水泥土攪拌樁施工工藝研究

1、水泥土攪拌樁施工工藝的研究王勤振1，沙偉1，靖潔潔2 （1.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院南京分院，江蘇 南京 210002；江蘇馥久建設(shè)工程有限公司，江蘇 徐州 221000；2.海軍南海工程設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524000；3.徐州高鐵港務(wù)投資有限公司，江蘇 徐州 221000）摘要: 水泥土攪拌樁廣泛地應(yīng)用于復(fù)合地基、擋土墻、軟地基加固及基坑止水帷幕中，以其經(jīng)濟(jì)有效的方式滿足地基沉降和承載力的要求。本文結(jié)合徐州港順堤河碼頭斗輪機(jī)軌道基礎(chǔ)水泥土攪拌樁施工實(shí)例，介紹了水泥土攪拌樁施工過(guò)程控制，針對(duì)施工質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了成因分析，對(duì)施工工藝進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)；結(jié)果顯示攪拌樁整體攪拌均勻，成樁質(zhì)量好，綜合評(píng)定為優(yōu)

2、良樁。關(guān)鍵詞：水泥土攪拌樁；施工質(zhì)量；工藝；改進(jìn)中圖分類號(hào)：U65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AThe study of Cement-soil mixed piles Construction technologyWANG Qin-zhen1 , SHA Wei1, ZHONG Xiao-shuai2,JING Jie-jie3（1. Nanjing Institute of China Communications Planning and Design Institute for Water Transportation, Nanjing 210002,China; Jiangsu Fujiu Eng

3、ineering Construction Limited Company, Xuzhou 221000, China; 2.Engineering Design Institute of the South Sea Fleet, Zhanjiang 542000,China; 3. Xuzhou High Speed Rail Port Investment Limited Company, Xuzhou 221000, China） Abstract: Cement-soil mixed piles is widely used in composite foundation, retai

4、ning walls, the reinforcement of soft foundation and pit curtain, sealing in its cost-effective way to meet the foundation settlement and bearing capacity requirements. In this paper, for instance of the cement-soil mixed piles of Xuzhou port embankment river pier bucket wheel track basis, author in

5、troduced throughout the construction process of the cement-soil mixed piles, analyzed the late quality problem, and construction technology were further improved. The results showed that mixed piles was stired evenly into a pile of good quality, and was comprehensively assessmented the fine pile. Ke

6、ywords: cement-soil mixed piles; construction quality; technology; improve1 水泥土攪拌樁應(yīng)用現(xiàn)狀與可行性1.1攪拌樁應(yīng)用現(xiàn)狀近20年來(lái)，水泥土攪拌樁法以其低廉的價(jià)格1、較快的施工速度、靈活的布樁形式和水泥摻入量廣泛地應(yīng)用于房屋建筑、鐵路、公路、港口、油罐工程的地基處理中2，常用于復(fù)合地基、擋土墻、軟地基加固及基坑止水帷幕，節(jié)省了巨額的投資。隨著攪拌樁工藝的推廣使用，攪拌樁施工隊(duì)伍迅速發(fā)展，施工素質(zhì)參差不齊，在整個(gè)施工過(guò)程中稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)水泥富集成塊或樁身不連續(xù)等質(zhì)量問(wèn)題，從而導(dǎo)致工程事故發(fā)生。1.2攪拌樁的可行性在

7、地基的5種主要加固方法（置換法、降水法、致密法、固化法和加筋法）中，灌漿法和攪拌樁法是固化法的代表，經(jīng)常被使用，且認(rèn)為是以上加固技術(shù)中最為有效的技術(shù)方法3。水泥土攪拌樁具有樁土界面好，對(duì)軟土強(qiáng)度提高大等優(yōu)點(diǎn)4，能保證軟土地基基礎(chǔ)在較小沉降時(shí)提供足夠高的承載力，同時(shí)能夠充分發(fā)揮基礎(chǔ)材料的強(qiáng)度，即用經(jīng)濟(jì)有效的方法滿足設(shè)計(jì)對(duì)沉降和承載力的要求5。徐州港徐州港區(qū)順堤河作業(yè)區(qū)煤炭碼頭一期工程設(shè)計(jì)吞吐能力為1300萬(wàn)t/年。地基處理形式為：斗輪機(jī)軌道基礎(chǔ)用水泥土攪拌樁復(fù)合地基+軌枕道渣結(jié)構(gòu)形式。斗輪機(jī)軌道基礎(chǔ)采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基。水泥土攪拌樁樁徑50cm，樁長(zhǎng)根據(jù)軟土層分布確定，平均深度取為8m，要穿

