龍 勝

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

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竹洲頭泵站水泥攪拌樁噴漿法和噴粉法工藝性成樁試驗

龍 勝

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

介紹竹洲頭泵站進(jìn)行的水泥攪拌樁成樁試驗，采用噴漿和噴粉兩種方法進(jìn)行對比，并得出深層攪拌樁試樁試驗結(jié)果。針對試驗成果，調(diào)整了設(shè)計施工方法，確定了噴漿和噴粉工藝適用的范圍和部位。

深層攪拌樁 噴漿法 噴粉法 成樁試驗 竹洲頭泵站

1 工程概況

竹銀水源工程位于廣東省珠海市斗門區(qū)白蕉鎮(zhèn)，在珠江三角洲磨刀門水道右岸。工程建成后通過泵站抽水水庫蓄淡，與珠?，F(xiàn)有的供水系統(tǒng)相結(jié)合，向澳門、珠海東區(qū)(主城區(qū))和珠海西區(qū)水廠供水，滿足居民生活用水、工業(yè)企業(yè)用水及城鎮(zhèn)公共用水需求。

竹洲頭泵站基坑設(shè)有臨時圍堰進(jìn)行擋水，基坑開挖采用大開挖結(jié)合水泥攪拌樁柵格狀重力式擋墻進(jìn)行支護(hù)，先將上部人工填土以1∶2坡度放坡開挖至-1.0m高程平臺，在此平臺上做水泥攪拌樁柵格狀重力式擋墻，使圍堰和基坑滿足穩(wěn)定性、強(qiáng)度和變形要求。

泵站各主要建筑物(包括進(jìn)水間、主機(jī)間、安裝間、副廠房)基礎(chǔ)，均采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，水泥土攪拌樁穿過軟土層進(jìn)入全風(fēng)化細(xì)砂巖層。

以上二處原設(shè)計均為噴漿法水泥攪拌樁，但根據(jù)以往珠海市水閘工程的施工經(jīng)驗，當(dāng)?shù)亟^大部分臨江建筑物基礎(chǔ)均采用噴粉法水泥攪拌樁，且施工效果較好，因此本次實驗采用了噴漿法和噴粉法兩種成樁工藝進(jìn)行比較。

2 竹洲頭泵站地質(zhì)情況概述

竹洲頭泵站地面高程1.0m～3.5m，地形平坦，為人工開挖及填筑地形，根據(jù)鉆孔揭露，站址處巖土層自上而下為：

①人工填土。土黃色，成份主要為粉質(zhì)粘土，含少量基巖碎塊，稍經(jīng)壓實，厚度1.0m～4.0m；

②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥?；液谏?，成分主要為粘粉粒，標(biāo)貫擊數(shù)1～6擊，平均3擊，厚度2.6m～25.0m。頂板埋深1.0m～4.0m，相應(yīng)高程-1.54m～0.59m?？傮w上，上游較淺，下游略深，靠西側(cè)山邊較淺，東側(cè)河?xùn)|較深；

③淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、含泥砂卵礫石層?；疑饕煞譃榉奂?xì)砂砂礫石，間夾少量貝殼碎片，夾淤泥質(zhì)土中或其下厚度1.4m～5.0m；

④全風(fēng)化細(xì)砂巖或花崗閃長石、細(xì)砂巖。土黃色，細(xì)砂結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，花崗閃長巖，土黃色夾灰黑色，花崗結(jié)構(gòu)清晰可見，全風(fēng)化層中偶夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊，層厚0～14m，頂板埋8.2m～26.0m，相應(yīng)高程-2.26m～-23.5m，標(biāo)貫擊數(shù)10～39擊，平均20擊；

⑤強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖、細(xì)砂巖。灰白色，主要成份為石英，中厚層或塊狀構(gòu)造，巖心多呈碎塊狀、砂礫狀或半巖半土狀，頂板埋深6.2m～28.8m，相應(yīng)高程-26.03m～-2.26m，標(biāo)貫擊數(shù)30～51擊，平均43擊。

竹洲頭泵站上部人工填土、粉細(xì)砂和軟土層厚約8.2m～28.8m，存在砂層震動液化，軟土變形及抗滑穩(wěn)定問題，不宜作為泵站基礎(chǔ)持力層。泵站前池進(jìn)水間及主廠房建基面高程分別為-7.60m及-6.70m，副廠房及安裝間建基面高程分別為0.3m及0.0m。處于軟土層內(nèi)，必須對泵站地基進(jìn)行處理或采用樁基礎(chǔ)。

