張正榮

（中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西 西安 710043）

近年來(lái)，水泥攪拌樁成墻技術(shù)在軟基處理、邊坡防護(hù)及水利水電工程滲水層處理中得到廣泛應(yīng)用，并取得較好的工程效益。由于水泥攪拌樁成墻施工難度大，技術(shù)要求高，如果控制不當(dāng)，不僅起不到預(yù)期效果，還會(huì)給工程留下嚴(yán)重的質(zhì)量和安全隱患。筆者親歷了部分工程的試驗(yàn)研究和防滲墻施工管理工作，發(fā)現(xiàn)施工前通過(guò)對(duì)影響攪拌樁質(zhì)量的因素分析，制定和采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，即可有效提高攪拌樁防滲墻的施工質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

1 影響水泥土攪拌樁防滲墻質(zhì)量因素分析

1.1 水泥摻入比

水泥土攪拌樁是利用水泥或水泥漿作為膠凝材料，通過(guò)特制的施工機(jī)械在地基深處就地將松散土層與注入的水泥一起攪拌，經(jīng)物理化學(xué)反應(yīng)硬結(jié)成具有整體性，水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥土樁。樁與樁相割搭接形成厚度和滲透性滿足防滲要求的水泥土防滲墻。水泥摻入比是指水泥在土料中摻入的重量與被加固土體天然濕重量之比。從成墻機(jī)理分析，水泥在土體中發(fā)揮填充作用和固化作用，當(dāng)水泥顆粒充分填充土粒之間的空隙，又能充分固化時(shí)，就會(huì)形成密實(shí)的、具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B性的穩(wěn)定體。工程試驗(yàn)證明，水泥土攪拌樁單軸抗壓強(qiáng)度隨水泥摻入比增大而增大，抗壓強(qiáng)度高、抗?jié)B效果好。因此水泥摻入比對(duì)墻體質(zhì)量起主要的決定作用。

1.2 水泥注入量

深層攪拌樁施工水泥摻入量是通過(guò)水泥漿方式注入到土體中的，水泥注入量是否能夠充分填充土中的空隙，影響水泥土攪拌樁密實(shí)度。充填密實(shí)，水泥土強(qiáng)度高，抗?jié)B就好。

1.3 施工工藝

成墻質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到地基處理的效果。水泥漿與土體攪拌的均勻程度也是影響墻體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。如同混凝土攪拌原理一樣，攪拌次數(shù)越多，水泥土攪拌越均勻，質(zhì)量越好。實(shí)踐證明，沙性土層容易攪拌均勻，而粘性土粒之間粘結(jié)力較沙性土粒之間粘結(jié)力高，容易造成土體成團(tuán)快隨攪拌頭旋轉(zhuǎn)，因而粘性土不易攪拌均勻，必須降低攪拌頭的提升速度，增加攪拌次數(shù)，使水泥土得到充分?jǐn)嚢?。從施工技術(shù)控制角度分析，質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)是樁徑、樁體斜率和樁體間的相互搭接，攪拌鉆頭提升和攪拌速度、漿液比重、摻入槳量。成樁過(guò)程中，若鉆桿垂直度偏離過(guò)大，易造成墻體開(kāi)叉。攪拌鉆頭由于高速旋轉(zhuǎn)，尤其是在沙性土層和堅(jiān)硬土層中，極易造成攪拌葉片磨損、脫落，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，未及時(shí)修補(bǔ)、更換，易造成攪拌樁之間墻體搭接不良或墻體厚度不夠，從而影響攪拌樁墻體的整體性和連續(xù)性。

2 控制措施

2.1 通過(guò)試驗(yàn)選擇攪拌樁技術(shù)參數(shù)

為了取得經(jīng)濟(jì)合理的攪拌樁水泥摻入量，施工前必須按照設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)資料，選取代表性地段進(jìn)行鉆探取樣，測(cè)定其天然狀態(tài)的物理性質(zhì)指標(biāo)，以便配制水泥土試樣。試驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)水泥攪拌樁防滲墻的技術(shù)要求和被加固土層的情況，擬定不同地層的水泥摻入比，通過(guò)測(cè)定7d或28d水泥土單軸抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)，選擇滿足設(shè)計(jì)要求的水泥摻入比。

為達(dá)到技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的目的，針對(duì)具體的施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及擬采用的水泥品種、施工設(shè)備，在正式攪拌樁施工前，還應(yīng)按照試驗(yàn)室推薦的水泥摻入比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝性試樁，最終優(yōu)選水泥攪拌樁的技術(shù)參數(shù)。

