進行噴漿攪拌鉆進或噴漿攪拌提升，直至完成該樁施工。采用濕法成樁工藝，由制漿系統提前配置漿液，在攪拌鉆進或提升過程中通過注漿泵注漿的形式將水泥漿噴入土體，并通過攪拌使水泥漿與土體相互均勻混合，從而形成有效的連續圓柱狀樁體。

3 接桿樁成樁工藝流程

與常規工藝相比，接桿樁工藝主要增加了分次接拆桿和接拆桿后不噴漿提升0.5 m 或鉆進0.5 m（搭接補強所需）等工序操作，具體工序流程詳見圖1（以四攪四噴工藝為例）。

圖1 單軸接桿式水泥土攪拌樁施工工序流程框圖

4 接桿樁成樁施工方法

4.1 水泥土攪拌樁機改裝

在滿足限高、防傾覆要求的前提下，盡可能保持較高的機架高度，以減少接桿次數。同時，根據確定的機架高度合理控制鉆桿標準節長度，要求加工的鉆桿標準節長度小于機架有效提升高度不少于1 m，并可根據需要搭配少量小于標準節長度的短鉆桿。為方便接拆鉆桿，在機架頂部設置帶滑輪的懸臂起吊桿，下部設置與機身底盤連接固定的鉆桿臨時放置支架，通過配套卷揚機牽引鋼絲繩提吊鉆桿，并進行接拆鉆桿操作。

4.2 施工準備

（1）熟悉圖紙、設計技術要求和規范標準，完成圖紙會審，了解施工區工程地質情況、水泥土攪拌樁布置和相關設計參數，完成試驗室室內配比試驗、試樁方案的編制報批和現場試樁施工，并根據試樁成果編制報批正式的施工方案。

（2）完成人、材、機等施工資源準備。人員數量滿足施工強度所需，需要持證的按要求持證上崗。材料規格品種符合設計要求，選擇的供貨廠家應報監理批準，提前進場的材料應隨機抽樣復檢合格后使用。機械設備數量、規格型號、性能應滿足成品施工所需，單機配置的鉆桿規格和數量應滿足成樁長度，鉆桿底部攪拌葉片直徑應不小于設計樁徑；配套壓力表、流量計和攪拌機稱量裝置等計量裝置，應經有相應資質的計量檢測機構檢測合格，并出具檢測報告。

（3）組織負責本項目施工的管理和作業人員進行施工技術交底和施工安全技術交底，重點詳細講解施工工藝措施、操作要點和控制參數，以及施工安全相關知識要點。

（4）完成場地平整壓實和地面標高復測，為施工提供平整、相對硬實的場地。同時，完成水通、電通、道路通、制漿系統（包括泥漿池、灰罐、雨蓬等）建設、輸漿管路鋪設及排污設施修建等工作，為正常施工提供前提保障。

（5）根據試樁成果、報批施工方案、平整后復測的場地標高、設計樁頂和樁底標高等資料信息，提前核算擬施工區各樁由地面下鉆的深度、空樁和實樁長度、噴漿流量等實際控制值，并制作施工參數表下發現場管理和作業人員執行。該參數表應包含使用材料規格品種、水灰比、漿液拌制投料順序、拌制時間、泥漿比重、按試樁成果確定的水泥摻量、每延米樁長水泥摻量及漿液用量、噴攪次數、下鉆或提升速度、每次下鉆或提升時的噴漿流量、噴漿壓力、鉆桿轉速、各樁樁位坐標、樁徑、設計樁頂及樁底標高、地面標高、噴漿及空樁長度（兩者之和即地面下鉆的深度）等。

（6）調試機械設備。進行試鉆，采用注水攪拌下鉆一定深度，以調試注漿泵、輸漿管路、計量裝置及樁機等工作是否正常。同時進行漿液試拌，以檢驗攪拌機工況，并通過檢測泥漿比重的方式來驗證漿液水灰比是否符合設計與規范要求。

4.3 水泥土攪拌樁成樁施工

（1）施工前，由測量人員根據圖紙和規范要求測放本次作業區域各樁樁位，并進行樁位中心標識。同時，會同監理對測放的樁位、地面標高、下鉆深度進行確認。

（2）按照測放的樁位進行水泥土攪拌樁機的移機定位，調整機架使鉆桿保持垂直，并對中樁位（鉆桿中心與樁位中心一致），同時調平機身底盤。要求：對中誤差不大于20 mm，孔位偏差不大于50 mm，垂直度偏差不大于1/150。

