長江流域單軸水泥攪拌樁綠色施工技術(shù)研究

熊宿文 張跟柱 許鵬

中國建筑第五工程局有限公司 湖南 長沙 410006

1 工程概況

某汽車廠房項目位于安慶市經(jīng)開區(qū)，與長江相距約1500m，項目總建筑面積約21.3萬m2，項目場區(qū)道路、停車場、試車跑道及各棟單體地基加固均采用水泥攪拌樁進行加固，樁間距離為1500mm，水泥攪拌樁樁徑為500mm，設(shè)計要求樁頂超灌500mm，水泥攪拌樁約120萬米，工程量巨大[1]。

2 工程地質(zhì)、水文條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)野外鉆探及原位測試成果，場區(qū)表層分布有填土，其下為第四系全新統(tǒng)長江沖（淤）積形成的粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉細砂及粉質(zhì)黏土等。現(xiàn)將本場地勘探深度內(nèi)的地基土層自上而下分述如下：①雜填土（Q4ml），層厚0.20～6.50m；②粉質(zhì)黏土（Q4al＋pl），層厚0.5～5.90m；③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4al），層厚0.60～13.10m；④粉細砂（Q4al），層厚0.70～6.70m；⑤粉質(zhì)黏土（Q4al+pl），層厚0.60～6.40m；⑥粉細砂（Q4al），層厚5.20～26.60m。

2.2 工程水文條件

擬建場地地下水類型為潛水。場地地基土中的①雜填土、（1-1）素填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④粉細砂、（4-1）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤粉細砂、（5-1）粉質(zhì)黏土、（5-2）粉細砂、⑥粉細砂層均為含水層。地下水主要接收大氣降水、臨近河流補給及長江水體滲透補給，地下水排泄方式以自然蒸發(fā)及地下徑流為主，近幾年水位變化幅度在1.0m左右，場地抗浮設(shè)防水位建議取建成后的場地室外地面標高[2]。

3 施工準備

3.1 技術(shù)準備

依據(jù)設(shè)計圖紙，編制施工方案，做好現(xiàn)場平面布置，安排施工進度，布置水泥漿制備的灰漿池。施工前應(yīng)標定攪拌機械的灰漿輸送量、灰漿輸送管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設(shè)備提升速度等施工工藝參數(shù)。

3.2 成樁試驗

水泥攪拌樁施工前必須進行成樁試驗，成樁試驗應(yīng)達到下列要求并取得以下技術(shù)參數(shù)：①滿足設(shè)計水泥用量的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間噴入量等。②檢驗地基承載力能否達到設(shè)計要求。③檢驗加固劑分布的均勻性和有效加固長度能否符合設(shè)計要求。d.掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。④根據(jù)地層、地質(zhì)情況確定復(fù)噴范圍，成樁工藝性試驗樁數(shù)各施工段落不少于5根。

3.3 機具準備

機械和設(shè)備如下：深層攪拌機、灰漿拌制機、集料斗、灰漿泵、控制柜、自動記錄噴漿量設(shè)備及其他輔助設(shè)備等。

3.4 材料準備

3.4.1 水泥：采用標號為42.5普通硅酸鹽水泥，嚴禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。

3.4.2 外加劑：根據(jù)工程需要，選擇具有早強、緩凝、減水、節(jié)約水泥用量等性能的外摻劑，純凈的生石膏粉作為選用的外摻劑，摻入量宜為水泥用量的2%～3%，要求生石膏粉通過0.075mm方孔篩的量大于85%。

3.5 作業(yè)條件準備

3.5.1 場地準備：在路基外側(cè)開挖臨時排水邊溝，保證施工期間的排水。臨時排水邊溝不能和農(nóng)田排灌溝渠共用，在施工期間不能長期積水。根據(jù)設(shè)計文件和施工組織計劃的要求，確定合理可行的施工順序[3]。

3.5.2 清理現(xiàn)場地下、地面及空中障礙物，以利施工安全。

4 施工操作工藝

4.1 工藝流程深層水泥攪拌樁工藝流程、深層攪拌機配套機械設(shè)備及布置見下圖：

圖1 水泥攪拌樁施工工藝流程圖

4.2 操作方法

4.2.1 漿液配制與輸送。攪拌的漿液以標號為32.5普通硅酸鹽水泥為主配制，水泥設(shè)計用量為50kg/m。配制與輸送：攪拌灰漿時，應(yīng)先加水，根據(jù)施工配合比順序投料，用砂漿攪拌機將水泥漿充分拌勻，每次灰漿攪拌時間不得少于4min。水泥漿從灰漿拌和機倒入集料斗時，必須過濾篩，把水泥硬塊剔出。水泥漿由擠壓式灰漿泵壓入膠管送到深層攪拌機的鉆桿內(nèi)，最后射入攪拌葉的出漿口。