竹洲頭泵站面臨西江，背靠竹洲山，根據(jù)地質(zhì)鉆孔顯示，軟土層靠近江邊處較深，沿泵站軸線往下游逐漸變淺，近江處深約26m。

3 噴漿法和噴粉法工藝性成樁試驗

3.1 成樁試驗參數(shù)選擇

3.1.1 噴漿成樁試驗參數(shù)選擇

(1)水泥選用。按照《通用硅酸鹽水泥》(中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007)第6.2條規(guī)定：“普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R四個等級”，在經(jīng)與監(jiān)理、設(shè)計等單位溝通同意后，采用江門市新昌水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥；

(2)水泥摻量選定。在經(jīng)與監(jiān)理、設(shè)計等單位溝通同意后，按14%、16%、18%的水泥摻量來做試樁實驗；

(3)樁機(jī)的選定。采用PH-5B型噴粉樁機(jī)(按配套設(shè)備的不同，可噴粉也可噴漿)；

(4)攪拌次數(shù)，采用四噴四攪工藝；

(5)試驗技術(shù)操作參數(shù)選擇如下：①水灰比約為0.45～0.50(暫定為按0.50進(jìn)行試驗)；②鉆進(jìn)速度：V≤1.0m/min；③提升速度：V≤0.8～1.0m/min；④攪拌速度:大于(30～50)轉(zhuǎn)/min；⑤注漿泵壓力：(0.2～0.5)MPa；⑥注漿泵調(diào)速電機(jī)：(250～450)轉(zhuǎn)/min；⑦水泥漿預(yù)攪時間：>4min；⑧樁尖標(biāo)高按進(jìn)入持力層土層的深度不小于50cm(可根據(jù)工作電流的變化判斷是否已進(jìn)入持力層)控制；⑨確定每米水泥漿量和水泥漿比重。

3.1.2 噴粉成樁試驗參數(shù)選擇

(1)水泥摻入比。珠海地區(qū)淤泥層含水量大，工程性質(zhì)差，根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合以往珠海市水閘工程的施工經(jīng)驗，在經(jīng)與監(jiān)理、設(shè)計等單位溝通同意后，試樁每米水泥摻入比選取14%、16%、18%三種，對應(yīng)每米樁體水泥摻入量分別為70kg、80kg、90kg三種(泥土容重按1.74g/cm3考慮)，每種摻入比試樁2條；

(2)噴粉量。采用電腦控制每米的噴粉量，其偏差在-3kg～+5kg范圍內(nèi)；

(3)攪拌次數(shù)。采用二噴四攪工藝，樁體全段一次復(fù)攪；

(4)試驗技術(shù)操作參數(shù)選擇如下：鉆進(jìn)下沉速度：(0.8～1.5)m/min；噴粉提升速度：(0.6～1.2)m/min；復(fù)攪：(0.6～1.2)m/min；壓縮空氣壓力：(0.2～0.4)MPa；氣流量：20L/s。

3.2 主要施工人員及施工設(shè)備配備

噴漿成樁施工人員及施工設(shè)備配備見表1、表3；噴粉成樁施工人員及施工設(shè)備配備見表2、表4。

表1 噴漿主要勞動力配備

表2 噴粉主要勞動力配備

表3 噴漿主要設(shè)備投入

表4 噴粉主要設(shè)備投入

3.3 成樁試驗方案

3.3.1 樁數(shù)的選定。按14%、16%、18%三種不同的水泥摻量，即每米摻量70kg、80kg、90kg水泥，每組四條，其中兩條采用水泥漿攪拌法，兩條采用噴水泥粉攪拌法，共計十二條。

3.3.2 試樁的地點。選在基坑開挖范圍外，下層土質(zhì)條件接近工程區(qū)域的位置。

3.3.3 樁長的選定。經(jīng)實測，試樁區(qū)地面高程為2.60m，據(jù)地質(zhì)資料，上面1m～1.5m左右為人工回填土，其下層-14m基本均為淤泥質(zhì)粘土，擬定樁長可定在12m和15m，樁身入淤泥質(zhì)粘土層可達(dá)10m～13m。

3.4 施工方法

3.4.1 噴漿施工方法

噴漿施工工藝流程：樁位放樣→鉆機(jī)就位→檢驗、調(diào)整鉆機(jī)→鉆進(jìn)并打開高壓注漿泵注漿至設(shè)計深度→提鉆噴漿攪拌上升至工作基準(zhǔn)面以下0.5m→重復(fù)噴漿攪拌下鉆至設(shè)計深度→重復(fù)噴漿攪拌上升至設(shè)計深度至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁。

