公路工程中水泥攪拌樁首件施工技術(shù)研究

肖先武 XIAO Xian-wu

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州 511400）

0 引言

公路作為陸路交通最為常見的設(shè)施，承擔(dān)了沉重的運(yùn)輸任務(wù)，基于公路建設(shè)規(guī)劃、公路成本控制等要求，需要在建設(shè)過(guò)程中克服各種難題。長(zhǎng)期施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得知，水泥攪拌樁的質(zhì)量受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、施工技術(shù)工藝、適用材料等多方面因素的影響，為了降低施工成本，優(yōu)化施工方案，確定水泥攪拌樁施工最佳配合比，掌握水泥攪拌樁機(jī)工作的最佳性能，需要施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況進(jìn)行相關(guān)記錄和研究。

1 水泥攪拌樁原理

軟基（軟土）是特殊的地質(zhì)條件，一般是由濕度大、空隙大的細(xì)沙軟土或黃土等組成，滲透能力不足且承載能力弱，在受到外力影響時(shí)容易出現(xiàn)下陷現(xiàn)象，對(duì)于當(dāng)代公路工程的巨大承載需求，軟基無(wú)法滿足建設(shè)要求，如果不能有效加固，則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)路堤塌陷、路基損壞等，導(dǎo)致施工成本升高，安全隱患增加。水泥攪拌樁的基本原理為，將固化劑通過(guò)特殊設(shè)備與軟土進(jìn)行攪拌，得到具有高強(qiáng)度性能的攪拌樁，在該區(qū)域內(nèi)攪拌樁可以與軟土一并承受壓力，促使路基整體受力性能增高。但攪拌樁的受力能力強(qiáng)于軟土，在長(zhǎng)期受力情況下，軟土部分與攪拌樁部分均會(huì)發(fā)生沉陷，且攪拌樁沉陷明顯弱于軟土，由此出現(xiàn)不規(guī)則沉陷情況，則路基強(qiáng)度主要受攪拌樁耐久度和承載能力強(qiáng)度的影響，因此保證攪拌樁施工質(zhì)量是提升公路路基質(zhì)量的關(guān)鍵。

2 水泥攪拌樁施工基本要點(diǎn)

依據(jù)現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)分析，水泥攪拌樁的質(zhì)量控制要點(diǎn)主要分為以下方面：

①準(zhǔn)備工作。施工前需要做好場(chǎng)地平整工作，鉆機(jī)作業(yè)周邊的碎石、雜物等須清理干凈，在場(chǎng)地某側(cè)挖掘好溝槽便于排水，必要時(shí)須提前進(jìn)行排水處理，降低軟土水含量，在填土處理時(shí)，應(yīng)選用粘性好的材料，且厚度不宜超過(guò)0.5m，填土后反復(fù)壓實(shí)，避免后期出現(xiàn)嚴(yán)重沉陷。做好現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、材料的檢查工作。

②四噴四攪?；玖鞒虨樵谙裸@和上提過(guò)程中進(jìn)行噴漿，并重復(fù)一次操作過(guò)程。施工過(guò)程中，可配置電腦記錄儀，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的各類參數(shù)進(jìn)行記錄，并由專門的人員監(jiān)督和檢查。要求基礎(chǔ)參數(shù)：水灰比范圍為0.45～0.55，摻灰量為45～50kg/m，減水劑含量0.4%～0.6%，水泥摻量11%～13%。施工時(shí)需防止堵管，采取帶漿下鉆辦法，噴漿量控制在總量50%以上，二次下鉆和提鉆操作將檔位控制在低檔，單樁成樁時(shí)間控制在40min 以上，噴漿壓力≥0.4MPa。