4.2.2 深層攪拌施工。水泥攪拌樁采用“兩噴四攪”法施工:濕噴樁機第一次下鉆時噴出總漿量的20%～40%，第一次提鉆時噴出設(shè)計的剩余漿量，即兩噴;全過程四次攪拌，即四攪。

4.2.2.1 測量放樣：按設(shè)計樁位進行放樣編號，以便順序施工。機械安裝、調(diào)試、待轉(zhuǎn)速、空壓正常后，開始就位；鉆機就位后用塔架將攪拌機吊至設(shè)計指定樁位，攪拌機的鉆桿須垂直并對準樁位。

4.2.2.2 帶漿下鉆：在確認漿液從攪拌葉的出漿口噴出后，方可啟動攪拌機，攪拌機鉆頭下沉至設(shè)計深度后，停留攪拌噴漿約1～2min，攪拌頭自樁底反轉(zhuǎn)，繼續(xù)噴漿，鉆頭提升至地面以下0.25m。

4.2.2.3 復(fù)攪：第二次鉆進不噴漿，重新復(fù)拌下沉至樁底后，以同樣的方式反轉(zhuǎn)鉆頭提升至地面以下0.25m，此樁完成作業(yè)，然后移機到下一樁位施工。

4.2.2.4 下鉆和提鉆速度：濕噴樁機下鉆和提鉆速度是控制噴漿量的關(guān)鍵因素，由試樁確定，一般鉆進速度≦0.8m/min。鉆頭到達樁底后攪拌噴漿1～2min，間歇后提鉆，確保底部有足夠的灰量，提鉆速度≦0.8m/min。

4.2.2.5 濕噴樁機鉆桿下沉或提升的時間應(yīng)有專人記錄，時間誤差不得大于5s。

4.3 施工控制及注意事項

①鉆機必須配置噴入計量裝置，并定期標定 ，嚴禁無噴入計量裝置的鉆機投入使用，并記錄瞬時噴漿量和累計噴漿量。漿液罐容量應(yīng)不小于一根樁的用灰量加50kg，當上述質(zhì)量不足時，不得開始下一根樁的施工。②嚴格控制噴漿高程，中間不得中斷噴漿，確保樁體長度；嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業(yè)。③施工中若發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，由監(jiān)理選擇在該樁位附近位置進行補樁。④樁體施工時，應(yīng)采用中～低速擋鉆機和提升，切勿采用高速擋快速鉆進和提升。⑤壓漿階段不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，輸漿管不能發(fā)生堵塞。⑥嚴格按設(shè)計確定數(shù)據(jù)，控制噴漿、攪拌和提升速度。⑦控制重復(fù)攪拌時的下沉和提升速度，以保證加固范圍每一深度內(nèi)，得到充分攪拌。⑧在成樁過程中，凡是由于電壓過低或其他原因造成停機，使成樁工藝中斷的，為防止斷樁，在攪拌機重新啟動后，將深層攪拌葉下沉0.5m后再繼續(xù)成樁。⑨相鄰兩樁施工間隔時間不得超過12h（樁狀）。⑩施工前應(yīng)確定灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù)，并根據(jù)設(shè)計要求通過工藝性成樁試驗確定施工工藝。?所使用的水泥都應(yīng)過篩，制備好的漿液不得離析，泵送必須連續(xù)。拌制水泥漿液的罐數(shù)、水泥和外摻劑用量以及泵送漿液的時間等應(yīng)有專人記錄；噴漿量及攪拌深度必須采用經(jīng)國家計量部門認證的監(jiān)測儀器進行自動記錄。?攪拌機提升的速度和次數(shù)必須符合施工工藝的要求，并應(yīng)有專人記錄。?當水泥漿液到達出漿口后應(yīng)噴漿攪拌30s，在水泥漿與樁端土充分攪拌后，再開始提升攪拌頭。

