解志騰

連云港市鐵路事業(yè)發(fā)展中心 江蘇 連云港 222000

1 水泥攪拌樁的特點(diǎn)

軟土地基在我國(guó)沿海地區(qū)的城市分布廣泛，因此在高速公路建設(shè)中需要做好軟土地基的處理。近年來(lái)，隨著工程建設(shè)技術(shù)的發(fā)展壯大，我國(guó)軟土地基處理技術(shù)也得到了相應(yīng)的高速發(fā)展，并帶來(lái)了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)于軟基處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者、工程技術(shù)人員總結(jié)歸納了復(fù)合地基法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法等常用的處理方法。本文主要分析復(fù)合地基法中的水泥攪拌樁施工技術(shù)，水泥攪拌樁是水泥深層攪拌法的成樁方式，在我國(guó)已有二十多年的發(fā)展過(guò)程，特別是在地下水位較高的施工擾動(dòng)區(qū)較為常見(jiàn)。水泥攪拌樁是一種將軟土硬化成具有完整性、防水性的成樁的技術(shù)，它已被廣泛應(yīng)用復(fù)合地基豎向承載力、基坑擋土墻工程和防滲窗簾等工程項(xiàng)目。首先將配制好的水泥漿打入土壤中，并將土壤攪拌均勻，形成水泥土。

利用水泥水化在軟土地基中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，不僅可以提高地基的固結(jié)強(qiáng)度，而且可以有效地減少沉降量，抵抗高荷載，提高抗變形能力。水泥攪拌樁具有施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低、進(jìn)度快、無(wú)振動(dòng)、無(wú)電噪聲、對(duì)周圍建筑物無(wú)沖擊、加固效果好等優(yōu)點(diǎn)。水泥攪拌樁的最大特點(diǎn)是其剛度與水泥用量和攪拌樁的均勻性有關(guān)。在軟土地基上使用水泥攪拌樁修路時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題可分為沉降和破壞兩種。工程項(xiàng)目必須防止毀壞，但是沉降很難控制，因?yàn)樾枰荛L(zhǎng)時(shí)間來(lái)保證沉降的穩(wěn)定性[1]。軟土地基的淺層粉土層有兩種處理方法。一種方法是通過(guò)增加自身重量填土來(lái)壓縮軟土。還有一種方法是先把整個(gè)粉土層挖出來(lái)。然后填充穩(wěn)定的材料，從而減少沉降。

軟土地基的處理還必須同時(shí)考慮沉降和穩(wěn)定性。在軟土地基施工中，首先將水泥與水泥漿混合，水泥中的各種鈣礦物成分首先發(fā)生水解和水化反應(yīng)，然后與軟土繼續(xù)發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成鈣化合物。這是水泥攪拌料樁能提高地基強(qiáng)度的主要原因。

此外，軟土中的化合物表面含有各種離子，與水泥水化產(chǎn)生的鈣離子進(jìn)行等效的吸附交換，從而提高土壤的強(qiáng)度。提高水泥土的強(qiáng)度一方面的原因在于軟土本身具有膠凝特性，水泥水化形成的凝膠顆粒可以和軟土結(jié)合，形成具有一定強(qiáng)度的顆粒結(jié)構(gòu)。另一方面當(dāng)水泥水化產(chǎn)生的鈣離子超過(guò)交換的次數(shù)時(shí)，鈣離子與化合物發(fā)生反應(yīng)形成黏土，產(chǎn)生大量不混溶的晶體化合物，并逐漸變硬，大大提高了水泥土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。最重要的是，為了保持足夠的水泥強(qiáng)度，必須確保有足夠的水泥，使水泥和土壤應(yīng)充分混合。

雖然水泥攪拌樁具有以上種種優(yōu)點(diǎn)，但是質(zhì)量事故也時(shí)有發(fā)生，其原因不僅與設(shè)計(jì)有關(guān)，更多源于施工質(zhì)量。水泥攪拌樁復(fù)合地基的軟土基礎(chǔ)處理屬于隱蔽工程。如果施工質(zhì)量不佳，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督無(wú)效，路基填筑后會(huì)造成風(fēng)險(xiǎn)，難以檢查和采取補(bǔ)救措施，損壞非常嚴(yán)重。因此，必須充分重視每個(gè)施工環(huán)節(jié)，嚴(yán)格執(zhí)行施工管理的全過(guò)程是非常重要的。只有對(duì)施工過(guò)程和檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的控制，才能保證工程質(zhì)量。