③成樁試驗(yàn)。在復(fù)雜地質(zhì)條件下或冬、夏季施工時(shí)，需要通過(guò)試樁確定環(huán)境對(duì)施工效果的影響，以便采取相關(guān)優(yōu)化措施。為校驗(yàn)施工參數(shù)和工藝細(xì)節(jié)，對(duì)成樁進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，一般以動(dòng)力觸探等為主要檢測(cè)方法，以設(shè)計(jì)方案為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析問(wèn)題成因和應(yīng)對(duì)方法，并進(jìn)行記錄，其攪拌樁的施工參數(shù)要登記好，方便日后查驗(yàn)。試樁工作達(dá)標(biāo)后，才能開始水泥攪拌樁正常施工，試樁時(shí)，每一個(gè)標(biāo)段的試樁數(shù)量需大于5 根，且在試樁工作結(jié)束后，施工人員還需要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)工作，成樁7 天后，再進(jìn)行開挖工作，取出后還要對(duì)樁的性能進(jìn)行試驗(yàn)，也可以在成樁14 天后進(jìn)行樁體的取芯檢測(cè)，確保成樁過(guò)程中地?cái)嚢杈鶆蛐砸约跋鄳?yīng)的強(qiáng)度能夠達(dá)到施工要求。

3 水泥攪拌樁首件施工技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

以某高速公路LQSG-06 標(biāo)段為例，其橋頭段與橋頭過(guò)渡段為軟土路基，因此施工時(shí)采用水泥攪拌樁處理，軟土路段施工總長(zhǎng)度為40m，填土為6.95m 的平均厚度，采用單樁承載力不得低于120kN 的水泥攪拌樁，且樁長(zhǎng)10m、樁徑0.5m。呈等邊三角形排列，A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)樁距分別為1.2m、1.5m、1.8m。水泥攪拌樁7 天樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度需大于700kPa，28 天樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度需大于1350kPa。

表1 規(guī)劃參數(shù)表

本標(biāo)段采用A 區(qū)的9-21#～9-35#，15 根水泥攪拌樁作為首件工程（試樁），以此確定了各種技術(shù)參數(shù)和技術(shù)處理措施，為本標(biāo)段的水泥攪拌樁大面積施工奠定基礎(chǔ)。

3.1 技術(shù)工藝

樁體縱橫向間距為1.2m，水泥摻量≥15%，下沉、提升速度為不大于0.8m/min，外鉆桿轉(zhuǎn)速≥40r/min，噴漿壓力為0.3～0.5MPa。水泥攪拌樁施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 水泥攪拌樁施工工藝流程圖

①測(cè)量及樁機(jī)定位。本次在A 區(qū)選試驗(yàn)樁15 根，樁排成1 行，樁與樁間距為120cm，依次編號(hào)為9-21#～9-35#樁。樁長(zhǎng)為10m，每延米水泥用量：9-21#、9-22#、9-23# 樁為45kg；9-24#、9-25#、9-26#、9-33#、9-34#、9-35#樁為50kg；9-27#、9-28#、9-29#、9-30#、9-31#、9-32#樁為55kg。在導(dǎo)線復(fù)測(cè)成果與樁位布置圖的基礎(chǔ)上，對(duì)雙向水泥攪拌樁實(shí)施放樣，逐個(gè)在樁點(diǎn)處插入竹簽、焊條、木條等標(biāo)記物，至樁機(jī)到達(dá)既定位置后，對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)測(cè)。要求由專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位工作，所用的儀器設(shè)備也需要進(jìn)行專門管理，并進(jìn)行定期檢查和更新、維護(hù)。歷次測(cè)量定位的成果應(yīng)當(dāng)妥善保存，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與書面記錄無(wú)誤差之后制作檔案，報(bào)監(jiān)理部復(fù)核，要求確定樁位與設(shè)計(jì)樁位點(diǎn)誤差在2cm 以內(nèi)，按照最終結(jié)果施工，作業(yè)前須保證鉆機(jī)機(jī)身平穩(wěn)，鉆桿垂直于作業(yè)面，鉆頭與樁位中心保持一致。

②調(diào)整導(dǎo)向架垂直度。使用全站儀、經(jīng)緯儀等設(shè)備對(duì)導(dǎo)向架進(jìn)行調(diào)整，要求導(dǎo)向架的垂直度小于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的1%。

