水泥摻量對水泥攪拌樁成樁質量的影響分析

付寶寧

(江西贛禹工程建設有限公司，南昌 330209)

1 工程概況

某重點圩堤除險加固項目共包括8條圩堤，分別為九合聯圩、三角聯圩、永北圩、郭東圩、萬青聯圩、高橋圩、馬口聯圩、立新圩，每條圩堤分為一個施工區。圩堤堤線總長為181.81km，建設內容主要包括堤基、堤身等的垂直防滲、水平防滲，脫坡和滑坡處理，護岸護坡等。該重點圩堤除險加固項目所用的水泥攪拌樁是當前較為常用的軟弱地基加固處理措施，在控制沉降變形，提升地基承載力等方面效果十分顯著，但是巖土工程本身不確定性較大，水泥攪拌樁的成樁及施工質量也受到地質、地形等的較大影響，為有效解決現場施工質量不良的問題，保證成樁質量，在該工程施工開始前于施工現場展開工藝試驗。

2 試驗方案

為進行水泥摻量影響水泥攪拌樁成樁質量的分析，將水泥摻量分別設定為90kg/m、110kg/m和120kg/m，并在每種摻量下分別制備2根直徑600mm的試樁，將分別編號為1#、2#、3#、4#、5#和6#的6根試樁均按照1500mm間距打入砂層，再按照四攪四噴[1]的成樁工藝進行水泥攪拌樁施工。攪拌桿設計沉降速率和提升速率分別為0.8～1.0m/min和0.6～0.8m/min，并將最末尾一次的提升速度控制在0.5m/min左右。通過沉降和提升速度的控制，達到軟土分層加固的目的，純淤泥質土層應盡可能取提升速度的較小值，砂層則應取提升速度的較大值，通過控制注漿泵出口壓力，確保提升速度與輸漿速度的一致性。

3 不同水泥摻量下的水泥攪拌樁質量

3.1 水泥摻量90kg/m

成樁連續性和單軸抗壓強度是評價水泥攪拌樁成樁質量的兩個基本指標，單軸抗壓強度主要以水泥攪拌樁抽芯強度為參考。此水泥摻量下的3#樁在長度15.5m以內有效，芯樣呈塊狀和柱狀，局部有松散，膠結程度一般，連續性不良；6#樁在長度18.2m以內有效，芯樣堅硬完整，呈柱狀，僅部分呈塊狀，連續性一般。攪拌樁樁深及抽芯強度試驗結果主要見表1。

表1 3#和6#樁樁深及抽芯強度試驗結果

根據表中試驗結果所得到的水泥摻量為90kg/m且成樁工藝四攪四噴的水泥攪拌樁強度隨樁深變動的趨勢具體見圖1。從圖中可以看出，隨著樁深的增大，水泥攪拌樁強度呈較為離散的變化趨勢，最大和最小強度分別為2.25MPa和0.12MPa；樁身10m以下比10m以上抽芯抗壓強度值更低。

為更進一步分析水泥攪拌樁樁深和強度的關系，分別統計樁深為0～10m、10～20m的強度特征值，并以此值作為水泥攪拌樁強度均值的最低限[2]。根據分析，樁深為0～10m的情況下取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的單軸抗壓強度均值，3#樁和6#樁抽芯強度特征值分別為1.28MPa和1.19MPa，28d設計強度為0.65MPa；而樁深為10～20m的情況下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的單軸抗壓強度均值，3#樁和6#樁抽芯強度特征值分別為0.09MPa和1.41MPa，28d設計強度為0.80MPa。3#水泥攪拌樁樁深為10～20m的整體抽芯強度低于設計值，而3#水泥攪拌樁樁深為0～10m以及6#攪拌樁的整體抽芯強度均滿足設計要求。

3.2 水泥摻量110kg/m

此水泥摻量下2#樁在長度18.3m以內有效，芯樣呈塊狀和柱狀，局部有松散，膠結程度一般，連續性不良；5#樁在長度25.0m以內有效，芯樣堅硬完整，呈柱狀，僅部分呈塊狀，連續性一般。攪拌樁樁深及抽芯強度試驗結果主要見表2。

