楊 秀 華

(山西長興路橋工程有限公司，山西 長治 046000)

在水泥攪拌樁施工中，將軟土和水泥使用深層攪拌機(jī)械進(jìn)行強(qiáng)制拌和，通過實(shí)現(xiàn)就地固化硬結(jié)地層深處的軟土使得地基強(qiáng)度提高，確保地基沉降得到有效控制。使用水泥攪拌樁進(jìn)行軟土加固是一種地基處理新技術(shù)，具有施工機(jī)械簡單、施工速度快、對環(huán)境影響小的優(yōu)勢。

釘形與雙向水泥土攪拌樁技術(shù)是一種新樁型，還是一種全新的施工方法。在吸收常規(guī)水泥土攪拌樁技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，釘形與雙向水泥土攪拌樁技術(shù)的樁身受力更加合理，可使得樁身強(qiáng)度大幅提高。該法由東南大學(xué)和南京路鼎攪拌樁特種技術(shù)有限公司聯(lián)合開發(fā)，其工法的關(guān)鍵在于充分利用了復(fù)合地基應(yīng)力的傳遞規(guī)律，同時(shí)大大降低了施工成本。

與常規(guī)的水泥土攪拌樁相比，雙向水泥土攪拌樁施工工藝簡單，采用兩攪一噴工藝，無需復(fù)攪復(fù)噴，顯著降低人為因素對質(zhì)量的影響，便于推廣。大量的工程實(shí)踐表明，采用雙向水泥土攪拌樁進(jìn)行軟基處理時(shí)，軟基處理越深，則經(jīng)濟(jì)效益越顯著。目前，應(yīng)用釘形與雙向水泥土攪拌樁在我國進(jìn)行軟土處理的最大深度為32 m，1.3 m為應(yīng)用的最大樁徑。在太原西南環(huán)鐵路工程中得到應(yīng)用，進(jìn)行的軟基處理效果顯著。

1 技術(shù)優(yōu)勢對比

在施工中，由于常規(guī)水泥土攪拌樁的固有缺陷，地基處理工程量大，施工速度慢，造價(jià)偏高，容易出現(xiàn)質(zhì)量事故，導(dǎo)致一些省市對水泥土攪拌樁技術(shù)持慎用,甚至限用的態(tài)度。

采用常規(guī)水泥土攪拌樁技術(shù)進(jìn)行軟土處治時(shí)，施工中存在的主要問題有：

1)均勻性差。在常規(guī)水泥土攪拌樁施工中，攪拌葉片單向旋轉(zhuǎn)，難以形成對固化劑和土體的均勻拌和。由于攪拌不充分不均勻?qū)е滦纬傻乃嗤翑嚢梵w為層狀，使得水泥土的固化效果難以得到充分發(fā)揮，成型后的樁體強(qiáng)度較低。

2)漿液上冒。在施工過程中，攪拌樁筒體內(nèi)的壓力在土壓力、孔隙水壓力、噴漿壓力及葉片旋轉(zhuǎn)力等多種作用的影響下，容易出現(xiàn)劇增，導(dǎo)致出現(xiàn)水泥漿沿鉆桿上冒的現(xiàn)象，嚴(yán)重的會溢出地面(見圖1)，影響水泥土的就地?cái)嚢栊Ч?，成型后樁身上部的水泥含量偏高，且造成水泥漿大量浪費(fèi)。

3)受力不合理。在常規(guī)水泥土攪拌樁技術(shù)下，樁體成型后自上而下具有完全相同的樁徑，不能實(shí)現(xiàn)根據(jù)地基應(yīng)力狀態(tài)及地質(zhì)條件進(jìn)行樁結(jié)構(gòu)的合理選擇，難以將樁土復(fù)合作用發(fā)揮最大。

在雙向水泥土攪拌樁施工中，由于充分利用了土體的主、被動壓力差，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外鉆桿旋轉(zhuǎn)方向的改變，通過對鉆頭葉片(如圖2所示)打開或收縮進(jìn)行控制，有效實(shí)現(xiàn)了樁徑的大小變化，形成釘形樁(變截面樁)。

