水泥攪拌樁工藝與造價關系分析

吳清吟

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 引言

水泥土攪拌樁是用于加固軟弱地基的一種方法，它利用水泥作為固化劑，通過回轉攪拌機械，使軟弱土體和固化劑強制攪拌混合，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，使軟土固結成具有較好的整體性、穩(wěn)定性，形成一定強度的地基［1］。在華南地區(qū)水工項目的軟基處理、基礎加固、基坑支護中普遍應用［2］。按施工方法可分為單軸攪拌樁、同心雙軸雙向攪拌樁、三軸攪拌樁，不同的成樁方法有各自特點及適用條件，本文分別從施工工藝、成樁質量、費用上進行綜合分析，對適用條件進行小結，可為類似項目提供參考。

1 概況

1.1 攪拌樁工藝概況

目前陸上攪拌樁主要有單軸攪拌樁、同心雙軸雙向攪拌樁、三軸攪拌樁，工藝概況如下：

單軸攪拌樁：采用單根空心鉆桿，設置2～3 組旋轉葉片，噴漿口設置在最底葉片下，通過鉆桿下鉆或提升過程中對土體的切削攪拌，達到水泥漿與土體均勻攪拌的方法。

同心雙軸雙向攪拌樁：采用雙向、雙軸、多層葉片同時攪拌，在內鉆桿設置正向旋轉葉片并設置噴漿口，在外鉆桿安裝反向旋轉葉片，通過正反向旋轉葉片同時攪拌，并利用外鉆桿葉片反向旋轉過程中的壓漿作用阻斷水泥漿上冒途徑，把水泥漿控制在兩組葉片之間，保證樁體水泥漿分布均勻和攪拌均勻，葉片具體形狀如圖1所示。因此克服了常規(guī)攪拌樁施工時攪拌不均勻、漿液上冒的缺陷，樁身強度有較大提高。

圖1 同心雙軸雙向葉片及樁機葉片實物Fig.1 Concentric Biaxial Bidirectional Blade and Pile Driver Blade in Kind

三軸攪拌樁［3］：利用專門的多軸攪拌就地鉆進切削土體，同時在鉆頭端部將水泥漿液注入土體，經充分攪拌混合后，在水泥土混合體未固化前將H型鋼或其他型鋼插入攪拌樁體內，形成具有一定強度和剛度的、連續(xù)完整的地下連續(xù)墻體，該墻體可作為基坑支護結構或止水帷幕。

由于三軸攪拌樁采用螺旋鉆，有效的攪拌區(qū)間更長，3 根鉆桿可同時正、反轉，每個質點的土體經過4 遍攪拌，即正循環(huán)鉆進、反循環(huán)提鉆并噴漿攪拌，再往復一次，再輔以下鉆時輸送高壓氣體松動土體，使土體的攪拌方式更類似于強制式攪拌機的攪拌，大大提高了攪拌土體的均勻性。

1.2 攪拌樁施工組織方式

攪拌樁分包施工組織一般采用“甲供水泥+乙供勞務及設備”，單價包干形式，其中甲供水泥包括水泥、減水劑或其他固化劑，乙供勞務及設備包括施工作業(yè)人員、攪拌樁機（含動力頭）、施工用電、設備維修費、專利費等。施工中按試樁取得的參數控制成樁速度、水泥用量等［4］。因施工工藝簡單且成熟，場平后周邊條件影響較小，水泥等主材市場供應也較充足，只要現場組織、監(jiān)管到位，施工功效及施工質量較可把控［5］。因此，合同一般都能有效執(zhí)行。

2 攪拌樁施工工藝與費用關系

2.1 攪拌樁工藝比較

攪拌樁在珠三角地區(qū)的軟弱土層地基處理中普遍采用，現選取南沙明珠灣區(qū)域、不同工藝的使用情況進行比較分析，具體設計及施工參數如表1所示。

表1 攪拌樁設計參數Tab.1 Design Parameters of Mixing Pile

從設計參數來看，單軸攪拌樁的設計強度只有0.6 MPa，攪拌樁用于新舊結構過渡區(qū)的軟基處理。在同比例水泥摻量條件下，同心雙軸雙向攪拌樁的設計強度提高到0.8 MPa，說明同心雙軸雙向攪拌樁能使土體得到更充分、更均勻的攪拌，提高樁體質量［6］。