3.4.1.1 噴漿施工準(zhǔn)備。測量隊放出該段基礎(chǔ)的邊線和中樁，并用白灰撒出場地并清理，用裝載機(jī)將坑洼不平部位表面推平，局部低洼處回填路基填筑料，防止樁基下沉，路基坡腳外挖出排水溝，以防止積水。

在原地面用挖掘機(jī)或裝載機(jī)等機(jī)械挖至設(shè)計標(biāo)高后，定出樁位，并用石灰水或打入竹片樁作好樁位標(biāo)識，頂上用紅油漆涂上樁中心點，并灑上白灰，樁機(jī)移動到所打樁位處，使鉆頭中心、樁中心及鉆桿中心保持在同一豎直線上。

3.4.1.2 定位。吊機(jī)就位后，懸吊深層攪拌機(jī)到指定位置，對準(zhǔn)樁位，保持起吊架垂直。鉆機(jī)就位應(yīng)滿足圖紙要求，垂直度偏差不大于1.0%(裝吊垂球檢測)，為確保垂直度控制良好，分別在鉆機(jī)四個支座處加設(shè)較大面積的鋼板，使鉆機(jī)在鉆進(jìn)中保持平穩(wěn)，鉆進(jìn)時要經(jīng)常檢查垂直度，如發(fā)現(xiàn)偏差則邊鉆進(jìn)邊調(diào)整，在開始時保持較慢的鉆進(jìn)速度，待機(jī)身穩(wěn)定后再加快鉆進(jìn)速度。樁的孔位置與圖紙偏差不得大于50mm。

3.4.1.3 配制水泥漿。在深層攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架邊攪拌切土下沉前，開始按設(shè)計確定的配合比拌制水泥漿，配置好的漿液必須過篩，并將水泥漿倒入集料斗中備用。

3.4.1.4 預(yù)攪噴漿下沉。待深層攪拌機(jī)冷卻水循環(huán)正常后，啟動攪拌機(jī)，后緩慢放松起吊鋼鏈條，使深層攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架邊攪拌邊切土下沉邊打開高壓注漿泵注漿，下沉速度由電機(jī)電流監(jiān)測表控制，保證工作電流不大于額定電流。施工過程中嚴(yán)格控制攪拌時的下沉和提升速度，提升或下沉速度不得超過1.0m/min，以保證加固范圍內(nèi)每一次深度均得到充分?jǐn)嚢?。在成樁過程中遇有故障而停止噴漿，第二次噴漿接樁時，其重疊長度不得小于0.5m。接樁間隔時間不大于24h，否則應(yīng)重打該樁。

3.4.1.5 噴漿攪拌深層攪拌機(jī)下沉并噴漿攪拌至設(shè)計深度后，按設(shè)計確定的提升速度噴漿提升深層攪拌機(jī)。當(dāng)深層攪拌機(jī)提升至地面以下1m時，應(yīng)慢速提升和旋轉(zhuǎn)，即將出地面時，應(yīng)停止提升，攪拌10s～20s，以保證樁頭密實。

3.4.1.6 重復(fù)攪拌。為使軟土與水泥漿攪拌均勻，再次將深層攪拌機(jī)噴漿下沉至設(shè)計要求深度，再邊攪拌邊噴漿提升至地面，進(jìn)行重復(fù)攪拌。根據(jù)設(shè)計圖紙要求，水泥攪拌樁樁頂以下3m范圍內(nèi)應(yīng)復(fù)攪。

3.4.1.7 清洗。向集料斗中注入清水，開啟灰漿泵，清洗全部管道中殘存的水泥漿，保持清洗干凈。

清洗后，將鉆機(jī)移至下一個樁位重復(fù)施工，同時對樁頭進(jìn)行處理，達(dá)到設(shè)計要求。

施工樁頂標(biāo)高宜高出樁頂標(biāo)高不少于1.0m，在開挖基坑時，應(yīng)將攪拌樁樁頂施工質(zhì)量較差的樁段用人工挖除。

3.4.2 噴粉施工方法

水泥噴粉深層攪拌樁施工工藝流程(二噴四攪)見圖1。

圖1 噴粉施工工藝流程

3.4.2.1 樁機(jī)就位。樁位復(fù)核，樁機(jī)就位，對準(zhǔn)樁位，保持起吊架垂直。鉆機(jī)就位應(yīng)滿足圖紙要求，垂直度偏差不大于1%(裝吊垂球檢測)，為確保垂直度控制良好，分別在鉆機(jī)四個支座處加設(shè)較大面積的鋼板，使鉆機(jī)在鉆進(jìn)中保持平穩(wěn)。鉆進(jìn)時要經(jīng)常檢查垂直度，如發(fā)現(xiàn)偏差要邊鉆進(jìn)邊調(diào)整，樁的孔位置與圖紙偏差不得大于50mm。