雙向水泥土攪拌樁攻克了常規(guī)水泥土攪拌樁存在的嚴(yán)重缺陷，具有如下技術(shù)優(yōu)勢：

1)強(qiáng)度提高。由于內(nèi)外鉆桿上的兩組葉片實(shí)現(xiàn)了同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)，將水泥漿有效控制在上下兩組葉片范圍內(nèi)，使水泥漿的上冒途徑被有效隔斷，冒漿現(xiàn)象得到徹底解決。同時(shí)，土體和水泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆?，成型后的樁體強(qiáng)度得到大幅提高。

2)擾動小。鉆桿上的兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)，使得土體對葉片產(chǎn)生的水平旋轉(zhuǎn)力相互平衡，將施工對樁周土的擾動降至最低。

3)受力合理?？筛鶕?jù)荷載類型、地質(zhì)條件、工程性質(zhì)等不同情形，設(shè)計(jì)相應(yīng)的變截面水泥土攪拌樁(見圖3)。釘形樁具有的變截面結(jié)構(gòu)特性，具有與地基應(yīng)力傳遞相同的規(guī)律，樁體成型后受力合理，地基處理效果十分顯著。

大量的工程實(shí)踐表明，與常規(guī)水泥土攪拌樁相比，雙向水泥土攪拌樁具有顯著的承載性能，合理的樁身受力結(jié)構(gòu)及大幅減少的沉降量，且單位體積的軟土處理時(shí)的工程量小，可使得綜合經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約15%～35%。同時(shí)，根據(jù)荷載類型、地質(zhì)條件、工程性質(zhì)等不同，可進(jìn)行漿噴或粉噴方式的合理選擇，在固化劑中還可加入適量添加劑，如摻入適量的砂、石膏等，形成砂漿樁等攪拌樁。

2 施工工藝

在某高速公路段，基層多為軟土地基，土質(zhì)承載力較差。在該段計(jì)劃采用釘形雙向水泥攪拌樁進(jìn)行地基加固處理，樁頂做30 cm厚墊層，進(jìn)行了施工順序的合理安排。

設(shè)計(jì)的攪拌樁樁長5 m～14 m，擴(kuò)大頭直徑0.9 m，長度4 m～9 m，要求采用四攪兩噴工藝；下部樁體直徑0.6 m，長度0 m～8 m，要求采用二攪一噴工藝。樁間距2 m，個(gè)別軟土較厚段或填土較高段加密布置。

雙向水泥土攪拌樁的施工工藝見圖4。

2.1 樁機(jī)就位

即移動水泥土攪拌樁機(jī)到指定位置并進(jìn)行對中。

在本項(xiàng)目施工中，樁機(jī)配備有專用動力箱體，鉆進(jìn)作業(yè)采用同心雙軸鉆桿進(jìn)行，將水泥漿噴嘴與下組葉片固連。

2.2 切土下沉

攪拌樁機(jī)啟動，將攪拌葉片展開并進(jìn)行調(diào)整，要求達(dá)到擴(kuò)大頭直徑標(biāo)準(zhǔn)。

開始沿導(dǎo)向架向下進(jìn)行切土，上下兩組葉輪同時(shí)進(jìn)行正反向的旋轉(zhuǎn)，攪拌樁機(jī)鉆桿持續(xù)下沉，直至達(dá)到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)標(biāo)高。

在鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，下面一組葉輪進(jìn)行強(qiáng)制切土。同時(shí)開啟送漿泵進(jìn)行水泥漿噴灑，以在葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的土體空隙中實(shí)現(xiàn)水泥漿的就地粘附。

在鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，上面一組葉輪向下組葉輪的相反方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)將土體與水泥漿拌和均勻。

2.3 縮徑下沉

在擴(kuò)大頭底面位置處，通過反向旋轉(zhuǎn)外鉆桿，將葉輪工作半徑調(diào)整為下部樁體直徑。

樁機(jī)繼續(xù)沿導(dǎo)向架向下觸土，還須進(jìn)行噴漿速度和噴漿量的調(diào)整。

在鉆進(jìn)過程中，上下面兩組葉輪旋轉(zhuǎn)及功能與擴(kuò)大頭施工相同，通過正反向旋轉(zhuǎn)確保成樁質(zhì)量，要求樁機(jī)持續(xù)下沉直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.4 提升攪拌

在達(dá)到設(shè)計(jì)的樁身高程后，送漿泵關(guān)閉，進(jìn)行樁機(jī)鉆桿的緩慢提升，直至下部的外鉆桿葉片位于擴(kuò)大頭標(biāo)高以下0.5 m處的部位。

