水泥攪拌樁加固區沉降量計算及施工質量控制

耿志華 牟雨龍 張康榮 江 帆

（中電建路橋集團有限公司，北京 100000）

當前，國內外工程項目中，對軟基處理已有相對成熟的施工工藝，其中水泥攪拌樁以其具有施工速度快、造價低、影響小等優點，是軟基處理中首選的一種施工工藝[1]。受限于施工單位的技術質量水平，導致工程實體質量優劣不一。因此，為保證工程實體質量，使處理后的地基具有相應的承載力，對水泥攪拌樁施工質量控制的研究至關重要。

1 工程簡介

1.1 工程概況

某工程位于廣東省江門市蓬江區，工程起點順接建設三路，終點順接江門大道輔路，中與龍舟山南街相交，線路全長0.742km。道路寬度設計為40m，共計6 車道，按城市次干路等級進行設計，時速40km/h。

1.2 攪拌樁設計方案概述

水泥攪拌樁常常作為一種高效的改善軟弱地基承載力的主要施工方式，其具有適用范圍廣、工程造價經濟合理、場地要求低等眾多優點[2]。案例工程項目所采用的攪拌樁樁徑50cm。車行道范圍內樁距為1.5m，綜合管廊基底范圍樁距為1.1m。

2 攪拌樁施工工藝及設計計算

2.1 工藝概述

攪拌樁采用濕法施工工藝，主要流程為：a 樁基定位→b 機械鉆進→c 噴漿提升→d 原位鉆進→e 原位提升→f 施工完成。其工作原理示意圖如圖1 所示。

圖1 水泥攪拌樁濕法工藝示意圖

2.2 加固區沉降量計算

2.2.1 復合模量法

復合模量法的計算思路為整體法，即將攪拌樁與土體當作統一的整體進行分析，充分考慮兩者的壓縮模量進行計算（見公式（2）），同時也可采用現場實驗的參數，按照土層分層進行總和計算[3]（見公式（3））。

式中：n-樁長埋深內各土層總數；△Pi-第i 層土的附加應力增量（KPa），△Pi=P0-Pc，P0為復合地基加固區頂面的平均壓力（KPa），P0=γh（γ 為土的重度，KN/m3，h 為土體高度，m），Pc為加固區的自重應力標準值（KPa）；Espi為加固區第i層復合樁土的壓縮模量（MPa）；m 為面積置換率；Esi為加固區范圍內第i 層土體的壓縮模量（MPa）；Hi為加固區第i 層土體的厚度（m）。為了計算方便，在工程實際中，加固區可視為一層土體，于是公式（2）可以簡化為：

同時，根據參考文獻[3]中指出，采用公式（3）計算復合模量有許多不適，建議應當采用JGJ79-91 規范中的計算方式（見下，公式（4））

令ξ =1+m(n-1)，則可得到承載力的計算公式為：

其中，fsp,k為復合地基承載力標準值（KPa）；fk天然地基承載力標準值（KPa）。

2.2.2 應力修正法

因為在水泥攪拌樁施工中，樁間土層所承擔的荷載比地基所承擔的平均荷載要小，反之即說明，水泥攪拌樁受到的荷載密度比復合地基所受到的要大。因此需要進行應力修正[4]。應力修正是只考慮兩者之間的應力比值，不考慮別的因素，采用分層求和的方法計算沉降量。攪拌樁中地基樁間土分配的力計算公式如公式（6）所示：

其中，μs為應力修正系數；

n 為復合地基中的樁土應力比，根據實際情況取n=3～5，因此，水泥攪拌樁復合地基加固區的壓縮模量可表達為：

其中，ΔPsi為第i 層土中的應力增量（KPa）。

2.2.3 樁身壓縮量法

本方法也稱Ep 法，計算原理是假定攪拌樁不會穿過持力層，以樁體的壓縮量作為地基的壓縮量，故樁身所承擔的力為：

其中，μp為應力集中系數。根據上述公式，樁身壓縮量可表達為下列公式：

其中，L 為樁長（m）；Ep為壓縮模量（MPa），Ep=（80～150）fcu,k。

2.2.4 工程案例計算

圖2 沉降量隨時間變化的關系曲線圖

表1 沉降量計算匯總表 （單位：mm）

在運用復合模量法進行計算時，當采用公式（3）時，計算數據與預測結果存在一定的偏差；采用規范中的計算方法公式（5）及應力修正法公式（7）時，計算數據與預測結果相對吻合；而采用公式（9）時，計算數據與預測結果完全不匹配。造成上述偏差較大的主要原因是，樁身壓縮量是根據無側限抗壓強度計算而得，而其中的公式主要是來自室內水泥土試驗，因為室內試驗各項參數易于控制，試驗的強度更能得到保障，但實際施工過程中，現場實際條件與實驗室內差別較大，導致理論計算的結果與實際偏差較大。

3 施工質量控制

3.1 施工前的質量控制

3.1.1 施工準備及場地平整

（1）現場施工用電提前完成，供電設備齊全，電力電纜線路搭建完成，架空高度及變壓器數量、位置等符合規范要求及實際施工需求。配置足夠數量及功率的發電機等設備以保證沒有外接電源或突發停電時現場能正常開展工作。（2）提前完成地上地下障礙物調查，尤其需核查詳實地下管線及地上高壓線等情況。能清理的及時進行清理，不能清理的需設置標志，施工時注意避讓或保護。（3）在正式施工前，需對施工場地進行平整處理，采用機械進行清表及初步整平，對場地中低洼處進行回填，回填應采用性能級配良好的中粗砂或黏土，最好再進行精細整平。

