長江流域單軸水泥攪拌樁綠色施工技術研究

熊宿文 張跟柱 許鵬

中國建筑第五工程局有限公司 湖南 長沙 410006

1 工程概況

某汽車廠房項目位于安慶市經(jīng)開區(qū)，與長江相距約1500m，項目總建筑面積約21.3萬m2，項目場區(qū)道路、停車場、試車跑道及各棟單體地基加固均采用水泥攪拌樁進行加固，樁間距離為1500mm，水泥攪拌樁樁徑為500mm，設計要求樁頂超灌500mm，水泥攪拌樁約120萬米，工程量巨大[1]。

2 工程地質、水文條件

2.1 工程地質條件

根據(jù)野外鉆探及原位測試成果，場區(qū)表層分布有填土，其下為第四系全新統(tǒng)長江沖（淤）積形成的粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉細砂及粉質黏土等?，F(xiàn)將本場地勘探深度內的地基土層自上而下分述如下：①雜填土（Q4ml），層厚0.20～6.50m；②粉質黏土（Q4al＋pl），層厚0.5～5.90m；③淤泥質粉質黏土（Q4al），層厚0.60～13.10m；④粉細砂（Q4al），層厚0.70～6.70m；⑤粉質黏土（Q4al+pl），層厚0.60～6.40m；⑥粉細砂（Q4al），層厚5.20～26.60m。

2.2 工程水文條件

擬建場地地下水類型為潛水。場地地基土中的①雜填土、（1-1）素填土、②粉質黏土、③淤泥質粉質黏土、④粉細砂、（4-1）淤泥質粉質黏土、⑤粉細砂、（5-1）粉質黏土、（5-2）粉細砂、⑥粉細砂層均為含水層。地下水主要接收大氣降水、臨近河流補給及長江水體滲透補給，地下水排泄方式以自然蒸發(fā)及地下徑流為主，近幾年水位變化幅度在1.0m左右，場地抗浮設防水位建議取建成后的場地室外地面標高[2]。

3 施工準備

3.1 技術準備

依據(jù)設計圖紙，編制施工方案，做好現(xiàn)場平面布置，安排施工進度，布置水泥漿制備的灰漿池。施工前應標定攪拌機械的灰漿輸送量、灰漿輸送管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設備提升速度等施工工藝參數(shù)。

3.2 成樁試驗

水泥攪拌樁施工前必須進行成樁試驗，成樁試驗應達到下列要求并取得以下技術參數(shù)：①滿足設計水泥用量的各種技術參數(shù)，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間噴入量等。②檢驗地基承載力能否達到設計要求。③檢驗加固劑分布的均勻性和有效加固長度能否符合設計要求。d.掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術措施。④根據(jù)地層、地質情況確定復噴范圍，成樁工藝性試驗樁數(shù)各施工段落不少于5根。

3.3 機具準備

機械和設備如下：深層攪拌機、灰漿拌制機、集料斗、灰漿泵、控制柜、自動記錄噴漿量設備及其他輔助設備等。

3.4 材料準備

3.4.1 水泥：采用標號為42.5普通硅酸鹽水泥，嚴禁使用過期、受潮、結塊、變質的劣質水泥。

3.4.2 外加劑：根據(jù)工程需要，選擇具有早強、緩凝、減水、節(jié)約水泥用量等性能的外摻劑，純凈的生石膏粉作為選用的外摻劑，摻入量宜為水泥用量的2%～3%，要求生石膏粉通過0.075mm方孔篩的量大于85%。

3.5 作業(yè)條件準備

3.5.1 場地準備：在路基外側開挖臨時排水邊溝，保證施工期間的排水。臨時排水邊溝不能和農田排灌溝渠共用，在施工期間不能長期積水。根據(jù)設計文件和施工組織計劃的要求，確定合理可行的施工順序[3]。