③拌制漿液。在攪拌機(jī)運(yùn)行之前，提前制備好水泥漿液。以每延米為單位，依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水泥用量在65kg，水灰比為0.5～0.7，制備攪拌時(shí)先加入水，再放入水泥，外加劑最后投入，單次灰漿攪拌持續(xù)時(shí)間≥5min，直至確認(rèn)漿液充分?jǐn)噭颉嚢柰戤吅?，以濾篩對(duì)漿液進(jìn)行過(guò)濾，再轉(zhuǎn)移至集料斗中。漿液的制備優(yōu)先經(jīng)試驗(yàn)室配比試驗(yàn)，要求漿液具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，能夠有效泵送和噴攪，且不出現(xiàn)離析，可現(xiàn)場(chǎng)按照標(biāo)準(zhǔn)配比制作，提前過(guò)篩備用，但配制須嚴(yán)格遵照標(biāo)準(zhǔn)操作要求，使用定量容器確定用水量，水泥和外加劑也應(yīng)按照比例定量添加，制備好的漿液的存儲(chǔ)時(shí)間須在2h 內(nèi)，超過(guò)時(shí)限則不再使用，因此需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)用量控制漿液制備量。若漿液在攪拌機(jī)中，則需要保證攪拌機(jī)持續(xù)工作直至泵送。

④噴漿攪拌下沉。完成準(zhǔn)備工作，啟動(dòng)攪拌機(jī)，在攪拌頭轉(zhuǎn)速達(dá)到作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)后，控制鉆頭沿導(dǎo)向架勻速下沉，在下沉過(guò)程中需要同步進(jìn)行攪拌和噴漿，正反兩組葉片同時(shí)工作，下沉至設(shè)計(jì)深度后，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)停留1min，確認(rèn)出漿且底部噴漿足夠后，按照設(shè)計(jì)要求勻速提升，要求提升速度控制在0.6m/min，提升至樁頂后停留10～15s，攪拌樁下停漿面應(yīng)超出基本標(biāo)高30～50cm，超出部分后期需要進(jìn)行人工清除，禁止使用機(jī)械直接開挖清除。

⑤二次施工。第一次施工完畢，將鉆頭提升至樁頂上30～50cm，暫時(shí)關(guān)閉攪拌設(shè)備，再按照④的流程進(jìn)行二次施工。二次施工完畢，再次暫停設(shè)備，由檢驗(yàn)人員進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)，并根據(jù)施工記錄和歷史數(shù)據(jù)計(jì)算出施工中的噴漿量，判斷施工效果，施工效果不理想及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。樁頂位置1～1.5m 范圍須進(jìn)行重復(fù)噴漿處理，噴漿完畢后應(yīng)安排人工進(jìn)行修整。

⑥機(jī)具處理。施工完畢后，機(jī)具需要進(jìn)行清洗，避免灰漿殘余凝結(jié)阻塞送漿通道，或者對(duì)機(jī)具產(chǎn)生腐蝕等負(fù)面影響。使用低壓射水對(duì)鉆桿和鉆頭進(jìn)行沖洗，集料斗和泵送通道則需要在集料斗中注入清水，通過(guò)泵送功能完成全面清洗，要求清洗的各個(gè)部位不再有殘留的軟土和漿液，清洗完畢后則安排機(jī)具位移至下一個(gè)點(diǎn)位準(zhǔn)備施工。