2 不同參數(shù)對(duì)成樁質(zhì)量的影響

現(xiàn)行的工程標(biāo)準(zhǔn)和各種文獻(xiàn)對(duì)水泥的涉及或關(guān)注主要在樁設(shè)計(jì)與試驗(yàn)技術(shù)方面，因此有必要研究參數(shù)對(duì)樁體質(zhì)量的影響，引起設(shè)計(jì)和施工的重視施工確定合理的工藝參數(shù)，保證樁身質(zhì)量。彭瑞研究了水泥深層攪拌（DCM）技術(shù)的核心內(nèi)容參數(shù)匹配[2]。楊萌研究發(fā)現(xiàn)水泥攪拌樁中較大的水泥摻入比、較大的攪拌軸轉(zhuǎn)速可以有效地增加其強(qiáng)度[3]，李強(qiáng)研究了水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)程序和設(shè)計(jì)步驟等[4]。尹忠輝通過(guò)分析水泥攪拌樁成樁質(zhì)量的影響因子，研究造成水泥攪拌樁成樁質(zhì)量缺陷的原因，針對(duì)每種原因提出相應(yīng)的解決措施[5]。管軍、解國(guó)光從施工工藝與質(zhì)量控制兩方面對(duì)水泥深層攪拌樁的工藝流程和質(zhì)量控制措施進(jìn)行探討[6]。水泥攪拌樁施工參數(shù)一般包括樁偏、樁長(zhǎng)、樁徑、垂直度、水泥含量、水灰比、輸漿能力、鉆孔提升速度、攪拌軸轉(zhuǎn)速和再混合次數(shù)。前六個(gè)參數(shù)是一般在設(shè)計(jì)時(shí)確定，施工時(shí)容易控制。然而，后四個(gè)參數(shù)在設(shè)計(jì)和施工中很難確定和掌握，因?yàn)樗枰嗷テヅ湟员ＷC水泥土拌合體的均勻性，并受地質(zhì)條件和打樁機(jī)械性能的影響。因此，本文著重于分析四個(gè)施工參數(shù)的影響，即輸漿能力，鉆孔提升速度、攪拌軸轉(zhuǎn)速和再混合次數(shù)對(duì)樁的質(zhì)量影響程度。

2.1 輸漿能力

2.1.1 輸漿能力的不連續(xù)性和不均勻性。在成樁過(guò)程中常出現(xiàn)輸漿能力高低不連續(xù)、不均勻的現(xiàn)象,由于通氣口及水泥通道阻塞和因泥漿泵產(chǎn)生的混凝土攪拌樁斷裂等,造成樁體質(zhì)量參差不齊,從而對(duì)樁身的強(qiáng)度產(chǎn)生了影響。設(shè)備必須經(jīng)常維護(hù)以避免發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題后及時(shí)補(bǔ)漏補(bǔ)漿環(huán)節(jié)，以達(dá)到連續(xù)、均勻的輸漿能力。

2.1.2 泥漿輸送量過(guò)大或過(guò)小。輸漿量過(guò)大時(shí)，樁身強(qiáng)度達(dá)不到要求，樁頭水泥配合比低于設(shè)計(jì)值，因泥漿已用完。當(dāng)混合頭尚未升高到設(shè)計(jì)的樁頂時(shí)。此外，它很容易導(dǎo)致鉆速低時(shí)返漿量大。如果輸漿能力太大小，會(huì)延長(zhǎng)施工時(shí)間，降低施工效率。漿料壓力，一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)普通泵的性能，隨泥漿量而減小。輸漿量過(guò)大時(shí)小，漿液壓力低，無(wú)法突破噴口周圍的土壤阻力向周圍土體注漿，對(duì)樁身質(zhì)量有影響，更在深層攪拌樁底部突出。水漿混合比是質(zhì)量的保證保證深度攪拌水泥樁，只有在這種保證下，水泥攪拌才能受到影響提高樁質(zhì)量的均勻性。因此漿料的量必須與鉆孔或提升速度，使樁長(zhǎng)內(nèi)連續(xù)均勻噴灑，以確保水泥含量均勻，噴涂壓力不宜過(guò)低。

