水泥攪拌樁在洪福寺閘除險加固中的應用

張奎俊，王文欣，于升鳳

（1.山東省水利工程建設質量與安全中心，山東 濟南 250014；2.郯城縣水利局，山東 郯城 276100）

隨著水泥攪拌機械的技術研發(fā)，水泥攪拌樁的應用范圍不斷擴展，大功率多頭攪拌機可以穿透中密粉土及粉細砂、稍密中粗砂和礫砂，加固深度可達35 m，大量用于基坑截水帷幕、被動區(qū)加固、格柵狀帷幕解決液化、插芯形成新的增強體等工程。在郯城縣洪福寺攔河閘除險加固工程基礎處理中，經評審論證，采用了水泥土攪拌樁圍封抗?jié)B，兩岸抗液化、防繞滲處理工藝。

1 基本情況

洪福寺攔河閘工程位于臨沂市郯城縣洪福寺村西側沂河干流上，工程規(guī)模為大（1）型。閘基左岸266 m長堤，清基面高程40.0~40.5 m；中部583 m為42孔閘，閘底板底高程37.1 m；右岸為215 m長土堤，清基面高程40.0~40.5 m，閘基礎及閘左右岸翼墻基礎均位于中粗砂上部；左岸土堤左側53 m座于壤土中，右側213 m座于中粗砂；右岸土堤左側座于細沙上，右側座于壤土中。左右岸土堤地基部分為土基，部分為砂基，易產生不均勻沉降。為防止地震液化、減少滲漏和避免不均勻沉降，攔河閘閘室上游端及護坦末端垂直水流方向各設一道水泥攪拌樁防滲墻對基礎進行圍封防滲及抗液化；順水流方向每兩聯設一道水泥攪拌樁防滲板墻，與垂直水流方向水泥攪拌樁鏈接。水泥攪拌樁防滲板墻厚0.4 m，樁徑0.65 m，閘室上游端防滲墻深13.6 m，順水流防滲墻及護坦底板末端垂直水流向防滲墻6.3 m，深入黏土夾姜石層2.0 m；為解決連接堤與沂河大堤兩側繞滲問題，在連接堤上游及沿沂河大堤兩岸臨水側200 m堤腳各設置水泥攪拌樁防滲板墻，墻底深入黏土，樁長17.5~23 m左右。

2 水泥攪拌樁施工工藝

2.1 施工工藝流程

根據設備性能采用“兩攪兩噴”施工工藝。具體流程如下：

場地回填平整→施工放樣→開挖溝槽，清除地面、地下障礙物→設置導向定位樁→樁機就位、校正、復核樁機水平和垂直度→制水泥漿液、開啟空壓機，送漿至樁機鉆頭→鉆頭噴漿、噴氣并切割土體下沉至設計樁底標高→鉆頭噴漿、噴氣并提升至設計樁頂標高→施工結束，轉下一道工序。

2.2 樁機選用

洪福寺閘地基均為中粗砂基，局部夾層存在零星鵝卵石、礫石。施工方案確定前，通過單軸樁機試驗，鉆頭到達礫石、鵝卵石夾層時受阻，造成出現樁機抖動，無法鉆進現象。為確保施工質量及安全，經過論證，本工程采用三軸攪拌樁機實施。主要機具詳見表1、表2。

ZKD系列多軸鉆孔機是使用SMW工法加固軟土地基的施工設備，適合在防滲連續(xù)墻施工以及在江河堤壩、水利工程施工中進行防滲及軟土地基加固等。對某些復雜地層有很強的通過能力。攪拌軸配置多對螺旋葉片，有效攪拌軟土和固化劑，使槽孔上下均勻、密度一致，提高墻體強度和防滲能力，配置合理底盤可以方便地在多彎道，小半徑堤壩和軟弱地基環(huán)境施工作業(yè)。施工過程具有功率大、扭矩大、移動靈活、施工效率高，相對于單軸或雙軸攪拌樁機適用土質廣泛，成墻質量高，速度快等優(yōu)點。

表1 三軸攪拌樁機及配套設備表

表2 設備主要性能參數

2.3 施工參數及順序確定

現場試樁確定施工參數：攪拌下沉速度為0.8～1.0 m/min，提升速度為 1.0～1.6 m/min，攪拌頭回轉數50 r/min，水泥摻入量13%，水灰比1.5。為保證樁體的質量，施工時，先加固區(qū)外側兩副三軸攪拌樁，再套打中間一副的方式進行施工，攪拌樁樁與樁之間搭接200 mm，以保證墻體的連續(xù)性和接頭的施工質量。

2.4 主要施工方法

1）平整場地。清除施工場地上的障礙物及雜物，整平場地，使施工工作面高程高于設計樁頂高程0.3~0.5 m。

2）測量放線及開挖導向溝。根據施工圖要求，用全站儀測放水泥攪拌樁防滲墻頂軸線，用水準儀測放樁頂標高，用鋼尺確定樁距，標出樁位。利用挖機按軸線方向開挖導向溝（深1.0～1.5 m，底寬0.85 m），防止攪拌機施工時涌土、漿液冒出地面。