三軸攪拌樁的樁徑為800 mm，水泥摻量20%，設計強度為1 MPa，從3種工藝的設計參數來看，增加水泥摻量使樁體強度相應提高。其實是三軸攪拌樁主要因其成樁攪拌方式較復雜，能使土體得到更充分攪拌，從而提高樁身強度。

2.2 攪拌樁成樁費用分析

根據2016～2018 年期間南沙明珠灣區(qū)域攪拌樁施工的勞務分包價格，按“甲供水泥+乙供勞務及設備”，現場使用市電，具體參數如表2所示。

表2 攪拌樁施工單價Tab.2 Unit Price List for Mixing Pile Construction

從價格上分析，單軸攪拌樁與同心雙軸攪拌樁價格接近，主要是因其使用的攪拌樁機、生產功效類似；雖然同為攪拌樁，但從單價上分析，三軸攪拌樁明顯比單軸、雙軸攪拌樁更貴，主要因三軸攪拌樁的設備較大型、攪拌成樁工藝相對復雜、摻入水泥量也更多，但成樁質量及保證率也更高。

在都是采用散裝水泥、砂漿攪拌機集中攪拌供漿，并配備水泥下料電腦控制后臺、深度儀、測斜儀、流量計等，采用信息化管理的情況下［7］，各類攪拌樁每延米的勞務分包單價如表3所示。

表3 攪拌樁施工單價分析Tab.3 Analysis of Unit Price of Mixing Pile Construction

從價格分析，單軸攪拌樁與雙軸攪拌樁主要區(qū)別在人工費、電費、設備費、施工耗材輔助費及雙軸專利費等，分別分析如下：

⑴ 人工費：單軸攪拌樁機與雙軸攪拌樁機人員配置基本相同，均為3 人/班/臺安排，其中操作手1名，后臺放料、拌漿及巡查共2名，另外現場管理人員1～2 名。三軸攪拌樁機設備較大，一般為5 人/班/臺安排，其中操作手2名，后臺放料、拌漿2名，開空壓機及管線巡查1名，另外現場管理人員1～2名。

從現場人員配置可見，單軸攪拌樁與雙軸攪拌樁人員配置基本相同，人工費比較接近。但因雙軸攪拌樁的成樁質量更好，對工人的技能也有更多細節(jié)要求，從工程價值角度來講，其略高的人工費也是合理。單軸、雙軸攪拌樁機與三軸攪拌樁機的人員配置相比，三軸攪拌樁機需5名工人，且至少需保持有1名管理人員值班，主要三軸攪拌樁機設備較復雜，涉及主機定位、鉆進速度控制、壓力控制、泵漿管線及氣壓管線檢查等，需很專業(yè)的技術工人及管理人員相互配合，所以綜合的人工費用較高。

⑵ 電費：電費組成按使用市電考慮。雙軸攪拌樁機的功率較大，2個45 kW電機組成1個動力頭，共90 kW。而單軸攪拌樁機動力頭約45～55 kW/臺（視土層而定）；其后臺配置基本相同，拌漿機、壓力泵合計約60 kW。在相同鉆進速度情況下，因雙軸攪拌樁機的葉片為8片、單軸為4片，雙軸攪拌樁機葉片多一倍，每個質點土體的攪拌次數也多一倍，功率大用電量也大些。

三軸攪拌樁機的總功率約400 kW，其中主機約300 kW，后臺拌漿機、空壓機等約100 kW，三軸攪拌樁機一般采用兩噴兩攪工藝，如鉆進、提升平均按1 m/min計算，1小時可攪拌成樁約30 m，設備總功率為400 kW，每小時耗電量約250 kW，電費約10.5元/m。

⑶ 設備費：設備費包括設備自身的采購費及維修費，設備采購費用按施打的樁長來攤銷，維修費按一定的比例計算。

單軸攪拌樁機與雙軸攪拌樁機的基本相同，主要區(qū)別在動力頭及鉆桿。以滾軸移動式樁機為例，單軸攪拌樁機約18 萬/臺，雙軸攪拌樁機約22 萬/臺；其中雙軸攪拌樁機的動力頭約2.5～3.0 萬，雙軸比單軸多1條鉆桿，鉆桿約1萬元/根。