3.5.2 清理現(xiàn)場地下、地面及空中障礙物，以利施工安全。

4 施工操作工藝

4.1 工藝流程深層水泥攪拌樁工藝流程、深層攪拌機配套機械設備及布置見下圖：

圖1 水泥攪拌樁施工工藝流程圖

4.2 操作方法

4.2.1 漿液配制與輸送。攪拌的漿液以標號為32.5普通硅酸鹽水泥為主配制，水泥設計用量為50kg/m。配制與輸送：攪拌灰漿時，應先加水，根據(jù)施工配合比順序投料，用砂漿攪拌機將水泥漿充分拌勻，每次灰漿攪拌時間不得少于4min。水泥漿從灰漿拌和機倒入集料斗時，必須過濾篩，把水泥硬塊剔出。水泥漿由擠壓式灰漿泵壓入膠管送到深層攪拌機的鉆桿內，最后射入攪拌葉的出漿口。

4.2.2 深層攪拌施工。水泥攪拌樁采用“兩噴四攪”法施工:濕噴樁機第一次下鉆時噴出總漿量的20%～40%，第一次提鉆時噴出設計的剩余漿量，即兩噴;全過程四次攪拌，即四攪。

4.2.2.1 測量放樣：按設計樁位進行放樣編號，以便順序施工。機械安裝、調試、待轉速、空壓正常后，開始就位；鉆機就位后用塔架將攪拌機吊至設計指定樁位，攪拌機的鉆桿須垂直并對準樁位。

4.2.2.2 帶漿下鉆：在確認漿液從攪拌葉的出漿口噴出后，方可啟動攪拌機，攪拌機鉆頭下沉至設計深度后，停留攪拌噴漿約1～2min，攪拌頭自樁底反轉，繼續(xù)噴漿，鉆頭提升至地面以下0.25m。

4.2.2.3 復攪：第二次鉆進不噴漿，重新復拌下沉至樁底后，以同樣的方式反轉鉆頭提升至地面以下0.25m，此樁完成作業(yè)，然后移機到下一樁位施工。

4.2.2.4 下鉆和提鉆速度：濕噴樁機下鉆和提鉆速度是控制噴漿量的關鍵因素，由試樁確定，一般鉆進速度≦0.8m/min。鉆頭到達樁底后攪拌噴漿1～2min，間歇后提鉆，確保底部有足夠的灰量，提鉆速度≦0.8m/min。

4.2.2.5 濕噴樁機鉆桿下沉或提升的時間應有專人記錄，時間誤差不得大于5s。

4.3 施工控制及注意事項

①鉆機必須配置噴入計量裝置，并定期標定 ，嚴禁無噴入計量裝置的鉆機投入使用，并記錄瞬時噴漿量和累計噴漿量。漿液罐容量應不小于一根樁的用灰量加50kg，當上述質量不足時，不得開始下一根樁的施工。②嚴格控制噴漿高程，中間不得中斷噴漿，確保樁體長度；嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業(yè)。③施工中若發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，由監(jiān)理選擇在該樁位附近位置進行補樁。④樁體施工時，應采用中～低速擋鉆機和提升，切勿采用高速擋快速鉆進和提升。⑤壓漿階段不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，輸漿管不能發(fā)生堵塞。⑥嚴格按設計確定數(shù)據(jù)，控制噴漿、攪拌和提升速度。⑦控制重復攪拌時的下沉和提升速度，以保證加固范圍每一深度內，得到充分攪拌。⑧在成樁過程中，凡是由于電壓過低或其他原因造成停機，使成樁工藝中斷的，為防止斷樁，在攪拌機重新啟動后，將深層攪拌葉下沉0.5m后再繼續(xù)成樁。⑨相鄰兩樁施工間隔時間不得超過12h（樁狀）。⑩施工前應確定灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設備提升速度等施工參數(shù)，并根據(jù)設計要求通過工藝性成樁試驗確定施工工藝。?所使用的水泥都應過篩，制備好的漿液不得離析，泵送必須連續(xù)。拌制水泥漿液的罐數(shù)、水泥和外摻劑用量以及泵送漿液的時間等應有專人記錄；噴漿量及攪拌深度必須采用經(jīng)國家計量部門認證的監(jiān)測儀器進行自動記錄。?攪拌機提升的速度和次數(shù)必須符合施工工藝的要求，并應有專人記錄。?當水泥漿液到達出漿口后應噴漿攪拌30s，在水泥漿與樁端土充分攪拌后，再開始提升攪拌頭。

