水泥攪拌樁軟基處理技術在施工質量控制方面的措施分析

王建強 WANG Jian-qiang

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

采用水泥攪拌樁加固軟弱土層是鐵路路基軟基處理常用的方式之一，能夠有效增強地基承載，其重點控制在于保證成樁質量。但是在實際施工過程中，水泥攪拌樁施工受人為因素影響較大，鉆進提升的速度和次數不能很好保證，且單純為提高成樁質量，傳統意義多采用增加水泥用量來保證樁基強度，增加了施工成本，尤其輕視施工準備工作和試樁總結，此類情況下需投入大量的人財物，造成不必要的成本浪費，此時選擇合適的配比尤為重要，包括前期充分的地質核實，漿液外摻粉煤灰既能提高強度，又能降低成本，采用鉆機智能監測系統和人員教育培訓降低人為因素，保證成樁質量，優化施工工藝和設備提高攪拌均勻性和密實性。此類控制措施在濱港鐵路二期工程二標段水泥攪拌樁施工中取得了很好的效果。

1 工程概況

濱港鐵路二期工程施工二標項目部，位于山東省濱州市無棣縣、北海新區境內，地處濱海地區（黃河古道入?？冢?，沿線水系豐富，溝渠密布，地下水位較高，地質多為粉土粉砂層，地表水、地下水對混凝土結構具有氯鹽、硫酸鹽侵蝕作用，標段內多為填方路堤，路基多為水中路基，見圖1，地質環境復雜，施工難度大，路基軟基處理均采用水泥攪拌樁加固，攪拌樁的布置型式為正三角形，水泥摻量為被加固濕土質量的12%～20%，水灰比宜為0.45～0.55。樁長8～15m，樁間距1.1～1.5m，樁徑0.5m，加固區域為路基整體寬度范圍。由于工程數量較大，地質復雜，水系豐富，地下水位較高，如何保證攪拌樁成樁質量為項目重難點。

圖1 路基原地貌

2 影響攪拌樁成樁質量因素

影響攪拌樁成樁質量因素較多，如軟土的土質、水泥等固化劑以及施工工藝等，本文結合濱港項目實際施工情況，主要介紹以下幾個因素。

2.1 地質水文因素

攪拌樁作為地下工程，影響因子有一定的不確定性、未知性。地質地形的多樣化、地下障礙物的不明化，以及地下水水質對結構的侵蝕作用，使得施工難度加大，影響成樁質量。濱海地區地質多為粉土、粉砂，局部地層中夾雜貝殼層，受海水的潮汐作用影響下，部分攪拌樁成樁質量較差或攪拌不均勻。地表水、地下水對結構的侵蝕作用，也會影響攪拌樁的成樁質量。

2.2 施工工藝、機械設備因素

施工工藝、攪拌樁鉆機是否滿足實際施工情況，機械設備的性能以及各設備間的匹配等，對施工質量有著直接的影響。傳統攪拌樁采用四攪兩噴施工工藝，在實際施工中易出現噴頭封堵現象，現場施工往往會根據規范選取允許的最快速度、最大噴漿壓力等，以滿足一定的勞動生產率，各施工參數、施工工藝也并不一定互相匹配，從而影響成樁質量，且無形造成材料浪費，加大施工成本。攪拌樁鉆機自帶鉆頭噴漿口尺寸為通用型，在實際施工中不一定能很好滿足實際施工需求，噴漿口直徑影響噴漿數量的大小，進而影響成樁質量，機械設備因素還包括鉆機是否已檢測合格，各儀器儀表是否正常運轉等，都直接影響樁體施工質量。

2.3 作業人員的因素

攪拌樁作為相對成熟且簡單的施工工藝，作業人員質量意識也是影響攪拌樁成樁質量關鍵因素。目前我國建筑行業作業人員整體教育水平較低，作業人員在受收入、作業環境等外界因素干擾下，外加機械設備無法智能監測作業的相關數據，可能存在違規施工現象，從而影響攪拌樁成樁質量。另外就是施工人員技術水平差異，會體現在面臨特殊情況的處理效率和處理方式不同，對成樁質量也會產生較大的影響。

3 水泥攪拌樁成樁質量的控制措施

3.1 做好水文地質核查及作業人員教育培訓準備工作

水泥攪拌樁成樁質量受水文地質情況影響較大，在施工前期，需進行地質核查、水質分析。地質核查先進行圖紙核實，確定設計地質情況，其次進行現場實際調查取樣核實，進行室內試驗分析。分工點、段落或地貌地形，沿著線路縱向在代表性地質地段進行動力觸探和鉆探、試坑等檢驗，測定各類土質相關物理、力學指標參數，包括水位深度、蝦池溝渠的分布范圍、淤泥厚度、地下管線及建筑物等，在設計地質土層多變地段可加密進行檢驗，核對設計地質資料，科學分析水文地質情況，用以確定水泥攪拌樁理論配合比，為后期施工提供基礎。

