水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用

郭討論

廣州市第三市政工程有限公司 廣東 廣州 510060

軟基是指土質(zhì)狀況較差、不宜直接進(jìn)行建筑物地基的地層，常常存在著沉降、變形等問題。在建筑工程中，軟基處理一直是施工建設(shè)中的難題，涉及到建筑物的穩(wěn)定性和安全性。傳統(tǒng)的軟基處理方法包括加固地基、增加地基承載力等，但這些方法往往成本較高，時間較長，且不一定能取得理想的效果。水泥攪拌樁作為一種新型的地基處理方法，因其具有施工方便、施工速度快、造價低廉、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在近年來得到了廣泛的應(yīng)用和研究。本文將探討水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用，以期為工程實踐提供一定的參考價值。

1 水泥攪拌樁的原理與特點(diǎn)

1.1 攪拌樁的概念和分類

水泥攪拌樁是一種用于改良軟土地基的地基處理技術(shù)，采用鋼筋混凝土攪拌樁作為改良體，通過將水泥、砂、石等材料與軟土混合，達(dá)到加固土體的效果。根據(jù)攪拌樁的結(jié)構(gòu)和作用方式，可以將攪拌樁分為圓柱形攪拌樁、方形攪拌樁、砂漿攪拌樁和帶鋼筋攪拌樁。圓柱形攪拌樁是最常見的一種攪拌樁類型，其直徑通常在0.6-1.2m之間，長度可達(dá)10-30m。圓柱形攪拌樁由混凝土和攪拌樁機(jī)械在地下混合而成，可以改善軟土地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。方形攪拌樁是近年來出現(xiàn)的一種新型攪拌樁，其主要特點(diǎn)是橫截面呈正方形或長方形，相對于圓柱形攪拌樁具有更大的側(cè)向摩阻力和承載能力。方形攪拌樁適用于軟土地基的加固、橋梁支撐、基礎(chǔ)加固等工程。砂漿攪拌樁是一種采用水泥砂漿替代混凝土作為攪拌樁材料的攪拌樁類型。相對于混凝土攪拌樁，砂漿攪拌樁更加便捷、經(jīng)濟(jì)，適用于一些小型工程和軟土地基的改良。帶鋼筋攪拌樁是在攪拌樁的施工過程中，通過將鋼筋根據(jù)設(shè)計要求布置在樁體內(nèi)部，形成一定的縱向和橫向承載能力。帶鋼筋攪拌樁具有較好的抗震和抗拔能力，適用于軟土地基、多荷載工程和高層建筑等工程。

1.2 攪拌樁的施工工藝和參數(shù)

攪拌樁施工的工藝過程包括：選址勘探、鉆孔、注漿、攪拌、振搗、成樁和養(yǎng)護(hù)等步驟。其中，攪拌是攪拌樁施工過程中最核心的工藝環(huán)節(jié)。攪拌時，通過將攪拌機(jī)沿著鉆孔的軸線不斷旋轉(zhuǎn)并向下推進(jìn)，將軟土與水泥、砂、石等材料混合攪拌，形成一根整體的攪拌樁。攪拌樁的施工參數(shù)包括樁徑、樁長、攪拌樁機(jī)的功率和攪拌時間等。樁徑通常在0.6-1.2m之間，樁長可達(dá)10-30m不等。攪拌樁機(jī)的功率通常在150-300kW之間，攪拌時間視地基的情況而定，一般在5-15min左右。此外，攪拌樁的施工參數(shù)還包括水泥用量、砂用量、石用量和水灰比等。水泥用量通常為200-400kg/m3，砂用量為400-600kg/m3，石用量為800-1200kg/m3，水灰比為0.3-0.5。同時，還需要注意施工質(zhì)量控制，包括攪拌樁的強(qiáng)度、密實度和水泥的充填率等指標(biāo)[1]。

1.3 攪拌樁的強(qiáng)度與變形特性

攪拌樁的強(qiáng)度一般采用靜載試驗進(jìn)行測定，而變形特性主要采用固結(jié)試驗和動力觸控試驗等方法進(jìn)行分析。從強(qiáng)度方面來看，攪拌樁的強(qiáng)度與樁徑、樁長、水泥用量、砂用量、石用量等因素有關(guān)。通常情況下，攪拌樁的強(qiáng)度隨著水泥用量和石用量的增加而增加，但是隨著攪拌時間的增加會出現(xiàn)先增加后減小的趨勢。研究表明，對于一般軟土地基，攪拌樁的單樁承載力可達(dá)1000-3000 kN，抗剪強(qiáng)度可達(dá)40-100 kPa。從變形特性來看，攪拌樁的變形主要包括沉降和收縮兩個方面。沉降主要是由于軟土在攪拌樁周圍形成一個較為堅實的環(huán)帶，導(dǎo)致樁周土體的固結(jié)和沉降。收縮則是由于樁周土體的壓實和水泥的硬化引起的體積收縮。研究表明，隨著攪拌樁的施工時間的延長，沉降量逐漸減小，而收縮量則逐漸增大。此外，攪拌樁的變形特性還與地基土性質(zhì)、地下水位、周邊環(huán)境等因素有關(guān)。