3.1.2 施工放樣

對業主方移交的點位進行復核，復核無誤后按照設計圖紙對攪拌樁進行逐點放樣。在根據設計要求對工程樁進行確定，并進行明顯標記（可采用木棒綁紅色塑料袋），施工過程中需注意保護，若發現損壞需及時進行復核，重新放樣。

3.1.3 原材料的質量控制

水泥應根據設計要求進行比選，對水泥品種、供應商進行仔細審查[5]，在符合規范及設計的規定之下，選用品質更高的水泥進行工程施工。水泥進場之前，需嚴格檢查各項性能及資料完整性，包括但不限于生產批次、廠家資質、合格證書等，不合格品嚴禁進場使用。

3.1.4 樁機安裝就位

根據工程實際情況，采用2 套水泥攪拌樁機（SP-5B 型，包括其配套設施，如注漿設備、起吊設備等）、2臺抽水機（功率7.5KW）。2 臺柴油發電機（功率250KW，備用1 臺）。水泥攪拌樁機按規定進行組裝（安裝過程不做論述），組裝完成后，應對設備性能與各構配件參數進行檢查，確保其能正常投入使用。檢查項目應至少包括：鉆頭尺寸、鉆桿長度、送漿導管、儲漿罐、電源線路、壓力泵等是否滿足設計要求及正常運行。

3.2 施工過程中的質量控制

3.2.1 工藝試樁

試樁的目的，是檢驗施工工藝是否能有效實施，同時為正式施工工程樁確定最合理的工藝參數。因此，在正式施工前，應當首先施工試驗樁，試驗樁數量按5 根進行控制，試樁施工時應當確定的各項指標與數據一般包括水泥用量、下沉及提升速率、注漿速率及用量等。

3.2.2 制漿質量控制

（1）根據設計要求，同時結合試樁時確定的工藝參數制作水泥漿，現場時拌時用，在使用前需不停攪拌，嚴禁提前制作及停放時間過長。（2）拌制時應按照先水后灰的順序進行投放攪拌，單盤攪拌時間至少4 分鐘，現場配置的水泥漿應當具有較好的流動性。水泥漿應經過攪拌過篩，去除漿液內的硬塊，避免造成堵塞或損壞泵管[6]。

3.2.3 泵漿質量控制

（1）首先進行潤管，即在泵送前，通過對管道提前通水以達到濕潤管道的目的，便于順利泵送水泥漿。（2）施工前需對漿液拌制質量、泵機工作性能、施工用電穩定等方面進行仔細檢查與核對，施工過程中方可平穩持續地進行漿液泵送。泵送過程中如遇管道堵塞，需立即停止泵送并排查堵塞部位，拆卸、疏通、清洗完善后，及時進行泵漿施工。（3）施工過程中如遇溶洞、裂隙等特殊地質情況，造成大量漏漿的情況，應當立即停止施工，并對樁位、機械進行保護，同時做好現場記錄，報送監理單位，根據監理發出的指令進行后續處理。

3.2.4 成孔及樁長控制

（1）在鉆孔過程中，如遇地下阻礙等原因導致無法完成后續鉆孔任務時，應當現場記錄當前鉆進情況及各項指標數據，并立即通知監理、設計等單位，根據研判確定補樁位置及措施，按其指令進行施工，保證工程質量。（2）樁長控制之鉆桿控制法：鉆孔開始前，根據本次鉆孔深度在鉆桿桁架對應位置進行樁長標注，便于操作手隨時掌控鉆孔進度，保證樁長滿足設計要求。（3）樁長控制之讀數控制法：根據攪拌樁機上配備的鉆桿深度控制儀，可通過其面板上顯示的指針數據表明當前鉆桿的鉆孔深度。但需注意的是，鉆桿入孔需將該儀器的指針歸零。

3.2.5 單樁水泥用量控制

（1）嚴格控制水灰比。單樁水泥用量需同時滿足設計規定用量及試驗樁確定的用量，施工過程中不得隨意改變。（2）嚴格控制輸漿泵。應保證水泥漿泵送裝置具有穩定的泵漿性能，泵漿速度與泵漿量應當與試樁過程中確定的各項速度參數（鉆進、攪拌、提升）相匹配。（3）嚴格控制水泥漿用量。計算出的單樁水泥用量應當與施工完成后的實際用量相匹配，確保該樁的水泥漿剛好用完，不得有不足或多余。

3.2.6 樁機操作控制

（1）樁機移動就位后，應當首先調整樁機垂直度，大致可通過以下三種方式進行重復調整，直至垂直度偏差控制在1%以內。a.首先調整樁機下部撐腳，使機身水平方向處于垂直狀態；b. 其次調整位于樁機兩側的控制桿，保證樁機豎向處于垂直狀態；c.上述方向調整后，通過鉆桿上的垂線與中心度盤的位置關系，重復進行調整，直至垂直度滿足要求為止。（2）啟動攪拌鉆機，按照確定的工藝參數進行旋轉鉆進；鉆至設計孔底高程后，應當停留至少30s，關閉機械，首次鉆進完成。（3）鉆機下沉至孔底后，進行提升施工，提升過招中持續注漿，提升至設計樁頂后，應當持續攪拌15s，確保樁頭質量。（4）重復上述（2）（3）步驟，達到復攪復噴目的。（5）在鉆孔和提升過程中，如攪拌樁機負荷過大或電機超載警告時，需降低旋轉速度或根據實際情況適當向孔內注入適量清水。當出現卡鉆時，首先應當立即切斷電源，再將鉆桿從孔內拔出，再重啟電源進行施工。

4 結論

綜上所述，軟弱地基承載能力差，若不進行處理將直接影響工程質量。而水泥攪拌樁是一種高效、便捷、經濟的軟基處理措施，對其加固區沉降計算及施工時的質量控制措施不斷研究與完善，從而加強施工人員專業水平，為建設質量合格的優質工程奠定建設基礎。