4.4 施工中常遇見的問題及控制方法

4.4.1 水泥土的攪拌不均勻：深層攪拌樁，樁身水泥土的強度及質(zhì)量好壞，取決于攪拌水泥土的均勻程度，所以施工攪拌樁前，首先分析場地、地質(zhì)條件。粉質(zhì)黏土、黏土的內(nèi)聚力相對較大，黏性較強，按常規(guī)施工，攪拌水泥土的均勻性較差，有水泥、布性土的分離現(xiàn)象，鉆頭上易產(chǎn)生土球，應(yīng)采取增加鉆頭葉片或鉆頭加長和上下葉片距離加大的處理措施。

4.4.2 土質(zhì)不均勻及障礙樁的處理：當施工區(qū)域有建筑垃圾、老宅地基、河道等情況時，根據(jù)地基報告，劃分區(qū)域，一般采用的處理方法是較淺時，利用人工清除，素土回填；較深時，通過設(shè)計單位同意，對鄰樁加強或在周邊補樁。

4.4.3 漏漿：漏漿的產(chǎn)生，如在原施工區(qū)域內(nèi)，堆積大量的建筑垃圾，在建筑垃圾中黏性士的含量很少，因地下潛水層滲流影響，使噴漿液流失滲漏，成樁效果很差，采用措施是：在較淺部，可采取一定范圍內(nèi)換土回填；較深部，經(jīng)設(shè)計單位同意一般采用重復(fù)上下攪拌，使水泥漿液滲透到周邊的土層中，同時增加水泥漿液的濃度，或者可采用化學(xué)加固法等綜合施工方法，降低水泥漿的滲透性，達到加固效果。

4.4.4 地基土含水率低：地基土含水率低，士性干燥，深層攪拌樁樁體強度低，有時形成豆腐渣狀水泥土結(jié)構(gòu)。處理方法是增加一定量的噴漿或增加一定量的噴水攪拌；提高地基土層的含水率，在土層的含水率處在最佳狀態(tài)下成樁，成樁效果較好。

5 質(zhì)量控制措施

①正式施工前應(yīng)檢查各種計量設(shè)備的完好程度。②樁體定位完畢，應(yīng)及時請現(xiàn)場監(jiān)理工程師檢驗，合格后才可進行攪拌施工。③所使用的水泥必須過篩，水泥漿液應(yīng)嚴格按預(yù)定的配比拌制，制備好的漿液不得離析。泵送必須連續(xù)，拌制漿液的罐數(shù)、水泥與外摻劑的用量以及泵送漿液的時間等應(yīng)有專人記錄。噴漿量及攪拌深度必須采用經(jīng)國家計量部門認證的監(jiān)測儀器進行自動記錄。④攪拌機噴漿提升的速度和攪拌次數(shù)必須符合施工工藝的要求，應(yīng)有專人記錄攪拌機每米下沉或提升的時間，深度記錄誤差不得大于50mm，時間記錄誤差不得大于1min，并詳細記錄每根工程樁的位置、編號。⑤攪拌樁成樁時應(yīng)施工到整平高程，待開挖基坑時，再將上部0.3～0.5m的樁身質(zhì)量較差的樁段挖去。⑥當漿液到達出漿口后，應(yīng)噴漿座底30s，使?jié){液完全到達樁端。⑦攪拌機預(yù)攪下沉時不宜沖水，當遇到硬土層下沉太慢時，方可適量沖水，同時應(yīng)考慮沖水對樁身強度的影響。

6 安全保證措施

①深層攪拌機冷卻循環(huán)水在整個施工過程中不能中斷，應(yīng)經(jīng)常檢查進水和回水溫度，回水溫度不應(yīng)過高。②深層攪拌機的人土切削和提升攪拌，負載荷太大及電機工作電流超過額定值時，應(yīng)減慢提升速度或補給清水，一旦發(fā)生卡鉆或停鉆現(xiàn)象，應(yīng)切斷電源，將攪拌機強制提起之后，才能重啟動電機。③深層攪拌機電網(wǎng)電壓低于380V應(yīng)暫停施工，以保護電機。④深層攪拌機械及起重設(shè)備，在地面土質(zhì)松軟環(huán)境下施工時，場地要鋪填石塊、碎石，平整壓實，根據(jù)土層情況，鋪墊枕木、鋼板或特制路軌箱。⑤施工機械電氣設(shè)備儀表儀器及機具等在確認完好后方準使用，并由專人負責使用。

7 結(jié)束語

通過長江流域單軸水泥攪拌樁施工技術(shù)研究，形成了一套完整的施工工藝流程，對過程中的質(zhì)量控制措施進行了明確，可大大提高水泥攪拌樁成樁合格率，保證了成樁施工質(zhì)量，也為類似項目水泥攪拌樁施工提供寶貴經(jīng)驗。