（3）按照0.6 的水灰比（已經試驗室室內配比試驗驗證合格）進行漿液配置，配制的灰漿應攪拌均勻、流動性好、不離析，便于泵送、噴攪，加濾網過篩，現制現用。按照先加水、后加水泥和添加劑（應根據設計要求添加）的順序投料，加水后應在攪拌過程中加入水泥和添加劑，各料全部投料完畢后的純攪拌時間不小于2 min，拌制好的漿液放入泥漿池存儲備用。新拌制的漿液宜在3 h 內使用完，泥漿池內的漿液應配置攪拌棒連續攪拌，防止沉淀。

（4）為便于首次攪拌下鉆，可適當提高首次噴漿攪拌鉆進時的噴漿流量，但應保持四噴四攪（按設計圖紙確定噴漿次數）的總噴漿量不變，以控制單樁成本不超標。

（5）攪拌下鉆至高于設計樁頂標高0.5 m 時開啟注漿泵，并通過耐壓輸漿軟管路進行供漿。待漿液出鉆頭處噴漿口后，噴漿攪拌下鉆。以不大于1 m/min的速度勻速鉆進和不大于0.8 m/min 的速度勻速提升的方式完成單節接桿噴漿長度范圍的三噴三攪操作。之后進行接桿和搭接段補強處理，并隨之按照工序流程完成后續接桿的三噴三攪操作，直至鉆桿噴漿攪拌下鉆至樁底標高。其中，最后一次接桿后的第一次噴漿攪拌鉆進至設計樁底標高后，應在樁底處持續噴漿攪拌30 s 后再實施第二次噴漿攪拌提升。

（6）最后一次接桿后的第三次噴漿攪拌鉆進至設計樁底標高后，仍在樁底處持續噴漿攪拌30s 后再實施第四次噴漿攪拌提升操作。提升時按照不大于0.8 m/min 的速度勻速攪拌提升，并在提升過程中按照工序流程依次進行拆桿及搭接段的補強處理，直至噴漿攪拌提升至第一接桿噴漿開始處，并停止噴漿，從而完成全樁長范圍的四噴四攪操作。

（7）完成全樁長范圍的四噴四攪后，將最后一節接桿提離地面，隨之停機，并拆卸輸漿管路等，同時將鉆桿及輸漿管路等沖洗干凈備用。在完成下一樁位處及轉移路線的場地平整壓實后，將樁機移位至下一樁位施工。

（8）接拆桿操作。利用機架設置的起吊裝置輔助進行鉆桿吊送，人工配合進行對接操作。接桿時，先將鉆桿頂端與機架頂部吊頭（其與輸漿管相連）連接，利用吊頭緩慢提升鉆桿至垂直狀態后與下部接桿對齊連接，經對接后將雙根螺栓插入接口處栓孔內并擰緊，以臨時連接固定上下節鉆桿。拆桿時，先松開拔出接口處的螺栓，利用吊頭提升脫開待拆接桿，使上下接桿脫開后換用機架頂部懸臂起吊裝置輔助將接桿緩慢吊送安放至前方鉆桿臨時放置支架上，最后將機架的吊頭連接于下部接桿頂端，并繼續實施噴漿攪拌提升操作。

（9）接拆桿后的搭接補強段施工。接桿后，不噴漿并按照不大于0.8 m/min 的速度勻速攪拌提升至高于接拆桿停機面0.5 m 處，然后再按照不大于1 m/min 的速度勻速噴漿攪拌鉆進至下次接桿停機處。拆桿后，不噴漿并按照不大于1 m/min 的速度勻速攪拌鉆進至低于本次拆桿停機面0.5 m 處，然后再按照不大于0.8 m/min 的速度勻速噴漿攪拌提升至下次拆桿停機處。

（10）噴漿攪拌提升過程中，要求每次拆桿后及時對拆卸下的鉆桿進行沖洗，重點將接口處、螺栓栓孔及鉆桿桿內輸漿管等沖洗干凈，避免時間過長，漿液凝固而造成鉆桿黏漿堵塞、影響下次噴漿攪拌鉆進過程中進行的接桿及輸漿操作，從而最終保證成樁施工的連續性。