2.2 鉆孔提升速度和攪拌軸轉(zhuǎn)速

鉆孔和提升速度直接影響水泥土攪拌均勻度和施工效率。鉆孔或吊裝會(huì)影響水泥土樁的強(qiáng)度轉(zhuǎn)速太快，攪拌軸轉(zhuǎn)速匹配不上，不能滿足要求。鉆孔速度過(guò)快，容易造成設(shè)備損壞遇到堅(jiān)硬的夾層或地下障礙物時(shí)，由于握住鉆頭而引起的。在另一方面，高提升速度會(huì)影響單樁的承載能力，因?yàn)橹锌宅F(xiàn)象是指攪拌軸留下的空間不易被攪拌器填滿，當(dāng)水泥漿和土壤混合混合物的含水量為相對(duì)較低。如果鉆孔和提升速度較低，則水泥攪拌均勻，而施工效率低，每樁收縮時(shí)間較長(zhǎng)，之前漿料已經(jīng)消耗的情況攪拌頭被提升到堆頂很可能發(fā)生。此外，施工時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)間對(duì)相鄰樁的重疊施工質(zhì)量也是不利的。

2.3 再混合次數(shù)

隨著攪拌次數(shù)的增加，攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，樁的質(zhì)量越好。水泥和土壤在同一點(diǎn)，水泥和土壤的混合越均勻。馬載宏以“二噴六混”和“二噴四混”兩種技術(shù)為基礎(chǔ)，研究了長(zhǎng)江越岸軟土對(duì)樁體質(zhì)量的影響[7]。表明水泥土強(qiáng)度較高，承載力有較大提高復(fù)合地基采用前一種技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)滲透測(cè)試方法，核心試驗(yàn)和靜載荷試驗(yàn)方法。根據(jù)水泥土生長(zhǎng)機(jī)理的強(qiáng)度，可以達(dá)到更高的強(qiáng)度前提是能保證水泥漿與土混合物的混合時(shí)間。因此它是宜將噴涂工序置于前幾道鉆孔和吊裝工序中，留下水泥漿和土壤的混合物有足夠的再混合時(shí)間。然而，太多的混合時(shí)間，會(huì)影響施工效率，適宜的再拌時(shí)間為每組20～40次水泥土點(diǎn)。

3 水泥攪拌樁施工技術(shù)

3.1 施工技術(shù)要點(diǎn)

①建設(shè)項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)設(shè)專人負(fù)責(zé)水泥柱施工，監(jiān)督水泥攪拌樁施工全過(guò)程。現(xiàn)場(chǎng)所有施工機(jī)械必須編號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人、司鉆工、技術(shù)員、水泥攪拌樁長(zhǎng)、水泥攪拌樁距離必須做標(biāo)志，懸掛醒目位置，確保所有工人按職責(zé)到位，責(zé)任到人。②機(jī)身找平通過(guò)鉆錘對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行控制，以驗(yàn)證鉆桿是否垂直。根據(jù)規(guī)范，1%為樁垂直缺失、 樁機(jī)集中、樁位誤差不大于5cm的最低控制標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)挖不能用7d后現(xiàn)澆樁開(kāi)挖，禁止使用機(jī)器開(kāi)挖。樁頭布置小心，不能使用重打孔，樁頭應(yīng)找平，必須比底樁高2～3cm。③為確保水泥漿能到達(dá)樁底，當(dāng)樁頭鉆入設(shè)計(jì)深度時(shí)，必須留出一定的保留時(shí)間（約2～3min）。如果機(jī)具沉入攪拌機(jī)時(shí)抗土性較大，應(yīng)增加攪拌機(jī)自重，啟動(dòng)水增壓系統(tǒng)加壓，或注入漿液時(shí)攪拌鉆孔。④在施工過(guò)程中，必須隨時(shí)檢查水泥含量、樁長(zhǎng)、復(fù)雜槳長(zhǎng)。工人應(yīng)檢查是否有異常情況，并記錄處理方法和措施。⑤在制樁過(guò)程中，必須保證樁在噴水泥時(shí)能吊裝，并能連續(xù)運(yùn)行。如果氣溫高，泥漿流動(dòng)性不好，噴霧空氣壓力大，單位樁長(zhǎng)噴射量大，需要疏?；疑捱M(jìn)水閥，便于批量加壓。如出現(xiàn) 碎漿，需及時(shí)提供尺寸，重疊長(zhǎng)度應(yīng)大于0.5m。⑥水泥攪拌樁施工完成后，需進(jìn)行質(zhì)量檢查。樁開(kāi)挖深度為500mm，攪拌樁均勻度為目測(cè)，測(cè)量樁直徑，檢查比例為10%。攪拌樁長(zhǎng)度的衍生值應(yīng)不大于5cm，鉆桿傾斜度應(yīng)小于1.5%。

