市政道路軟土地基施工中水泥攪拌樁的應(yīng)用

龍 健

(中交四航局第三工程有限公司，廣東 佛山 528322)

0 前 言

水泥攪拌樁是軟土地基加固中的常見方法，以水泥、石灰等為原材料，按特定的比例摻入后，做充分的攪拌，與現(xiàn)場的軟土均勻混合，在此期間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，聯(lián)合構(gòu)成完整的、穩(wěn)定的地基，有利于道路建設(shè)工作的高效開展。水泥攪拌樁技術(shù)的適用范圍廣，滲透系數(shù)較小。施工現(xiàn)場的軟土在水泥、石灰等固化劑的作用下得到加強(qiáng)，穩(wěn)定性大幅提升。加固期間的擾動(dòng)作用較小，周邊土體不存在異常狀況。施工無明顯環(huán)境污染問題，振動(dòng)、噪聲得到有效控制。相比地下連續(xù)墻等常規(guī)方法，效率高且成本低。

1 工程概況

德富路呈南北走向，道路全長1 598.339 m，寬度40 m，雙向6車道，設(shè)計(jì)速度50 km/h，按城市主干路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。沿線存在軟土地基，為給市政道路施工創(chuàng)設(shè)良好的條件，并保證道路整體質(zhì)量，采用水泥攪拌樁加固技術(shù)，具體視實(shí)際情況對施工方法做合理調(diào)整，其中橋涵基礎(chǔ)軟土地基以CFG(Cement Fly-ash Gravel，水泥粉煤灰碎石)樁加以處理，部分區(qū)域的空間受限，針對此類區(qū)域，用高壓旋噴樁加固。

2 水泥攪拌樁施工方案

現(xiàn)場軟土地基分布范圍廣，包含淤泥和淤泥質(zhì)土等，此類土層含水量較高、強(qiáng)度不足，若直接進(jìn)行道路施工，易影響道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，隨著使用時(shí)間的延長，在車輛荷載等外部因素的作用下，易發(fā)生不均勻沉降。為此，采用水泥攪拌樁加固的方法，以改善軟土地基的力學(xué)性能。選擇0.5 m的樁體直徑，按1.5 m的樁距有序布設(shè)。

水泥攪拌樁施工中，按15%的比例摻入P·O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5～0.6，用噴漿法施工成型。樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R28≥1 MPa，經(jīng)過處理后，固化劑和現(xiàn)場軟土共同構(gòu)成復(fù)合地基，要求其承載力標(biāo)準(zhǔn)值≤100 kPa。樁頂高程在現(xiàn)狀路面以下0.3 m。為有效提升加固效果，挖除0.3 m原土至樁頂標(biāo)高，于該處施作相同厚度的級配碎石墊層，并聯(lián)合應(yīng)用土工格柵。

對于雨污管槽部的軟土地基加固，設(shè)高于管槽基礎(chǔ)底面0.5 m的保護(hù)樁頭，超出部分以空攪的方式加以處理，28 d后檢查該部位的施工質(zhì)量，若無誤則組織基坑開挖作業(yè)，并將設(shè)置在上方的0.5 m樁頭敲除，施作合適尺寸的管槽。

3 水泥攪拌樁施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

1)用推土機(jī)或其他的機(jī)械設(shè)備整平現(xiàn)場，清理殘留在施工現(xiàn)場的雜物。

2)恢復(fù)線路中線樁，根據(jù)設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確測放樁位，并有序?qū)⑺疁?zhǔn)點(diǎn)布置到位，設(shè)樁位標(biāo)識。

3)在現(xiàn)場設(shè)置臨時(shí)排水設(shè)施，減小水對施工的干擾。

4)配套攪拌機(jī)、壓漿機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備，檢驗(yàn)其運(yùn)行性能，確保無誤。

5)開挖集漿坑，向其中放置1.5 m3的集漿桶。

6)準(zhǔn)備適量質(zhì)量達(dá)標(biāo)的材料，例如水泥、外加劑，配套電子自動(dòng)計(jì)量裝置，用于控制材料的用量。

3.2 樁位布置

水泥攪拌樁樁位布置如圖1所示。

圖1 水泥攪拌樁布置

3.3 鉆機(jī)就位

借助鉆機(jī)塔身的垂直標(biāo)桿，詳細(xì)檢查塔身導(dǎo)桿，根據(jù)實(shí)測結(jié)果安排校正，直至鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心為止，必須確保垂直度偏差≤1%。根據(jù)標(biāo)高控制要求，在樁旁的機(jī)架側(cè)面刷涂紅油漆，形成水平標(biāo)高標(biāo)志，以便有效控制鉆孔深度；在鉆桿上綁扎深度標(biāo)志，隨著鉆進(jìn)量的增加，待該標(biāo)志與水平標(biāo)志齊平時(shí)，則表明已經(jīng)鉆進(jìn)到位。