3.2 質(zhì)量控制

3.2.1 基本管控工作

質(zhì)量控制需要做好現(xiàn)場(chǎng)的管理和組織工作，施工與設(shè)計(jì)方應(yīng)提前進(jìn)行交底，明確施工要求和各項(xiàng)技術(shù)工藝指標(biāo)。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置多級(jí)控制體系，每道工序和相應(yīng)的工作設(shè)置責(zé)任機(jī)制，劃分不同部門、人員的具體責(zé)任，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。加強(qiáng)材料、設(shè)備的檢查工作，要求材料在使用前必須進(jìn)行檢查。做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，包括材料用量、漿液配置比例、施工參數(shù)、質(zhì)量瑕疵等，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量瑕疵如注漿量不足、攪拌深度不足等問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。執(zhí)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)措施，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工細(xì)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，并通過(guò)參數(shù)計(jì)算、初步觀察等完成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與驗(yàn)收；成樁3d 選擇使用動(dòng)力觸探裝置進(jìn)行檢測(cè)；成樁7d 通過(guò)淺部開挖法查看樁體材料是否均勻，內(nèi)部有無(wú)缺陷；成樁28d 對(duì)樁體進(jìn)行取樣，通過(guò)樣品測(cè)試樁體的抗壓強(qiáng)度；成樁90d 后進(jìn)行單樁載荷試驗(yàn)和地基靜載試驗(yàn)。載荷試驗(yàn)須確定樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)條件再進(jìn)行，有效試驗(yàn)次數(shù)≥3 且及時(shí)進(jìn)行記錄，取平均值以保證試驗(yàn)效果。

3.2.2 施工監(jiān)測(cè)

沉降觀測(cè)采用沉降板（加寬路基）和沉降觀測(cè)釘（原路面結(jié)構(gòu)層范圍）；埋設(shè)時(shí)，沉降板底槽須平整，其下鋪設(shè)60cm×60cm×20cm 的砂墊層。沉降板金屬測(cè)桿、套管和接駁的垂直偏差率控制在1.5%內(nèi)。沉降板使用底板尺寸為50cm×50cm×（0.6～0.8）cm 的鋼板；金屬測(cè)桿直徑為4cm，測(cè)桿與底板焊接為一體；套管采用塑料管，直徑為10cm。測(cè)桿、套管與填土同步增高，每節(jié)長(zhǎng)度不宜超過(guò)50cm，接高后的測(cè)桿頂面略高于套管上口，套管上口加蓋封住管口，蓋頂高出碾壓面高度50cm。沉降板分路中、路肩、邊坡沉降板，根據(jù)填土高度、拼寬寬度確定使用類型。當(dāng)擴(kuò)建拼寬寬度不大于10m 時(shí)不設(shè)路中沉降板。當(dāng)擴(kuò)建填土高度不大于4m 時(shí)不設(shè)邊坡沉降板。如圖2 所示。沉降觀測(cè)釘設(shè)置在既有道路的路面結(jié)構(gòu)層范圍內(nèi)，一般設(shè)置于硬路肩外邊緣，采用?20 鋼筋，用大一號(hào)直徑的電鉆打孔，后將鋼筋打入孔內(nèi)，沉降觀測(cè)點(diǎn)。如圖3 所示。

圖2 沉降觀測(cè)板大樣

圖3 沉降觀測(cè)釘大樣圖

4 試樁成果

①成樁28 天后，采用開挖的方式目測(cè)檢查水泥攪拌樁的均勻性、整體性及外觀尺寸和質(zhì)量。

②成樁28 天后，在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)鉆孔取芯，水泥土攪拌均勻、紋理清晰，顏色呈灰色，芯樣性質(zhì)為水泥土，狀態(tài)堅(jiān)硬、芯樣完整、連續(xù)、呈柱狀，取9-28#、9-25#、9-23#、9-26#、9-29#共5 個(gè)試樣，做樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)均符合設(shè)計(jì)要求。

③本次低應(yīng)變檢測(cè)的9-22#、9-25#、9-28#、9-32#、9-35#共5 根水泥攪拌樁（試樁）均為I 類樁，樁身完整。

④本次檢測(cè)9-23#、9-26#、9-29#共3 根水泥攪拌樁單樁靜載試驗(yàn)均滿足120kN 的設(shè)計(jì)要求。結(jié)果見表2。

表2 單樁豎向抗壓靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

5 總結(jié)

根據(jù)首件工程出現(xiàn)的問(wèn)題，以及對(duì)問(wèn)題和施工工藝的分析，對(duì)施工工藝進(jìn)一步改進(jìn)，確定采用兩噴四攪的施工工藝。根據(jù)每根樁（45kg/m、50kg/m、55kg/m）的水泥用量檢測(cè)結(jié)果，確定了每根樁水泥用量為50kg/m。