8、過(guò)3-1流塑狀粘土層進(jìn)入3-2粘土持力層1m以上；采用梅花型布置，間距1m或1.2m（1.2m僅布置于兩軌枕間）。該區(qū)域地基土主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。表1 地基土主要物理力學(xué)指標(biāo)層號(hào)土名壓縮系數(shù)壓縮模量快剪C快剪固快C固快承載力設(shè)計(jì)值1粘土0.504.06309.03813.01002粘土0.533.87217.52214.290粉土0.1412.891028.61030.21101粘土0.613.53145.92811.0802粘土0.365.243510.94813.1190粉砂2001粘土0.277.134212.06714.92202粘土0.237.765414.57315.82902

9、 攪拌樁施工過(guò)程和質(zhì)量控制水泥土攪拌樁施工樁長(zhǎng)為8.3m，按設(shè)計(jì)要求采用了4噴4攪施工工藝，水泥摻入比為18%，鉆進(jìn)、提升速度為0.91.6m/min，在整個(gè)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)鉆進(jìn)、提升速度相對(duì)固定，部分噴漿壓力存在1.01.2MPa之間的現(xiàn)象，噴漿速度在成樁期間未作調(diào)整。整個(gè)施工過(guò)程中部分區(qū)域水泥土攪拌樁出現(xiàn)“空樁頭”現(xiàn)象，見(jiàn)圖1。具體表現(xiàn)為大塊粘土將葉片包裹，形成圓柱體，換樁時(shí)葉片提升至地面后將圓柱體帶出，形成“空樁頭”，深度為1030cm，部分超過(guò)50cm。針對(duì)此情況施工方采取一定措施：下鉆前先輸水，使葉片濕潤(rùn)再進(jìn)行攪拌，或在鉆孔位置的地表加適量的濕砂，以降低土的粘性，且每根樁的成樁時(shí)間控制在3

10、537min，但仍沒(méi)有明顯改善這種現(xiàn)象。圖1 空樁頭3 攪拌樁施工質(zhì)量檢測(cè)3.1 質(zhì)量檢測(cè)按照規(guī)范要求，對(duì)施工后的水泥土攪拌樁進(jìn)行抽樣檢測(cè)，分別進(jìn)行鉆芯取樣、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析，總體檢測(cè)情況如下。（1）檢測(cè)芯樣顯示在樁頂標(biāo)高33.13m以下05m范圍內(nèi)水泥含量較大，基本為水泥石，芯樣完整；標(biāo)高33.13m以下58m范圍內(nèi)水泥含量偏少，芯樣不夠完整，自西向東第三條攪拌樁基礎(chǔ)部分樁體在58m范圍基本為素土或芯樣松散，自西向東第二條攪拌樁基礎(chǔ)在58m范圍內(nèi)水泥攪拌不均，水泥與土部分呈現(xiàn)分離狀。鉆芯取樣見(jiàn)圖2。 圖2 鉆取芯樣（2）攪拌樁樁頂標(biāo)高33.13m以下05m范圍芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為36Mpa