3.4 制備水泥漿

以試驗(yàn)取得的水灰比為準(zhǔn)，精準(zhǔn)稱量原材料，拌制水泥漿，過篩后轉(zhuǎn)至集料桶內(nèi)，以便用于水泥攪拌樁施工中。漿液不可離析，否則視為廢料進(jìn)行處理。由專員記錄現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，包含水泥漿液的灌入數(shù)量、泵送漿液時(shí)間等。合理協(xié)調(diào)施工要素，保證供漿的連續(xù)性。

3.5 噴漿攪拌下沉

攪拌機(jī)緩慢放松起吊鋼絲繩，鉆桿沿導(dǎo)向架緩慢下沉，在此期間做適當(dāng)?shù)那型撂幚恚鶕?jù)電機(jī)電流監(jiān)測表的顯示結(jié)果靈活調(diào)控下沉速度。鉆頭入土后，啟動(dòng)泥漿泵，鉆進(jìn)和噴漿同步進(jìn)行，期間視實(shí)際情況靈活控制自動(dòng)流量計(jì)，保證噴漿量的合理性。鉆進(jìn)阻力偏大時(shí)，適當(dāng)加大攪拌機(jī)壓重，以便更好地下沉，必要時(shí)聯(lián)合應(yīng)用加壓裝置。噴漿下沉期間，加強(qiáng)對下沉速度和噴漿壓力的檢測與控制，要求噴漿壓力≤0.4 MPa，下沉速度≤0.8 m/min。

3.6 噴攪提升

深層單軸攪拌機(jī)下沉到位后，用灰漿泵將制備好的水泥漿壓入地基，在此過程中同步噴漿和旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)要求適當(dāng)提升。經(jīng)一段時(shí)間后，攪拌機(jī)提升至地面以下1 m的位置，此時(shí)需要在前述基礎(chǔ)上放慢提升和旋轉(zhuǎn)的速度；即將出地面時(shí)，暫時(shí)停止提升，攪拌機(jī)持續(xù)噴漿攪拌130 s再提升，經(jīng)此施工后，保證樁頭的密實(shí)性。

3.7 重復(fù)噴攪下沉、提升

為使軟土與水泥漿攪拌均勻，需再次將深層攪拌機(jī)噴漿下沉，而后攪拌噴漿與提升同步，直至提出地面為止。復(fù)噴攪拌時(shí)，重點(diǎn)考慮的是離地面30 cm的部分，該區(qū)域以慢噴慢攪的方法為宜。技術(shù)員根據(jù)記錄的信息確定水泥的用量，以此為參考，初步判斷成樁質(zhì)量。施工期間加強(qiáng)觀察，若有不滿足要求的情況，及時(shí)采取補(bǔ)樁或其他的處理措施。成樁施工遵循連續(xù)性原則，由于某些原因而停漿時(shí)，一方面需盡快處理異常狀況，縮短中途間隔時(shí)間，另一方面則需在恢復(fù)施工時(shí)重疊接樁，長度至少為50 cm，以保證樁體的完整性。停機(jī)時(shí)間在3 h以上時(shí)，必須拆卸輸漿管，將其中附著的泥漿清理干凈，并于周邊合適點(diǎn)位補(bǔ)樁。

3.8 清 洗

攪拌后，向集料斗內(nèi)注入清水，運(yùn)行灰漿泵，此舉目的在于清理管道中的水泥漿，使內(nèi)部保持干凈。樁頂標(biāo)高略高于設(shè)計(jì)值30～50 cm，而在基坑開挖環(huán)節(jié)，需要全面檢查攪拌樁的施工情況，以人工挖除的方法處理質(zhì)量較差的樁段。

3.9 移 機(jī)