表2 2#和5#樁樁深及抽芯強度試驗結果

根據表中試驗結果，水泥摻量為110kg/m且成樁工藝四攪四噴的水泥攪拌樁強度與樁深的關系曲線具體見圖2。從圖中可以看出，隨著樁深的增大，水泥攪拌樁強度也呈離散型變化，最大和最小強度分別為3.0MPa和0.02MPa；樁身10m以下比10m以上抽芯抗壓強度值低。

為更進一步分析水泥攪拌樁樁深和強度的關系，采用相同的操作分別統計樁深0～10m、10～20m的強度特征值，并以此值作為水泥攪拌樁強度均值的最低限。樁深0～10m時取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的單軸抗壓強度均值，2#樁和5#樁抽芯強度特征值分別為0.17MPa和1.19MPa，28d設計強度為0.64MPa；而樁深10～20m時下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的單軸抗壓強度均值，2#樁和5#樁抽芯強度特征值分別為0.12MPa和1.40MPa，28d設計強度為0.80MPa。2#水泥攪拌樁整體抽芯強度低于設計值，而5#攪拌樁的整體抽芯強度符合設計要求。

3.3 水泥摻量120kg/m

此水泥摻量下1#樁在長度18.0m以內有效，芯樣同樣呈塊狀和柱狀，局部存在松散，膠結程度一般，連續性差；4#樁在長度19.0m以內有效，芯樣堅硬完整，呈柱狀，僅部分呈塊狀，連續性一般。攪拌樁樁深及抽芯強度試驗結果主要見表3。

表3 1#和4#樁樁深及抽芯強度試驗結果

根據試驗結果，水泥摻量為120kg/m且成樁工藝四攪四噴的水泥攪拌樁強度與樁深的關系曲線具體見圖3。由圖可知，隨著樁深的增大，水泥攪拌樁強度仍然呈離散型變化，強度最大值和最小值分別為4.0MPa和0.02MPa；1#水泥攪拌樁樁身長度6m以內強度較高，6～20m深度所對應的強度整體≤0.5MPa；4#樁整體強度≥2.0MPa。

為深入分析1#和4#水泥攪拌樁樁深和強度的關系，采用相同方式分別統計樁深0～10m、10～20m的強度特征值，并以此值作為水泥攪拌樁強度均值的最低限。樁深0～10m時取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的單軸抗壓強度均值，1#樁和4#樁抽芯強度特征值分別為0.76MPa和3.01MPa，28d設計強度為0.64MPa；而樁深10～20m時下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的單軸抗壓強度均值，1#樁和4#樁抽芯強度特征值分別為0.03MPa和2.74MPa，28d設計強度為0.80MPa。1#水泥攪拌樁整體抽芯強度低于設計值，而4#攪拌樁的整體抽芯強度符合設計要求。

3.4 試驗結果評價

經過以上分析不難看出，在四攪四噴的成樁工藝下，水泥攪拌樁很容易因水泥干粉的使用而發生堵管，并因鉆頭提升、抽芯、沉降不均勻等原因而影響樁體連續性。本試驗所制備的1#～3#水泥攪拌樁連續性較差，4#～6#水泥攪拌樁連續性一般。在該試驗水泥攪拌樁成樁工藝下，所噴出的水泥干粉能夠吸收圩堤高含水率淤泥質土中的水分，增強水泥攪拌樁早期強度，且水泥摻量越大，早期強度也越高[3]，4#樁水泥摻量最大，其強度明顯比水泥摻量110kg/m的2#樁和水泥摻量90kg/m的6#樁更高。

4 結 論

通過對某重點圩堤除險加固項目施工現場水泥攪拌樁成樁工藝試驗過程及結果的分析得出，四攪四噴成樁工藝下很容易發生堵管，且攪拌樁連續性無法保證。但是水泥干粉因能夠吸收淤泥質土體中的水分，而促使攪拌樁早期強度提升，且樁體強度隨水泥摻量的增加而增大，隨樁身入土深度的增加而減小。