4.4 特殊情況處理

（1）如因故停漿或樁機故障停機時，應及時排除故障，修復后如水泥土未初凝（已噴漿攪拌段尚能攪動），可繼續實施剩余未完的噴漿攪拌操作，但在停機點應設置不少于1.0 m 長的搭接補強段（搭接段位置：鉆進時出現故障的在停機點上方1 m 長度，提升時出現故障的在停機點下方1 m 長度）。若故障停頓超過3h，宜先拆卸輸漿管路并妥加清洗，待恢復供漿后且水泥土未初凝前（已噴漿攪拌段尚能攪動）實施剩余未完成的噴漿攪拌操作。

（2）采取重新噴漿復攪補救施工的暫停時間宜控制在6 h 內，且停歇面應有不小于1.0 m 的搭接長度。如單樁成樁施工中途暫停時間超過6 h，應會同監理對樁體水泥土的初凝情況進行現場確認，不具備噴漿復攪的，則應按廢樁處理，并由設計出具處理方案后，按照設計補強方案進行施工。

（3）應提前做好施工區地下信息的勘探，掌握地下管線、建筑物等地下設施布置情況及地質信息，以便提前遷改清障或由設計調整樁位布置。如在鉆進過程中遇有障礙物無法鉆進，應根據障礙物深度確定處理方式：未超過6 m 時，可采用普通反鏟或長臂反鏟進行翻挖挖除（遇有尚在運行的地下設施，應盡量實施遷改；無法遷改的，則由設計出具處理方案），并逐層回填后按原樁位正常施工；超過6 m 時，應詳細探查該孔周邊區域地下障礙物情況，采用提前試鉆的方式探查障礙物分布范圍，并將相關信息上報監理、設計及業主，由設計出具后續處理方案。

5 質量控制措施

（1）材料及機械設備進場時，應及時報監理進行驗收。需送樣檢測的材料，應會同監理共同見證取樣，所有材料及機械設備經監理驗收合格后方可使用。制漿機稱量裝置、壓力表、“水泥漿流量自動記錄儀”在使用前應經具有相應資質的檢測單位檢測合格，并將檢測報告報監理確認。

（2）水泥儲存時間超過3 個月，應重新取樣檢驗，并按檢驗結果使用，嚴禁使用過期、受潮、結塊、變性的劣質水泥。攪拌用水應按同一水源每年檢測一次或更換水源時重新檢驗的要求安排送樣檢測，合格后方可使用。

（3）實行施工技術交底制度。對涉及該項目施工的管理人員及現場班組實行全員技術交底，詳細介紹施工工藝參數、工藝操作流程、驗收程序、質控重點環節、質量控制標準等主要質量控制要求，確保水泥土攪拌樁按圖施工、成樁質量符合設計及規范要求。

（4）施工前，應在勘察階段盡可能做好地下障礙物排查，并可根據需要在施工階段安排進行試鉆，以進一步探查布樁范圍的地下障礙物情況，從而提前知曉并進行翻挖清障或改遷；無法翻挖處理時，提前報請設計調整布樁方案。

（5）制漿系統場地、樁機操作平臺均應搭設雨蓬等防雨設施，并做好場地周邊截排水設施，避免施工期間制漿系統淋雨而影響泥漿比重或出現停機待雨而影響成樁質量。

（6）配制的漿液應攪拌均勻、流動性好、不離析、便于泵送、噴攪。拌制好的漿液放入泥漿池后，應使用配置的攪拌棒持續攪拌，以防止沉淀。保證每根樁所需的漿液一次單獨拌制完成，使用前過篩并在3 h內用完[1]。安排質檢員每2 h 檢測一次漿液比重，以保證配比的準確性和穩定性。

（7）輸漿管路采用耐壓軟管，且輸漿管路長度不得超過80 m，并做好防堵塞措施。保持干凈，嚴防水泥漿凝結，每日完工后應徹底清洗一次。成樁施工期間因故暫停3 h 以上，應先拆卸管路、排除灰漿，然后妥善清洗。

（8）每根樁開鉆后應連續作業，不得中斷噴漿[2]，要保證一次性完成成樁施工。噴漿攪拌鉆進或提升時，應保持噴漿流量、噴漿壓力、攪拌轉速、鉆進（提升）速度與試樁成果確定的參數一致，且保持穩定。嚴格按照工序流程進行操作，尤其是接拆桿后必須按規定位置和長度留有搭接補強段。

（9）為便于首次攪拌下鉆和提高成樁質量，可適當提高首次噴漿攪拌鉆進時的噴漿流量，但應保持四噴四攪（按設計圖紙確定噴漿次數）的總噴漿量不變。但在無法按要求同時保證壓力和噴漿流量時，優先保證每次噴漿量。上述措施均應在試樁階段即按此操作，以確保參數合理。