鉆桿提出地面后，檢查成樁質(zhì)量，判斷其是否滿足要求，若無誤則移機(jī)，根據(jù)工程進(jìn)度計(jì)劃施工下一根樁。橫向、縱向移機(jī)時(shí)，注重如下幾點(diǎn)：將鉆桿準(zhǔn)確落位；針對機(jī)塔和底盤兩部分做有效的加固處理，確保其具有足夠的穩(wěn)定性；適當(dāng)向前后左右方向伸縮一定的距離，準(zhǔn)確到位。

3.10 填筑碎石墊層、鋪設(shè)土工格柵

水泥攪拌樁施工后，依據(jù)規(guī)范檢驗(yàn)施工質(zhì)量，確認(rèn)無誤后，在軟土地基施工現(xiàn)場鋪設(shè)碎石墊層，厚度30 cm，鋪設(shè)后采取壓實(shí)處理措施，保證該處的密實(shí)性；而后，將雙向土工格柵鋪設(shè)到位，搭接長度控制在30 cm，為保證土工格柵的穩(wěn)定性，用鉛絲綁扎、U形釘固定。墊層構(gòu)造見圖2。

圖2 墊層構(gòu)造

4 水泥攪拌樁施工質(zhì)量檢驗(yàn)

在現(xiàn)場選取具有代表性的試驗(yàn)段，共施工28根水泥攪拌樁。齡期達(dá)到28 d后，組織單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)期間持續(xù)增加荷載，密切觀察壓板的狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)其沉降量逐步增加，但均在可控范圍內(nèi)，不存在突變現(xiàn)象。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，還需以取鉆芯的方法檢驗(yàn)成樁質(zhì)量，鉆芯數(shù)量取樁總量的0.5%，根據(jù)此關(guān)系，在施工段內(nèi)取50個(gè)鉆芯樁點(diǎn)，分別安排檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)測結(jié)果判斷成樁質(zhì)量。

實(shí)際情況表明，水泥樁結(jié)構(gòu)具有完整性，樁體的水泥以相對均勻的狀態(tài)分布，諸如垂直度、樁徑等基礎(chǔ)參數(shù)也均滿足要求。此外，為判斷軟土地基處理前后的沉降情況，在軟土地基施工前布設(shè)觀測站，以便加強(qiáng)觀測，根據(jù)實(shí)測結(jié)果判斷軟土地基加固效果。根據(jù)施工記錄可知，軟土地基填筑至路基填土結(jié)束的時(shí)間為42 d，在此階段產(chǎn)生的平均沉降量為45.6 mm；而在填土完成后，繼續(xù)安排觀測，每20 d觀測1次，得到的沉降監(jiān)測結(jié)果分別為9.3、5.8、2.4 mm?？梢园l(fā)現(xiàn)，在整個(gè)施工過程中，下沉量累計(jì)為63.1 mm，且隨著時(shí)間的推移而逐步趨于穩(wěn)定，填土100 d后基本無下沉的跡象。通過與設(shè)計(jì)要求的對比分析發(fā)現(xiàn)，工后沉降量達(dá)標(biāo)，由此充分說明，以水泥攪拌樁加固軟土地基的方法可行，能夠取得突出的應(yīng)用效果。

5 水泥攪拌樁加固施工的質(zhì)量控制措施

5.1 施工參數(shù)控制

水泥攪拌樁加固軟土地基施工中，嚴(yán)格控制加固深度，為保證加固效果，要求其不小于設(shè)計(jì)樁長。地下水也有可能對樁體施工造成干擾，因此需注重分析，判斷是否會(huì)腐蝕水泥混凝土。通過電腦自動(dòng)記錄儀的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)參數(shù)的精準(zhǔn)記錄，涵蓋樁號、設(shè)計(jì)樁長、實(shí)際樁深等多個(gè)方面，以便技術(shù)人員根據(jù)參數(shù)對樁體施工情況加以判斷，更為合理地施工。樁頂標(biāo)高超過設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5 m以上為宜，樁頭部分的處理采取的是人工鑿除的方法。

5.2 水泥攪拌樁施工中質(zhì)量控制技術(shù)

1)為給正式施工創(chuàng)設(shè)良好的條件，組織工藝性試驗(yàn)，確定合適的參數(shù)，生成完善的施工工藝方案，而后再依據(jù)該方案正式施工。針對局部承載力異常偏低的軟弱土層，較為可行的方法是適當(dāng)增加攪拌次數(shù)，或是在原有基礎(chǔ)上提高水泥摻量，以保證該部位軟土地基的處理效果。