在樁機(jī)提升過程中，須保持上下兩組葉片與下部樁鉆進(jìn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相同，同時(shí)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)。

為確保變截面部位的密實(shí)度，當(dāng)下組葉片到達(dá)指定位置時(shí)，要求開啟送漿泵進(jìn)行水泥漿復(fù)噴，繼續(xù)提升樁機(jī)至擴(kuò)大頭端。

2.5 擴(kuò)徑提升攪拌

繼續(xù)開啟送漿泵進(jìn)行噴漿，進(jìn)行外鉆桿旋轉(zhuǎn)方向的改變，調(diào)整外鉆桿葉片直至擴(kuò)大頭直徑，與樁機(jī)提升須同步進(jìn)行。

Cathrine Hartung， Oddvar Knustad， Kjell Wardener等人認(rèn)為，碎塊狀石墨是在冷卻緩慢、成核潛能低、CE高、以及RE和微量元素偏析情況下造成的，建議從孕育效果、Sb中和RE、阻礙碳原子擴(kuò)散，以及提高冷卻速度方面著手解決。

在提升和復(fù)噴過程中，要求上下兩組葉片同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪拌。

2.6 攪拌下沉

當(dāng)內(nèi)鉆桿下面的一組葉片位于大樁樁頂部位時(shí)，將送漿泵和噴嘴關(guān)閉，葉片繼續(xù)按大樁直徑保持展開狀態(tài)。

為保證樁體擴(kuò)大頭質(zhì)量，樁機(jī)繼續(xù)進(jìn)行下沉觸土，上下兩組葉輪繼續(xù)保持旋轉(zhuǎn)，確保水泥土拌和均勻，進(jìn)行復(fù)攪作業(yè)直至大樁樁底面部位。

2.7 提升攪拌

在大樁樁底面處，葉片保持旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)行樁機(jī)提升復(fù)攪，直至樁機(jī)提升至地表，單樁施工完成(見圖5)。

為保證樁端施工質(zhì)量，施工完畢后，要進(jìn)行樁頂整形，并養(yǎng)護(hù)。

最后將樁機(jī)移位至下一樁位進(jìn)行作業(yè)(見圖6)。

3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

在釘形雙向水泥攪拌樁施工中，為確保單樁成樁質(zhì)量，應(yīng)采取合理有效的控制措施，以確保軟基處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行漿液配置。在軟土或高填土路基中，可適當(dāng)增大水泥比，要求不小于14%，水灰比不大于0.5。本項(xiàng)目采用的42.5級硅酸鹽水泥，摻入量15%。

3)按需進(jìn)行水泥漿液拌制，要保證每根樁所需漿液一次單獨(dú)拌制完成，同時(shí)不得長時(shí)間存儲，自制備至用完時(shí)間應(yīng)不超過其初凝時(shí)間，不宜大于2 h。

4)為確保樁體成型質(zhì)量和承載性能達(dá)標(biāo)，須嚴(yán)格做好下鉆深度、漿噴高程及停漿面的控制。要求全樁水泥用量不少于設(shè)計(jì)量，用漿量誤差不得大于5%。漿液儲量時(shí)，存儲量不得少于一根樁用量。

5)噴灑的水泥漿液不能發(fā)生離析。為防止灰漿離析，放漿前須充分?jǐn)嚢?0 s，漿液溫度保持在5 ℃～40 ℃間。

6)為達(dá)到原狀土充分破碎效果，實(shí)現(xiàn)土體和水泥漿液的充分?jǐn)嚢璨韬途鶆?，須?yán)格進(jìn)行下沉速度控制，要求不超過1.5 m/min。

7)確保起吊設(shè)備平整度和導(dǎo)向架垂直度是保證攪拌樁垂直度的重要環(huán)節(jié)。在施工中，要求將鉆頭提升速度控制在0.8 m/min～1.2 m/min，垂直度偏差不小于1.0%，樁位偏差不小于5 cm。

8)要求全樁注漿均勻，為避免出現(xiàn)夾心層，要求不得出現(xiàn)斷漿，輸漿管不能堵塞。

9)在施工過程中，當(dāng)軟土地質(zhì)中含水量高時(shí)，在確保增加水泥摻入條件下提高樁體強(qiáng)度。一般通過適當(dāng)增加石膏、粉煤灰等外加劑摻量解決。