作業人員應全過程進行詳細的安全教育培訓、技術交底、班前教育以及現場技術指導等，包括作業安全、相關技術要點、操作流程、注意事項以及規章制度的學習，提高施工作業人員整體素質和技術水平，并結合相關獎懲措施和激勵措施，如設立質量安全獎、先進工人、先進班組、勞動模范等措施，培養工人積極性和主動性，強化作業人員質量意識，降低違規操作，保證施工質量。

3.2 重視機械設備的檢測審核

水泥攪拌樁鉆機智能監測系統為攪拌樁施工質量控制的第一控制因素，機械設備進場前需做好相關檢測審核，如噴漿壓力表、噴漿記錄儀、電磁流量計、深度測定儀等必須經國家計量部門檢測認定并出具檢測合格證書方可使用，見圖2。在使用過程中應反復檢查各種儀器儀表是否在正常運轉，且鉆機應配備檢測合格的易損備用件，以備緊急情況下使用，確保施工進度，防止發生“斷樁”現象，造成成本浪費。

圖2 檢測合格證書

3.3 確定合適的施工配合比

濱港項目沿線土體含鹽高，地質多為粉砂層，地下水位較高，且具有氯鹽侵蝕作用，水中的硫酸根和水泥漿液中的堿性物質發生化學反應，產生水化鋁酸三鈣、鋁酸四鈣等，形成鋁酸鈣結晶，在攪拌樁體內產生膨脹作用，降低攪拌樁強度，并且含水量大的土層影響漿液水灰比，含水量越大，其強度會降低。通過正交試驗，運用水文地質核查的相關數據和室內試驗確定試樁配合比種類，再根據不同配比進行試樁，試樁段選取代表性地質地段，結合試樁檢測結果（抗壓強度和樁身完整性），最后確定最優施工配合比，即水泥摻量18%（41.6kg/m）、粉煤灰摻量35%（22.4kg/m），水灰比0.54，水34.5kg/m（土體含水量小于30%），摻入粉煤灰，可有效緩解鹽類的侵蝕作用，粉煤灰還可改善水泥漿液和易性，提高樁體密實度，有增強材料強度的作用，且粉煤灰的價格遠低于水泥的價格，在保證質量的前提下，可節約施工成本，提高經濟效率。

3.4 采用水泥攪拌樁智能化監測及四攪四噴施工工藝

水泥攪拌樁智能化輔助監測施工，由施工數據采集系統、攪拌樁噴漿記錄系統、噴漿壓力監測系統等組成。施工時，數據采集系統負責采集、傳輸鉆桿電流、鉆進提升速度、鉆孔樁長等關鍵施工參數；噴漿記錄系統負責每米噴漿數量、總樁噴漿量及噴漿攪拌時間等材料用量參數；噴漿壓力系統實時顯示噴漿壓力，用來檢測噴漿是否能有效進入樁體范圍；鉆孔相關數據及結果傳送至主機，最后傳送至打印機實時打印，做到一根樁一組數據；漿液制拌系統采用帶體積刻度定制的攪拌桶，保證樁體噴漿總量；各項目相關方可隨時隨地查看樁基成孔數據，隨時抽查數據準確性，掌握實時施工情況，對現場進行準確監控。智能化及數據化施工改變了傳統人工操作模式，降低人為的調控，保證樁長及噴漿數量，確保數據真實有效，結合試驗段相關數據，現場操作人員可根據不同土層，結合鉆進時鉆桿電流值變化，調整鉆進速度，控制噴漿壓力，使各土層的實際水泥漿摻量符合設計要求。

采用四攪四噴施工工藝，即鉆進提升各兩次，并同時進行噴漿作業，代替四攪兩噴施工工藝，防止噴漿口封堵，提高攪拌均勻性，施工工藝流程圖見圖3。

圖3 攪拌樁施工工藝流程圖

3.5 確定合適的施工參數

水泥攪拌樁重點為過程控制和施工參數的把握，尤其施工參數變化更為把控要點。樁長、鉆進提升速度、噴漿量等可通過智能化系統直觀監測，但施工參數只能通過大量試驗數據進行分析總結，尤其地質多變復雜地段更應加大試驗。本標段一般粉土粉砂層中噴漿壓力控制在0.4～0.6MPa，在硬質粉砂土層調整為0.5～0.8MPa，這樣既能保證成樁質量，又能有效減少“冒漿”現象。噴漿攪拌第一次下沉速度粉土粉砂層控制在0.6～1.0m/min，基底硬質粉砂層控制在0.6～0.8m/min，噴漿攪拌第二次下沉速度控制在0.6～1.0m/min，兩次噴漿攪拌提升速度均控制在0.8～1.0m/min，攪拌提升各兩次。