2)噴漿提升速度≤0.8 m/min，泵送壓力≥0.4 MPa。合理協(xié)調(diào)施工工序，控制好相鄰樁噴漿時(shí)間，要求其間隔<24 h，以4次噴漿4次攪拌的方法施工較為適宜。經(jīng)過多次處理后，保證攪拌的均勻性。根據(jù)攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)、攪拌軸的垂直夾角等，合理控制攪拌頭翼片的參數(shù)，例如寬度、枚數(shù)，以便充分發(fā)揮出各類設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢，保證施工效果。施工期間，加強(qiáng)對攪拌樁的檢測，要求樁位偏差<50 mm，垂直度偏差<1%，若實(shí)際偏差超出許可范圍，則及時(shí)加以處理，此外諸如樁徑、樁長也均要滿足要求。

3)漿液隨拌隨用，盡可能縮短停放時(shí)間，以免固結(jié)，泵送應(yīng)具有連續(xù)性。根據(jù)試驗(yàn)確定的參數(shù)，控制鉆頭起吊提升速度、灰漿泵輸漿量等關(guān)鍵的參數(shù)。若由于某些原因而中斷施工，適當(dāng)使攪拌頭做下沉處理，直至其到達(dá)停漿點(diǎn)以下500 mm處為止，后續(xù)恢復(fù)正常施工狀態(tài)后，方可攪拌提升[1]。以樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為參照基準(zhǔn)，要求停漿面高出500 mm，該部分在樁頂壓梁時(shí)鑿除干凈。若由于某些特殊原因而導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間>3 h，需將輸漿管拆下，清理其中的漿液，避免固結(jié)。嚴(yán)格依據(jù)工藝要求控制噴漿攪拌次數(shù)、提升速度等關(guān)鍵參數(shù)，并安排專員記錄。

4)隨著攪拌樁施工進(jìn)程的推進(jìn)，樁頂接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，需要高度重視樁頭部位的施工。例如，樁頂1～1.5 m內(nèi)增加噴漿攪拌1次。自地面以下1 m開始，向上噴漿攪拌提升時(shí)，保持相對較慢的速度，并避免速度忽快忽慢，噴漿口到達(dá)樁頂標(biāo)高時(shí)應(yīng)停止提升并做10～20 s的攪拌處理，以此來保證樁頭的密實(shí)性。針對施工期間存在的輸漿管彎折、漏漿問題，及時(shí)查明情況加以處理，有漏漿點(diǎn)應(yīng)立即修補(bǔ)。

5)相鄰兩樁搭接間隔施工<24 h，盡可能縮短間隔時(shí)間，以免影響搭接的可靠性，若間隔時(shí)間偏長，需采用局部補(bǔ)樁或注漿的方法加以處理。樁身插筋時(shí)間應(yīng)<24 h，同時(shí)每日做好記錄。樁體達(dá)到28 d齡期時(shí)，強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)滿足>1 MPa的要求。

5.3 特殊情況的處理

鉆進(jìn)期間發(fā)生卡管事故時(shí)，以慢速的狀態(tài)有效鉆進(jìn)；向上提出鉆頭，對其結(jié)構(gòu)做合理調(diào)整。鉆進(jìn)位置偏淺時(shí)，先以可行的方式疏松施工范圍內(nèi)的土層，而后再施鉆。鉆桿過程中卡鉆時(shí)，隨即暫停噴漿，分析原因并妥善處理，確認(rèn)無誤后方可恢復(fù)噴漿。噴漿堵塞時(shí)，詳細(xì)檢查灰漿泵，判斷其運(yùn)行狀態(tài)，適當(dāng)調(diào)整噴漿壓力[2]。固化料中含大顆?；螂s物時(shí)，及時(shí)將其清理干凈。若存在噴漿不暢的情況，按照“由關(guān)到開、由開到關(guān)”的方式多次操作噴漿閥，直至噴漿恢復(fù)順暢狀態(tài)。

6 結(jié) 語

在軟土地基的加固處理中，水泥攪拌樁是較為常見的方法。在順德高新區(qū)市政道路軟土地基施工中應(yīng)用水泥攪拌樁的實(shí)踐表明，合理設(shè)置水泥攪拌樁的密度，可以提高軟土地基的穩(wěn)定性，具有足夠的承載性能，可減小路基沉降。

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