4.4 施工中常遇見的問題及控制方法

4.4.1 水泥土的攪拌不均勻：深層攪拌樁，樁身水泥土的強度及質量好壞，取決于攪拌水泥土的均勻程度，所以施工攪拌樁前，首先分析場地、地質條件。粉質黏土、黏土的內聚力相對較大，黏性較強，按常規(guī)施工，攪拌水泥土的均勻性較差，有水泥、布性土的分離現(xiàn)象，鉆頭上易產生土球，應采取增加鉆頭葉片或鉆頭加長和上下葉片距離加大的處理措施。

4.4.2 土質不均勻及障礙樁的處理：當施工區(qū)域有建筑垃圾、老宅地基、河道等情況時，根據(jù)地基報告，劃分區(qū)域，一般采用的處理方法是較淺時，利用人工清除，素土回填；較深時，通過設計單位同意，對鄰樁加強或在周邊補樁。

4.4.3 漏漿：漏漿的產生，如在原施工區(qū)域內，堆積大量的建筑垃圾，在建筑垃圾中黏性士的含量很少，因地下潛水層滲流影響，使噴漿液流失滲漏，成樁效果很差，采用措施是：在較淺部，可采取一定范圍內換土回填；較深部，經(jīng)設計單位同意一般采用重復上下攪拌，使水泥漿液滲透到周邊的土層中，同時增加水泥漿液的濃度，或者可采用化學加固法等綜合施工方法，降低水泥漿的滲透性，達到加固效果。

4.4.4 地基土含水率低：地基土含水率低，士性干燥，深層攪拌樁樁體強度低，有時形成豆腐渣狀水泥土結構。處理方法是增加一定量的噴漿或增加一定量的噴水攪拌；提高地基土層的含水率，在土層的含水率處在最佳狀態(tài)下成樁，成樁效果較好。

5 質量控制措施

①正式施工前應檢查各種計量設備的完好程度。②樁體定位完畢，應及時請現(xiàn)場監(jiān)理工程師檢驗，合格后才可進行攪拌施工。③所使用的水泥必須過篩，水泥漿液應嚴格按預定的配比拌制，制備好的漿液不得離析。泵送必須連續(xù)，拌制漿液的罐數(shù)、水泥與外摻劑的用量以及泵送漿液的時間等應有專人記錄。噴漿量及攪拌深度必須采用經(jīng)國家計量部門認證的監(jiān)測儀器進行自動記錄。④攪拌機噴漿提升的速度和攪拌次數(shù)必須符合施工工藝的要求，應有專人記錄攪拌機每米下沉或提升的時間，深度記錄誤差不得大于50mm，時間記錄誤差不得大于1min，并詳細記錄每根工程樁的位置、編號。⑤攪拌樁成樁時應施工到整平高程，待開挖基坑時，再將上部0.3～0.5m的樁身質量較差的樁段挖去。⑥當漿液到達出漿口后，應噴漿座底30s，使?jié){液完全到達樁端。⑦攪拌機預攪下沉時不宜沖水，當遇到硬土層下沉太慢時，方可適量沖水，同時應考慮沖水對樁身強度的影響。

6 安全保證措施

①深層攪拌機冷卻循環(huán)水在整個施工過程中不能中斷，應經(jīng)常檢查進水和回水溫度，回水溫度不應過高。②深層攪拌機的人土切削和提升攪拌，負載荷太大及電機工作電流超過額定值時，應減慢提升速度或補給清水，一旦發(fā)生卡鉆或停鉆現(xiàn)象，應切斷電源，將攪拌機強制提起之后，才能重啟動電機。③深層攪拌機電網(wǎng)電壓低于380V應暫停施工，以保護電機。④深層攪拌機械及起重設備，在地面土質松軟環(huán)境下施工時，場地要鋪填石塊、碎石，平整壓實，根據(jù)土層情況，鋪墊枕木、鋼板或特制路軌箱。⑤施工機械電氣設備儀表儀器及機具等在確認完好后方準使用，并由專人負責使用。

7 結束語

通過長江流域單軸水泥攪拌樁施工技術研究，形成了一套完整的施工工藝流程，對過程中的質量控制措施進行了明確，可大大提高水泥攪拌樁成樁合格率，保證了成樁施工質量，也為類似項目水泥攪拌樁施工提供寶貴經(jīng)驗。