單軸攪拌樁設備費為1.8 元/m，需施打10 萬m 才攤銷完，根據現場四攪四噴工藝，施打工效約4 000 m/（臺·月），則需25 個月才完成攤銷；雙軸攪拌樁設備費為2.8元/m，工效與單軸相同，需20個月完成攤銷。

三軸攪拌樁機設備較大型，設備自重約200 t，采購單價約250萬元/臺，組裝約7～10 d?？梢?，從設備的采購費上比較，已決定三軸攪拌樁的價值，比普通的單軸、雙軸攪拌樁更高。三軸攪拌樁的設備費為17.5元/m，一般采用兩攪兩噴工藝，施工場地條件較好情況下，施打工效約6 000 m/（臺·月），需24個月完成攤銷。

從設備的攤銷費用、攤銷周期分析，基本需約2年，3種設備的設備費用基本符合市場行情。

⑷ 施工耗材及輔助工序等費用：施工耗材費主要為支墊枕木、潤滑油脂及泵漿管線等，輔助工序主要包括開挖置換土、場內調遷等輔助措施。

單軸、雙軸攪拌樁機設備相對輕巧，其所用施工耗材較少，如步履式樁機，不需要枕木；滾軸移動式樁機，支墊枕木可重復利用、損耗低。當雙軸攪拌樁呈格柵狀布置時（或置換率大于30%時），施工前需開挖溝槽或降低地面標高，成樁后還需清除置換土，所以需要反鏟開挖、自卸車清運置換土的費用。

三軸攪拌樁機的施工消耗較多，包括枕木、支墊鋼箱或鋼板、潤滑油脂、開挖溝槽、開挖置換土等耗材或輔助措施；三軸攪拌樁機重達200 t，對場地平整要求也較高［8］，需認真核算場地回填、平整費用；因三軸樁的水泥摻量也較大，且攪拌得更充分，所以置換土也更多些，在淤泥質粘土層置換土能達20%。施工耗材及輔助措施方面，攤入每m成樁費用約3～5元不等。

⑸ 雙軸專利費：同心雙軸雙向攪拌工藝由南京某公司取得專利權，使用南京某公司授權單位的動力頭時，其設備性能穩(wěn)定，施工過程中也能得到專業(yè)技術人員的支持。為確保本項目攪拌樁施工質量，采用了該公司的動力頭，其價值通過收取專利費體現，市場價為2.0～2.5元/m。

3 價值工程角度分析

攪拌樁成樁質量主要通過抽芯，分別做無側限抗壓強度及完整性分析，芯樣強度要滿足設計要求，完整性要大于85%［9］。根據現場抽芯質量及類似工程調查結果來看，施工質量及價值情況如表4所示。

由表4 可見，同心雙軸雙向攪拌樁在單價提高約50%的情況下，芯樣強度、完整性上比起單軸攪拌樁得到明顯提高［10］，且施工質量穩(wěn)定可靠，性價比較高；從價值工程角度分析，同心雙軸雙向攪拌樁屬于價格適當提高，產品性價比大大提高的選項。三軸攪拌樁單價翻4 倍，完整性及質量穩(wěn)定性上與雙軸雙向攪拌樁相當，芯樣強度比較高，性價比并沒競爭力，但基坑支護或止水帷幕對樁基的咬合、完整性方面要求較高，一般的單軸攪拌樁機與同心雙軸雙向攪拌樁機因設備性能因素，處理深度大于20 m 的樁基時，存在較大困難，一般會選用三軸攪拌樁。

表4 攪拌樁價值分析Tab.4 Value Analysis of Mixing Pile

從價值工程分析角度，同心雙軸雙向攪拌樁有明顯競爭優(yōu)勢。工程應用實例上，在深度20 m以內進行地基處理施工時，同心雙軸雙向攪拌樁在軟基處理、地基加固方面，具有應用優(yōu)勢。

4 結語

可見，從施工費用、施工質量及價值工程角度進行詳細比較分析，采用雙軸雙向攪拌樁進行地基處理時，具有明顯的優(yōu)勢。費用分析可以作為施工企業(yè)投標報價的參數，也可為承包商選擇專業(yè)分包時的參考。