為確保水泥攪拌樁施工質(zhì)量，要重視攪拌樁強(qiáng)度的控制。為避免出現(xiàn)攪拌樁強(qiáng)度不均勻的情況，在施工中既要保證各類機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行，也要控制鉆頭提升的速度，應(yīng)保證其處于勻速狀態(tài)。同時(shí)，要充分了解和掌握軟土地基各層的密度情況，并嚴(yán)格控制施工材料質(zhì)量及漿液濃度，從而提升水泥攪拌樁的強(qiáng)度。另外，為了避免出現(xiàn)斷樁的問(wèn)題，質(zhì)量不合格的施工材料應(yīng)嚴(yán)禁使用，且需要根據(jù)成樁試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)際情況，加強(qiáng)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的控制，為保證施工質(zhì)量，也需要定期對(duì)鉆頭進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)有磨損情況，應(yīng)及時(shí)更換鉆頭，同時(shí)在具體的操作過(guò)程中嚴(yán)格控制鉆頭鉆進(jìn)的速度和提升速度。

3.2 智能化施工技術(shù)要點(diǎn)

水泥攪拌樁智能化施工技術(shù)是根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和施工需求，持續(xù)完善設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在問(wèn)題，有效解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝中隱藏的缺陷，有力地保障了軟基處理工程質(zhì)量，大大提升工程管理水平。所有原始施工數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)記錄、不可更改，有效克服傳統(tǒng)人為管理方式缺點(diǎn)，為數(shù)據(jù)固定和可追溯創(chuàng)造有利條件，有效解決水泥攪拌樁施工中存在的偷工減料頑疾和管理漏洞。

水泥攪拌樁施工應(yīng)進(jìn)行施工全過(guò)程的信息化管理。智能監(jiān)控設(shè)備和智能監(jiān)控系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，安裝調(diào)試合格后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方能使用。通過(guò)智能監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上傳，對(duì)地基處理過(guò)程中的一些參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并上傳到云服務(wù)器進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)地基樁基處理過(guò)程信息化管控，提高地基處理樁基施工的質(zhì)量控制水平。應(yīng)用智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警和分析。智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、數(shù)據(jù)可追溯、施工質(zhì)量評(píng)價(jià)、預(yù)警等功能。在施工全過(guò)程中應(yīng)確保系統(tǒng)使用的連續(xù)性；智能監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)故障、數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)上傳或智能監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)暫停水泥攪拌樁施工。

智能化系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)應(yīng)包括攪拌深度、噴灰壓力、噴灰量、段灰量、總灰量、鉆進(jìn)/提升速度、鉆桿電流、鉆桿前后/左右傾角、成樁時(shí)間等。智能監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)打印功能；現(xiàn)場(chǎng)打印施工記錄與智能監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)一致。智能監(jiān)控設(shè)備單條實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳頻率≤5s，段數(shù)據(jù)單次上傳頻率≤0.25m。成樁設(shè)備、智能監(jiān)控設(shè)備應(yīng)當(dāng)每2個(gè)月或每施工2萬(wàn)延米進(jìn)行校準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

水泥攪拌樁施工技術(shù)是目前處理軟土地基較好的技術(shù)之一，但在實(shí)施過(guò)程中仍需要采取相應(yīng)的工藝控制措施，特別是輸漿性能、鉆孔的效率、攪拌轉(zhuǎn)軸速度和再攪拌時(shí)間等，以保證混凝土攪拌樁對(duì)軟土地基的施工效率和工程質(zhì)量。