3.6 優化機械設備

機械設備的優化，首先采用加長鉆頭（鉆頭長度為1m）。其次調整噴嘴口直徑，其直徑大小應結合噴漿壓力調整（0.3～0.5cm），噴嘴位置調整至翼片正下方，效果類似葉緣噴漿噴頭，隨著葉片的轉動和切割，漿液能很好的和土體攪拌均勻。最后調整鉆頭翼片數量與位置，翼片數量增加四枚，呈梅花形布置，翼片與水平方向夾角不大于5°，可以有效提高土體強制攪拌程度，土塊被粉碎的會越小，攪拌就會越均勻。

3.7 特殊地段降低鉆進提升速度提高樁體強度

濱港鐵路二期工程施工二標段范圍內因多條河流作為防洪河道，河流密集并于海水貫通，潮汐現象非常明顯。在受潮汐影響的河流處涵洞攪拌樁試驗段施工，對樁基承載力檢測及鉆孔取芯發現，設計樁底位置約2m范圍成樁效果較差，個別樁基只有水泥味，且強度較小。通過對地質取樣和土體含水量檢測，發現樁底范圍夾雜大量貝殼，土質含水率隨地層深度變化較大，深層土質中土體含水量受潮汐現象影響明顯，這樣環境下直接影響漿液水灰比，造成基底成樁質量差或強度不足，通過試驗，需在此類特殊地段水泥攪拌樁樁底4m范圍，降低鉆進或提升速度，即鉆進提升速度調整至0.4～0.6m/min，增大樁底4m范圍漿液用量，適當增加樁體漿液設計總量，提高樁體強度，可有效緩解此類地段樁底2m范圍成樁質量較差的難題。

4 其他相關控制措施

4.1 控制樁體垂直度和樁徑

水泥攪拌樁作為豎向承重結構，樁體垂直度也是影響樁體承載能力因素，進而影響成樁質量，樁體垂直度應控制在1.5%范圍內。施工前、施工中均需反復檢查鉆機垂直度、鉆頭直徑是否滿足要求，鉆機垂直度控制包括垂直于地面設置攪拌機，導向架垂直度及設備平整度需嚴格控制，鉆機支腿應加設支墊支撐平穩，帶有導向架的鉆機應掛設水平尺以便實時檢查鉆機垂直度，自行式單軸攪拌機只需根據鉆機自帶整平系統自動調整。成樁后的水泥攪拌機應做好漿液清洗，通過注漿系統注入清水，對攪拌頭葉片磨損情況進行檢查，并及時對鉆頭進行補焊，鉆頭直徑應不小于設計樁徑，確保樁徑滿足設計要求。

4.2 保證噴漿系統運轉正常

根據配比進行漿液拌制，攪拌時間不低于60s，攪拌后應用過濾網對漿液進行過濾，防止堵塞噴漿管，然后排放到儲備池中備用。注漿之前應查看系統密封情況，保持漿液在系統內的流暢性。施工中應控制好漿液輸送管的長度，確保噴漿壓力滿足要求，灰漿泵將漿液通過輸送管直接泵送到噴嘴上，讓水泥漿能夠在最短時間內噴入樁基土層。

4.3 控制樁頂樁底位置成樁質量

在鉆進時水泥漿需下沉到一定深度，攪拌葉才能開始攪拌，設計的配合比現場需要嚴格遵循。在鉆至設計樁底或復攪提升至樁頂時，均應停止鉆進，噴漿攪拌30s，在漿液與土體充分攪拌后，再開始噴漿提升，施工中應注意攪拌樁施工完成28d內嚴禁任何機械在上面行走。

4.4 噴漿中斷控制措施

對于施工過程中出現的噴漿中斷情況，應在斷漿面上或下0.5m范圍進行噴漿鉆進或噴漿提升，按照原定鉆進提升速度進行，保證水泥攪拌樁在斷漿面處的緊密性與連續性能夠得到保障。因故停機超過3h后再恢復正常施工，可在原樁位旁補樁，樁長應不小于設計樁長。

通過在施工前期詳細的準備工作，包括地質調查核實、人員培訓、機械設備檢測和優化等，結合試驗段總結的相關試驗數據和施工參數，確定了滿足現場的最優配合比，并在施工過程中根據不同地質情況選取符合要求的施工參數，利用四攪四噴施工工藝和智能輔助監測系統，控制樁體垂直度和樁徑，即保證了水泥攪拌樁成樁質量，又整體降低了施工成本，達到了預期的效果，較好的解決了濱海地區粉砂地質攪拌樁成樁質量控制的難題。

5 結語

綜上所述，濱海地區粉土粉砂地質情況下，通過重視前期準備工作，運用四攪四噴施工工藝，對樁體實施方案進行優化，利用試驗總結數據確定合理的施工參數，選擇合適的機械設備，結合特定環境下所采用一系列措施，保證了水泥攪拌樁的質量控制，對類似工程具有一定的借鑒意義。結合本文相關控制措施，水泥攪拌樁選用處理方法時還是應堅持因地制宜，綜合考慮地質條件、工程建設標準和經濟效益，持續探索新工藝和新方法以實現地基處理效果最優化為基本前提。