2 水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用

2.1 攪拌樁與傳統(tǒng)軟基處理方法的比較

首先，攪拌樁可以在較短的時間內(nèi)形成一根整體的改良體，因此可以快速改善軟土地基的工程性質(zhì)，縮短施工周期。傳統(tǒng)的軟基處理方法，如挖土換填、加筋土等，需要耗費(fèi)較長時間和大量的人力物力，施工周期較長。其次，針對不同的軟土地基采用不同的施工參數(shù)和攪拌材料，從而實現(xiàn)更加精確的地基改良效果。而傳統(tǒng)的軟基處理方法則通常采用相同的施工方法和材料，改良效果相對不穩(wěn)定。此外，攪拌樁施工不受季節(jié)和天氣等因素的限制，可以在任何時候進(jìn)行施工，同時施工過程中對環(huán)境和周圍建筑的影響較小。傳統(tǒng)的軟基處理方法，如加筋土等，往往需要在干燥的天氣條件下進(jìn)行施工，對環(huán)境和周圍建筑的影響較大。

2.2 攪拌樁對軟基的改良效果分析

從強(qiáng)度和變形兩個方面來看，攪拌樁可以顯著改善軟土地基的工程性質(zhì)，提高地基的承載力和變形特性。從強(qiáng)度方面來看，攪拌樁可以增加軟土地基的剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。攪拌樁在施工過程中通過將軟土與水泥、砂、石等材料混合攪拌，形成一根整體的攪拌樁，這樣就可以增加軟土的強(qiáng)度，提高其承載力。同時，攪拌樁的強(qiáng)度也受到材料的選擇和施工參數(shù)的影響。因此，合理選擇攪拌材料和施工參數(shù)可以進(jìn)一步提高攪拌樁的強(qiáng)度。從變形特性來看，攪拌樁可以顯著減小軟土地基的沉降和收縮。攪拌樁通過將水泥、砂、石等材料與軟土混合攪拌，形成一種新的土體結(jié)構(gòu)，可以提高軟土的抗壓性和剛度，從而減小軟土地基的沉降和收縮。研究表明，攪拌樁在軟土地基的改良中具有較好的沉降控制效果，可以將沉降控制在合理的范圍內(nèi)。

2.3 攪拌樁在不同軟土地區(qū)的適用性探討

攪拌樁作為一種新型的軟基處理技術(shù)，其適用性取決于軟土地區(qū)的土質(zhì)特征、地下水位、環(huán)境條件等多方面因素。在軟粘土地區(qū)，攪拌樁的適用性較好。這是因為軟粘土地區(qū)的土層比較厚，土性相對均一，而且粘聚力較大，可以很好地與水泥、砂、石等材料混合攪拌，形成穩(wěn)定的改良體，提高地基承載力和變形特性。在軟砂土地區(qū)，攪拌樁的適用性相對較差。這是因為軟砂土地區(qū)的土層較薄，土性松散，容易形成大孔隙和松散層，不利于攪拌樁的施工和穩(wěn)定性。因此，如果需要在軟砂土地區(qū)使用攪拌樁進(jìn)行地基加固，需要對地層情況進(jìn)行詳細(xì)勘探和分析，采用合適的施工參數(shù)和材料進(jìn)行施工。在泥質(zhì)地區(qū)，攪拌樁也具有一定的適用性。泥質(zhì)地區(qū)的土性比較復(fù)雜，容易受到地下水位和環(huán)境因素的影響，但是攪拌樁可以通過混合土體，提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而達(dá)到改良地基的目的。

3 水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用實例

3.1 工程概況

珠海市金灣區(qū)紅旗水質(zhì)凈化廠工程設(shè)計采購施工（EPC）總承包工程為新建市政污水處理廠、市政橋梁、道路等項目，其功能主要是為了減輕污水對城市環(huán)境的影響以及對周邊流域的危害，改善投資環(huán)境；同時，改善項目片區(qū)的排水和環(huán)境狀況，為區(qū)域人民群眾生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展提供有利保障。本項目工程包含兩小一大共三個深基坑，開挖深度為4.1～9.35m，深基坑采用旋挖鉆孔灌注樁作為基坑圍護(hù)體系，泥漿護(hù)壁，基坑外采用雙排D800水泥攪拌樁作為止水帷幕，坑內(nèi)采用水泥攪拌樁加固被動土區(qū)域；基坑內(nèi)設(shè)置兩道支撐及格構(gòu)立柱。開挖深度4.1～9.35m，其中三級生物濾池最深，標(biāo)高為-6.85m，場地標(biāo)高為+2.0m。