11、，58m范圍強(qiáng)度為0.30.4Mpa。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告試樣編號(hào)12345678抗壓強(qiáng)度（MPa）56d單個(gè)試樣5.824.536.224.203.040.350.410.33平均值3.11偏差系數(shù)0.7942標(biāo)準(zhǔn)差2.47注：該報(bào)告為僅列取的一根樁無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。由無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告看出，整個(gè)樁的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度偏差系數(shù)0.7942大于設(shè)計(jì)要求的0.35。經(jīng)鉆芯取樣分析，目前所施工水泥土攪拌樁主要問(wèn)題為水泥土攪拌嚴(yán)重不均勻，樁體中存在不同厚度的軟弱夾層。3.2 成因分析（1）成樁范圍內(nèi)大部分為粘土，粘性較大，存在粘土沾黏葉片鉆桿現(xiàn)象，造成葉片不能有效切割土體，使得

12、漿土不能充分拌合，甚至土壤未能破碎充填水泥漿現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為鉆取土樣中水泥含量很少。（2）噴漿后水泥土攪拌次數(shù)不足。包括如下幾種原因：成樁過(guò)程中鉆進(jìn)、提升速度過(guò)快，水泥土攪拌時(shí)間短，葉片數(shù)量過(guò)少，電機(jī)功率偏低。（3）噴漿方式不合理。成樁過(guò)程泵漿壓力較大，同時(shí)土壤黏鉆提升，形成水泥漿上升通道，水泥漿上冒，造成樁體上部水泥含量大，下部水泥含量少。因此，由于施工機(jī)械設(shè)備與工藝不合要求，導(dǎo)致工程中成樁質(zhì)量不合格，確切的說(shuō)僅上部35m成樁較完整。4 施工工藝改進(jìn)本項(xiàng)目地基粘土塑性指數(shù)較高，針對(duì)前述水泥土攪拌樁產(chǎn)生的施工質(zhì)量問(wèn)題，在施工設(shè)備工藝上做如下改進(jìn)。4.1 施工設(shè)備施工設(shè)備采用單軸SP-5水泥土攪

13、拌樁機(jī)和WJG-80攪拌機(jī)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，施工設(shè)備做了相應(yīng)改進(jìn)。（1）施工攪拌鉆頭做了針對(duì)性的加工，選用齒形四翼鉆頭，在原有一組葉片下面焊接了4道鉆齒。（2）葉片的傾斜度做了適當(dāng)調(diào)整，并留有切割刃口，噴漿口數(shù)量適當(dāng)增加。由于該地層中存在部分粘土層，增加四道縱向鉆齒，在鉆頭下鉆的過(guò)程中，鉆齒先提前與粘土接觸，對(duì)粘土層進(jìn)行有效的縱向切割，造成土層破壞，最后在葉片刃口切割作用下，充分?jǐn)嚢璐蛩橥翆?。噴漿口數(shù)量增加，噴出的水泥漿便于與打碎土層均勻混合。4.2 工藝參數(shù)整個(gè)施工過(guò)程采用六噴六攪施工工藝。具體流程如下：測(cè)量軸線鉆機(jī)就位檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)噴水泥漿下鉆重復(fù)攪拌下鉆并噴水泥漿到設(shè)計(jì)深度反循環(huán)提鉆至

14、地表成樁結(jié)束施工下一根樁。具體的施工工藝參數(shù)見(jiàn)表3。表3 工藝參數(shù)參數(shù)單位數(shù)量水泥漿壓力MPa0.1-2.0流量L/min80比重g/cm31.55-1.6下沉速度m/min0.7-1.1提升速度m/min1.1-1.3旋轉(zhuǎn)速度r/min30摻入比18%針對(duì)以上工藝參數(shù)做如下說(shuō)明：（1）水泥漿的噴漿壓力控制區(qū)間為（0.12.0）MPa，可調(diào)控性高，無(wú)壓注液以漿液注入孔內(nèi)為原則。（2）水泥漿比重控制在1.551.6 g/cm3為最佳狀態(tài)，在實(shí)際施工中，漿態(tài)黏稠是沒(méi)法施工的，考慮到樁體下部地下水位較高，可適當(dāng)提高水泥漿不重，水灰比控制不宜超過(guò)0.6。（3）下沉速度為0.71.1m/min，上提速度