3.4.2.2 啟動空壓機(jī)，使氣流正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，開動鉆機(jī)向正向轉(zhuǎn)動，加壓下鉆，當(dāng)攪拌頭到達(dá)設(shè)計樁底以上1.5m時，即開啟噴粉機(jī)提前進(jìn)行噴粉作業(yè)，直到設(shè)計深度的持力層，轉(zhuǎn)約1min。鉆進(jìn)速度為(0.8～1.5)m/min。

3.4.2.3 轉(zhuǎn)1min后，立即提鉆，同時開動鉆機(jī)反轉(zhuǎn)，邊提升邊攪拌邊噴粉，提鉆噴粉至樁頂標(biāo)高以上0.5m處停止噴粉，平均提升速度為(0.6～1.2)m/min，鉆頭的攪拌速度為15mm/轉(zhuǎn)，復(fù)攪與提升時的管道壓力為0.2MPa～0.4MPa，汽流量為20L/s。

3.4.2.4 重復(fù)下鉆噴粉攪拌到設(shè)計孔深，完成三次攪拌。

3.4.2.5 關(guān)閉噴粉閥門，提升鉆頭，攪拌到設(shè)計樁頂標(biāo)高，完成二噴粉四攪拌工序。

3.4.2.6 對攪拌鉆頭進(jìn)行檢查，鉆頭內(nèi)磨損量不得大于10mm，超過允許值，須更換。

3.4.2.7 清理。鉆頭提升至地面，清除鉆頭泥包。

清理完后，將鉆機(jī)移至下一個樁位重復(fù)施工，同時對樁頭進(jìn)行處理，達(dá)到設(shè)計要求。

4 試驗檢測成果

4.1 試驗實施情況

現(xiàn)場試驗實施時出現(xiàn)以下特殊情況：

(1)攪拌機(jī)下沉到12m深時遇硬質(zhì)層，無法繼續(xù)下攪，現(xiàn)場監(jiān)理確認(rèn)后，將實驗深度均調(diào)整為12m深；

(2)在噴粉試樁時，由于天氣因素和其他因素影響，造成成樁時間過長，經(jīng)監(jiān)理現(xiàn)場確認(rèn)，將噴粉樁各種摻入比調(diào)整為各打1條。

4.2 試驗檢測結(jié)果

本次試驗樁到28d齡期，水利部珠江水利委員會基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心對試驗樁強(qiáng)度及完整性進(jìn)行了抽芯檢測。

所抽芯檢測樁樁體水泥土連續(xù)完整，攪拌一般均勻～均勻。水泥摻入比為14%、16%和18%的噴漿水泥攪拌樁抽芯試件抗壓強(qiáng)度分別為0.22MPa～0.47MPa、0.29MPa～0.74MPa和0.81MPa～0.92MPa；水泥摻入量為14%、16%和18%的噴粉水泥攪拌樁抽芯試件抗壓強(qiáng)度分別為1.35MPa～1.45MPa、1.08MPa～4.04MPa和1.11MPa～2.21MPa。

5 試驗結(jié)論

水泥摻入比為18%的噴漿水泥攪拌樁抽芯試件28d抗壓強(qiáng)度為0.81MPa～0.92MPa(水灰比為0.55，設(shè)計fcu28≥0.80MPa)。

水泥摻入比為14%、16%和18%的噴粉水泥攪拌樁抽芯試件28d抗壓強(qiáng)度分別為1.35MPa～1.45MPa、1.08MPa～4.04MPa和1.11MPa～2.21MPa，均大于設(shè)計fcu28≥0.80MPa。

考慮到支護(hù)樁及基礎(chǔ)樁對防滲及承載要求各有側(cè)重，并滿足設(shè)計fcu28≥0.80MPa要求，采用：(1)支護(hù)樁著重考慮防滲要求，采用噴漿樁水泥摻入比不小于18%(水灰比0.55)；(2)基礎(chǔ)樁著重考慮承載要求，采用噴粉樁水泥摻入比不小于16%。

龍 勝(1970.1-)，男，湖北荊門人，總經(jīng)理助理，高級工程師，主要從事技術(shù)管理。

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