3.2 工藝及要求

1、本工程Φ800攪拌樁樁位垂直偏差不得超過1.0%，樁位偏差不得大于50mm，樁徑偏差不得大于2%。2、水泥攪拌樁的固化劑摻入量應(yīng)從現(xiàn)場取土根據(jù)設(shè)計要求的立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試配確定，綜合基坑坑內(nèi)D800加固攪拌樁水泥摻量為180kg/m，坑外D800止水?dāng)嚢铇端鄵搅繛?08kg/m；反沖洗泵房及清水池、反沖洗廢水池基坑坑外D800攪拌樁水泥摻量為208kg/m，坑內(nèi)D 5 0 0 攪拌樁水泥摻量為60kg/m；出土車道D800攪拌樁水泥摻量為180kg/m；塔吊基礎(chǔ)D800攪拌樁水泥摻量為163kg/m。為提高水泥土強(qiáng)度，可等量替換摻入水泥質(zhì)量1%的水玻璃。3、必須保證樁與樁的搭接質(zhì)量，其搭接時間不應(yīng)大于24小時，如果間隙太長應(yīng)采取局部補(bǔ)樁或注漿措施[2]。4、止水樁成樁深度必須穿過砂層1m，坑內(nèi)加固攪拌樁空樁較長，空樁部分快速下鉆和提升，止水單軸攪拌樁和坑內(nèi)加固攪拌樁錯開施工。5、施工前，應(yīng)查明是否有地下管線，若有則應(yīng)先將使用中管線移位，如果廢棄不用的管線則清除，此外應(yīng)清除地下障礙物（如建筑舊基礎(chǔ)，樹根等）。

3.3 施工工藝

定位樁機(jī)：

將深層攪拌機(jī)移至預(yù)定的樁位置，確保雙向垂直對中。調(diào)節(jié)機(jī)器主體，保持設(shè)備水平并使攪拌軸保持垂直狀態(tài)。

樁成型：

（1）漿液攪拌下降：根據(jù)設(shè)計的配合比準(zhǔn)備水泥漿，倒入料倉或儲罐中。使用輸漿軟管將料倉與攪拌樁機(jī)連接，啟動灌漿泵，待鉆頭出漿后，開啟電機(jī)，使攪拌機(jī)順導(dǎo)向架切土下沉。通過電流監(jiān)測表控制噴漿的下沉速度，工作電流不應(yīng)超過額定值。同時進(jìn)行噴漿。

（2）漿液攪拌抽升：在深層攪拌機(jī)下沉至設(shè)計深度后，留在孔底攪拌噴漿30秒，然后反轉(zhuǎn)攪拌頭，勻速上升攪拌并噴入水泥漿液，直到達(dá)到設(shè)計樁頂高度。

（3）再次攪拌下降至設(shè)計深度：進(jìn)行第二次漿液攪拌下降至預(yù)定深度。

（4）再次漿液攪拌抽升至孔口：將攪拌頭再次抽升至設(shè)計樁頂高度。關(guān)閉灌漿泵，料倉或儲罐中的水泥漿應(yīng)完全排空。

關(guān)閉攪拌機(jī)并清洗：樁成型后，清除攪拌葉片上的土塊和噴漿口。若暫停施工，需立即向料倉中注入適量清水，并開啟灌漿泵，將管路中殘留的水泥漿沖洗干凈。

轉(zhuǎn)移到下一個樁位置：移動攪拌樁機(jī)至下一個位置，按照前述步驟完成下一根樁的施工。

3.4 施工方法

基坑采用雙排攪拌樁作止水帷幕，樁徑500@350mm普通單軸攪拌樁止水帷幕。根據(jù)設(shè)計圖紙對攪拌樁進(jìn)行編號，水泥攪拌樁有效樁長為20m。具體如圖1所示。

圖1 500@350mm水泥攪拌樁止水帷幕大樣圖

3.4.1 水泥攪拌樁施工技術(shù)措施

（1）深層攪拌機(jī)的定位：將深層攪拌機(jī)放置在指定的樁位上，并進(jìn)行對中操作。如地面不平，使用攪拌機(jī)的液壓平衡裝置保持吊裝設(shè)備水平。

（2）攪拌機(jī)預(yù)下沉：在深層攪拌機(jī)冷卻水循環(huán)正常后，開啟攪拌機(jī)電機(jī)，松開吊索，讓攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架切土下沉。下沉速度可通過電機(jī)電流監(jiān)測表控制，工作電流不宜超過70A。若下沉速度過慢，可通過輸漿系統(tǒng)補(bǔ)充清水以便鉆進(jìn)。