15、為1.11.3m/min，但要根據(jù)施工的情況來(lái)定，當(dāng)沒(méi)有漿返時(shí)要調(diào)整。鉆進(jìn)過(guò)程中，出現(xiàn)泥漿漏失，孔口不返漿，應(yīng)查明原因，采取有效措施，直至孔口返漿再繼續(xù)鉆進(jìn)。不同性質(zhì)的土層鉆進(jìn)速度有所區(qū)別，對(duì)于樁體下部4.38.3m位置處的粘土粉砂層增加兩噴兩攪，鉆進(jìn)、提升速度控制在1m/min以內(nèi)。（4）鉆頭旋轉(zhuǎn)速度為30 r/min，復(fù)雜地層采取快攪慢提的方法。（5）水泥的摻入比為18%，在實(shí)際施工中要考慮到水泥的損失及粘土中水泥漿的利用率。水泥的損失為2%，粘土中水泥漿的利用率為90%（經(jīng)驗(yàn)值）。4.3 施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果分析攪拌樁的現(xiàn)場(chǎng)水泥土強(qiáng)度與水泥和土攪拌的均勻程度密切相關(guān)6。水泥土攪拌樁的強(qiáng)度較低

16、，一般在0.51.5MPa。施工完成7天后可采用淺部開(kāi)挖樁頭（深度宜超過(guò)停漿面以下0.5m），目測(cè)檢查攪拌的均勻性，量測(cè)成樁直徑；14天后可鉆芯取樣檢查。分別對(duì)齡期22天的3根樁及齡期29天的1根樁采用鉆芯取樣分析、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及水泥土芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析，見(jiàn)表4。表4 水泥土芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果及得分表孔號(hào)齡期深度(m)硬度狀態(tài)得分標(biāo)貫擊數(shù)桿長(zhǎng)折算擊數(shù)齡期折算擊數(shù)得分強(qiáng)度(MPa)折算強(qiáng)度(MPa)得分每層得分上下得分綜合得分綜合評(píng)定1290-1.5堅(jiān)硬1005050501002.972.9410010095.395.7優(yōu)1.5-3堅(jiān)硬1005050501003-4.5硬塑75191

17、717850.750.7410085.84.5-6硬塑7518171610096.296.26-8硬塑751916161001.931.911003220-1.5堅(jiān)硬1005050501002.842.8410096.289.289.3良1.5-3硬塑751919199582.23-4.5硬塑75171616800.80.81004.5-6硬塑751514149589.389.36-8硬塑75151313900.930.931006220-1.5堅(jiān)硬1005050501001.861.8610010010095.7優(yōu)1.5-3堅(jiān)硬1005050501003-4.5堅(jiān)硬1005046461000

18、.680.681004.5-6硬塑7518171710091.391.36-8硬塑751715151000.700.70100硬塑751715151000.830.831008220-1.5堅(jiān)硬1005050501001.951.9510010010095.7優(yōu)1.5-3堅(jiān)硬1005050501003-4.5堅(jiān)硬1005046461002.852.851004.5-6硬塑7550464610091.391.36-8硬塑751815151000.830.83100硬塑751815151002.862.86100總體檢測(cè)芯樣顯示：在樁頂標(biāo)高33.13m以下04.5m范圍內(nèi)水泥含量均勻，為水泥土混合體，芯樣完整；標(biāo)高33.13m以下4.58m范圍內(nèi)水泥含量較均勻，芯樣較完整；整體成樁完整；4根樁無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值均不小于1MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；綜合評(píng)定為優(yōu)良樁。5 結(jié)論（1）在粘土、粉土地基處理過(guò)程中，水泥土攪拌樁普遍存在成樁攪拌不均勻，芯樣不完整等工程質(zhì)量問(wèn)題。主要原因?yàn)閿嚢铇妒┕すに嚥粔蚝侠?，未針?duì)不同的地質(zhì)情況，做出相應(yīng)的工藝參數(shù)調(diào)整。（2）對(duì)于粘