3）樁機就位。開鉆之前，檢查輸送水泥漿的導管是否漏漿或堵塞；水泥制漿罐和壓力泵是否能正常工作；發(fā)電機或外接電源是否和樁機電路接通。樁機就位允許偏差為20 mm，然后調整樁機機身的豎直度，立柱導向架垂直度≤1/250。主機就位時，調整機身四個液壓裝置支撐腳，當鉆桿上的懸錘線指向中心刻度并緊靠中心度盤時，機身縱橫向都豎直；鉆頭對準樁位，鉆進時要經常檢查垂直度，同時在鉆桿上做好標志，隨時掌握鉆入深度、復攪深度，并與鉆機電腦記錄儀顯示深度相印證，確保樁長符合設計要求。

4）水泥漿制備。根據加固土的性質、樁承載力、防滲要求，選用P.O32.5級水泥，按照設計，經過試驗，確定水泥漿配合比（設計水泥摻入比12%～15%，水泥用量 50～55 kg/m3，水灰比 0.45～0.55，比重1.7～1.8），確保其具有較好的流動性、和易性。制漿時，先加水，后投水泥，攪拌均勻，每次攪拌時間≥4 min，用比重計檢測泥漿比重，確保泥漿質量。

5）鉆機攪土。施工中，攪拌機頭的直徑不應小于攪拌樁的設計直徑，機頭磨損量≤10 mm。根據試樁確定的參數及實際情況，設定攪拌下沉與攪拌提升的速度，每根樁均要進行復攪復噴，使受到攪動的土塊被充分粉碎，土體和水泥漿能充分拌和均勻。根據試樁確定的參數，控制攪拌下沉速度及提升速度，下沉將到硬層時提前噴漿并間歇一定時間，再提升鉆具，確保底部有足夠的漿量；噴漿攪拌提升至整平高程0.25 m處停噴，確保加固深度范圍內土體的任何一點均能經過20次以上的攪拌。

6）水泥漿的壓注。施工中，應嚴格控制水泥用量，配置計量裝置，用流量泵調整輸漿泵流量及噴漿時間與下沉提升速度相匹配，保證樁中水泥摻量的均勻性，本工程控制注漿工作壓力≥2.5 MPa。攪拌鉆頭提升至樁頂，進行重復攪拌，鉆頭邊旋轉、邊鉆進、邊噴漿至設計要求復拌的深度后，再反向邊旋轉、邊噴漿、邊提升。攪拌采用少量多次噴漿的方法，保證不少于3次攪拌噴漿，同時確保2次復拌。重復攪拌噴漿提升，直至離整平高程0.25 m處停噴，然后回填砂土并壓實。

2.5 質量檢驗

1）檢驗方法。水泥攪拌樁成樁3 d可采用輕型動力觸探（N10）檢查每米樁身的均勻性，檢測數量為施工總樁數的1%，切不少于3根。當樁身1 d齡期的擊數N10大于15擊，或者7 d齡期的擊數N10大于30擊時，觸探的深度一般不超過4 m，樁身強度已能滿足設計要求樁。成樁28 d后，用鉆 B孔取芯的方法檢查其完整性、均勻性及樁長，芯樣送實驗室做無側限抗壓實驗，以測定樁身強度，鉆孔取芯頻率為1%～15%，對取芯孔用同等強度的水泥砂漿回灌密實。

2）檢驗結果。施工單位委托具有甲級檢測資質單位進行自檢，洪福寺閘水泥攪拌樁成樁后，3 d齡期N10擊數為21~27，承載力σ：145.0~192.1 kPa，樁身均勻性良好；成樁28 d滲透實驗，檢測平均滲透系數為 3.0×10-6cm/s≤1×10-5cm/s（設計值），滿足設計防滲規(guī)定；28 d齡期芯樣抗壓強度實驗，平均抗壓強度為2.2 MPa，滿足規(guī)范要求；成樁28 d后，采用超高密度電法進行探測水泥攪拌樁完整性，實驗電阻率圖結論顯示：墻體無明顯缺陷，墻體基本連續(xù)、完整，符合設計要求。

3 結語

水泥攪拌樁具有投資少、抗?jié)B效果好、地基加固效果明顯等優(yōu)點，該工法施工簡便，施工過程易控制，進度快，適用范圍廣、防滲面積大，特別適合于地下水不發(fā)育的軟弱地基加固。洪福寺攔河閘除險加固工程中，采用水泥攪拌樁處理基礎工藝，解決了砂基防滲、繞滲及基礎不均勻沉降等關鍵問題，成效顯著，值得大面積推廣采用。