（3）水泥漿制備：當(dāng)深層攪拌機(jī)下沉至一定深度時，根據(jù)設(shè)計配合比開始制備水泥漿（使用PO42.5普通硅酸鹽水泥，每米用量為208Kg）。在壓漿之前，將水泥漿倒入集料斗。

（4）噴漿攪拌提升：攪拌機(jī)下沉至設(shè)計深度后，啟動灰漿泵將水泥漿壓入地基中，邊噴漿、邊旋轉(zhuǎn)，并嚴(yán)格遵循設(shè)計規(guī)定的提升速度。

（5）上、下攪拌重復(fù)：當(dāng)攪拌機(jī)提升至設(shè)計深度頂面標(biāo)高時，集料斗中的水泥漿應(yīng)排空。為使軟土與水泥漿充分混合，可再次將攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)并下沉至設(shè)計加固深度，然后將攪拌機(jī)提升至地面。采用四噴四攪工藝，噴漿攪拌時鉆頭提升或下沉速度應(yīng)≦0.5m/min，壓漿速度與鉆頭提升或下沉速度相協(xié)調(diào)，確保樁身長度范圍內(nèi)漿量分布均勻[3]。

3.4.2 試樁及施工工藝

（1）施工前應(yīng)進(jìn)行工藝性試樁，確定施工技術(shù)參數(shù)，如鉆進(jìn)深度、輸漿量、水灰比、摻入量、攪拌軸轉(zhuǎn)速和提升速度等。

（2）水泥攪拌樁固化材料建議選用42.5R普通硅酸鹽水泥。水泥漿液水灰比應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件通過試驗確定，一般為0.5～0.6。水泥攪拌樁采用單軸攪拌樁，實施四攪四噴的施工工藝。

（3）施工過程中采用四噴四攪工藝,鉆頭提升或下沉?xí)r全樁攪拌一次為“一攪”，提升或下沉?xí)r全樁噴水泥漿一次為“一噴”。具體施工工藝可根據(jù)現(xiàn)場試樁檢測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

（4）水泥攪拌樁的固化劑摻入量應(yīng)從現(xiàn)場取土根據(jù)設(shè)計要求的立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試配確定，綜合基坑坑內(nèi)D800加固樁水泥參量為180kg/m，坑外D800止水樁水泥參量為208kg/m。反沖洗泵房及清水池、反沖洗廢水池坑外攪拌樁水泥參量為226kg/m；D500水泥攪拌樁水泥參量為60kg/m?？油釪800攪拌樁水泥摻量為208kg/m；出土車道D800攪拌樁水泥摻入量為180kg/m。為提高水泥土強(qiáng)度，可等量替換摻入水泥質(zhì)量1%的水玻璃。

（5）在攪拌過程中，使用線錘確保攪拌機(jī)的垂直度，不允許超過1%的傾斜度。嚴(yán)格監(jiān)控放線和樁機(jī)的誤差，確保樁位置偏差在50mm以內(nèi)，且樁徑偏差不超過2%。定期檢查并焊接攪拌鉆頭，以滿足攪拌樁樁徑偏差不大于設(shè)計要求。

（6） 為了確保樁端施工質(zhì)量，建議在樁座底部噴射漿液至少30秒，確保漿液充分到達(dá)樁底。接著，均勻攪拌并提升至樁頂設(shè)計標(biāo)高，攪拌幾秒鐘，以保證樁頭的均勻密實性。

（7）施工過程中如遇停漿情況，將攪拌軸下沉至停漿點(diǎn)以下的0.5米處，待恢復(fù)供漿后再噴漿提升。若停機(jī)時間超過1小時，為避免漿液硬化堵塞管道，應(yīng)拆除輸漿管路并進(jìn)行徹底清洗。

4 結(jié)語

本文主要對水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，總結(jié)了攪拌樁的概念、分類、施工工藝和參數(shù)，分析了攪拌樁的強(qiáng)度和變形特性，比較了攪拌樁與傳統(tǒng)軟基處理方法的差異，探討了攪拌樁在不同軟土地區(qū)的適用性。并且對珠海市金灣區(qū)紅旗水質(zhì)凈化廠工程設(shè)計采購施工總承包工程，發(fā)現(xiàn)成樁28d后，進(jìn)行攪拌樁抽芯檢測。檢驗數(shù)量為施工總樁的1%，且不少于3根。但是，由于不同軟土地區(qū)的土性特征不同，攪拌樁的適用性也有所不同，需要在實際應(yīng)用中進(jìn)行詳細(xì)勘探和分析，選擇合適的施工參數(shù)和材料，從而達(dá)到最好的改良效果。