（10）成樁施工期間安排專職質檢人員進行全程監管，采用巡視檢查、旁站、隨時抽查記錄（施工或計量記錄等）等方式進行成樁全過程管控，確保成樁工藝及施工參數符合設計及規范要求，并符合經報批同意的試樁成果的參數控制要求。

（11）成樁中途因故停頓，應及時處理故障并重新噴漿復攪，但恢復前應會同監理核實噴漿復攪措施的可行性（如確認水泥土是否已初凝）。為防止斷樁，應在斷樁面上重復噴漿搭接0.5 m 以上[3]，但考慮較長時間停歇后地下斷樁面位置不易精確把握，故在暫停點上方（鉆進時）或下方（提升時）設置約1.0 m 長的補強搭接段。

（12）水泥土攪拌樁施工完畢，在其達到設計要求前，應采取保護措施，禁止大型機械設備在其周圍活動，防止對其強度和樁身完整性產生有害影響。

6 效果分析評價

6.1 質量檢測結果分析評價

120 d 齡期檢測結果如下：

（1）芯樣無側限抗壓強度。按規定比例隨機選取檢測樁，并取每根檢測樁樁體上、中、下等部位芯樣進行強度檢測。其120 d 齡期芯樣檢測結果均滿足合格標準：最小值1.01 MPa，最大值5.85 MPa，平均值2.68 MPa。

（2）單樁及復合地基承載力。各檢測樁樁頂總沉降量在3.2～17.26 mm 之間，均在規范允許范圍內；Q-s 曲線均平緩，無陡降段，s-lgt 曲線也都成平緩規則排列，單樁承載力均不小于250 kN。

（3）復合地基承載力。各檢測樁樁頂總沉降量在4.88～25.54 mm 之間，p-s 曲線均平緩，且均無明顯比例界限，按變形取值，取s/b=0.007 時所對應的荷載均大于110 kPa。

（4）芯樣完整性。經現場隨機選樁抽芯，其芯樣完整性均達到了Ⅰ、Ⅱ類樁標準，滿足合格樁評定標準。芯樣結果詳見圖2。

圖2 抽檢樁芯樣照片

根據前述現場抽芯檢測和承載力試驗等試驗檢測結果，采用接桿樁工藝實施的攪拌樁成樁質量達到了設計及規范要求的合格標準，有效證明了接桿樁成樁工藝的可靠性。

6.2 效益分析評價

（1）通過對常規的水泥土攪拌樁機進行改裝，采用噴漿攪拌下鉆或噴漿攪拌提升過程中分次接桿方式來實現縮減機架高度，并提高機身整體穩定性，從而滿足限高、防傾覆等安全施工要求。

（2）在常規水泥土攪拌樁成樁工藝的基礎上，結合停機接拆桿需要，通過在接拆桿處設置不少于0.5 m 長的噴漿復攪搭接段來避免在接拆桿停機面出現斷樁，從而保證樁身完整性，并最終使成樁質量滿足設計及規范要求。

（3）接桿式水泥土攪拌樁成樁工藝較常規工藝，施工耗時較長，且因分次接桿或拆桿產生溢漿損耗和搭接段補強噴漿等，其單樁總耗漿量將有所增加，但相比采用調整設計方案或對既有設施進行征拆等其他方案，其經濟效益和工期效益最為顯著。

（4）接桿樁成樁工藝與常規水泥攪拌樁工藝相近，可適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土，以及無地下水的飽和松散砂土等地基，尤其在有限高、防傾覆等要求的既有設施（如高壓線、房屋建筑及橋梁等）下方及鄰近范圍施工時優勢明顯。

7 結語

南灣大道改造工程新建的拓寬道路路基下部因分布較厚的淤泥、淤泥質土，設計采用了深孔大直徑水泥土攪拌樁的加固處理措施。然而，因既有高壓線影響，常規單軸式攪拌樁機無法安全作業，實施了接桿樁成樁工藝。通過改裝常規單軸式攪拌樁機和設置分次接拆桿搭接補強段等措施，有效保證了接桿式水泥攪拌樁成樁質量。接桿樁工藝的成功應用證明，其成樁質量完全可以達到甚至好于常規水泥攪拌樁工藝的質量水平，在有限高、防傾覆等安全施工要求的區域，接桿樁不失為一種最佳的方案選擇。