2.2 水泥漿注入量控制

漿液注入量以注入土體中的水泥漿充分填充土層中的空隙為佳，需根據(jù)水泥摻入比和土體天然重度、樁體直徑計(jì)算出每米水泥摻入量，再通過(guò)漿液的水灰比計(jì)算出每米漿液的注漿量。施工過(guò)程中，應(yīng)在每臺(tái)攪拌設(shè)備上配備電腦自動(dòng)記錄儀，以利及時(shí)對(duì)注漿量進(jìn)行控制和調(diào)整。采用電腦自動(dòng)記錄儀可以隨時(shí)打印施工資料，對(duì)施工過(guò)程鉆的進(jìn)深度和注漿量實(shí)行全程監(jiān)測(cè)，最大程度的降低人為干擾施工質(zhì)量。記錄儀在使用前必須通過(guò)法定計(jì)量部門(mén)的標(biāo)驗(yàn)，合格后方可使用。嚴(yán)禁使用由施工單位自制的記錄儀。由于固化劑從灰漿泵到達(dá)攪拌機(jī)械的出漿口需通過(guò)較長(zhǎng)的輸漿管，必須考慮水泥漿到達(dá)樁端的泵送時(shí)間，為了保證樁底獲得足夠的水泥漿，所使用的輸漿管長(zhǎng)度不要超過(guò)60m，當(dāng)攪拌頭下沉至設(shè)計(jì)高程時(shí)，應(yīng)在此停留約30s左右。注漿過(guò)程必須保持連續(xù)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致斷漿、停漿情況時(shí)，恢復(fù)施工后必須進(jìn)行補(bǔ)噴，且二次補(bǔ)噴復(fù)攪搭接深度不能小于0.5m。施工中注意觀察地面泛漿情況，應(yīng)以樁頂出現(xiàn)少量泛漿時(shí)為宜，如在二次噴漿中樁頂不泛漿，可能存在地質(zhì)缺陷、漿液流失或土層過(guò)于松散漿液無(wú)法填充密實(shí)的情況，應(yīng)查明原因，采取補(bǔ)救措施。

2.3 施工工藝控制

為了保證墻體的均勻性，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿提升速度。提升速度是通過(guò)工藝試樁確定的，施工中嚴(yán)禁隨意改變。為了保證水泥土攪拌均勻，攪拌次數(shù)不宜低于四次，噴漿過(guò)程不少于兩次。兩次噴漿是為了最大限度的減少?lài)姖{的不均勻性，尤其是二次噴漿，可對(duì)首次噴漿量不足的區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)漿。具體施工程序?yàn)椋菏紫葘嚢铏C(jī)鉆頭下沉至設(shè)計(jì)深度，開(kāi)啟灰漿泵在擬定壓力下，將水泥漿壓入地層中，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)攪拌，待鉆頭提出地面后，再次攪拌沉入土中，到設(shè)計(jì)深度后再注漿攪拌提升至地面。在粘性土含量較高的地層應(yīng)適當(dāng)降低鉆進(jìn)、提升速度，并采用合理的注漿壓力，以保證水泥漿注入量及其與被加固土體充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

針對(duì)施工過(guò)程中的難點(diǎn)，需加強(qiáng)施工過(guò)程中攪拌樁機(jī)鉆桿的垂直度控制，在攪拌樁機(jī)上安裝垂直觀測(cè)儀進(jìn)行鉆機(jī)調(diào)平。移位時(shí)，必須精確對(duì)準(zhǔn)樁位。為防止樁機(jī)傾斜、偏移，對(duì)樁機(jī)支撐面基礎(chǔ)必須進(jìn)行平整夯實(shí)加固。堅(jiān)持交接班時(shí)，必須檢查一次攪拌頭葉片直徑，發(fā)現(xiàn)磨損達(dá)到1cm時(shí)，必須予以修補(bǔ)、更換。攪拌頭與鉆桿連接必須牢固，每次攪拌頭提升出地面時(shí)應(yīng)注意觀察，防止攪拌頭脫落。

3 工程實(shí)例

陜西省涇惠渠西郊水庫(kù)位于三原縣縣城以西約2km的清峪河干流上，壩上游左右兩岸393.5m～399.5m高程為滲水層。393.5m～399.5m，滲水層處理方案為水泥土攪拌樁連續(xù)墻，防滲墻左右兩岸長(zhǎng)分別為216.66m和193.05m，防滲墻外緣厚度800mm，水泥攪拌樁直徑450mm，雙排布置，間、排距均為350mm，樁長(zhǎng)12.5m，處理后防滲墻滲透系數(shù)k≤1×10-6cm/s，單軸抗壓強(qiáng)度≥1.0MPa。要求通過(guò)試驗(yàn)選擇水泥摻入比。

根據(jù)滲水層處理設(shè)計(jì)方案，處理深度為12.0m，高程從392.5m至404.00m。393.5～399.5m為主要滲水層，將其劃分為一區(qū)，其余地層稱(chēng)為二區(qū)。分別在這兩層土中采取土樣，測(cè)得土料天然重度平均為19.0kN/m3，平均含水率23.6%。依據(jù)地層土情況，擬定水泥摻入比：12%、13%、15%、18%。按照《土工試驗(yàn)規(guī)程（SL237-014-1999）》中有關(guān)滲透試驗(yàn)、《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范（JTJ034-93）》及《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程（JTJ057-94）》中水泥穩(wěn)定土的有關(guān)方法進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定水泥土滲透性與抗壓強(qiáng)度，初步選擇水泥摻入比。

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著水泥摻入量的增加，滲透系數(shù)在降低；28d單軸抗壓強(qiáng)度隨摻入比增加呈直線增長(zhǎng)，滲透系數(shù)值為1.23×10-8cm/s～1.3×10-7cm/s，平均 4.59×10-8cm/s；單軸抗壓強(qiáng)度值為1.79～3.98MPa。試驗(yàn)結(jié)果符合一般規(guī)律，并滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，初選摻入比12.5%。按照樁徑45mm計(jì)算，水泥每米摻入量37kg，當(dāng)水灰比采用0.55∶1，注漿量為57kg/m。在正式打樁前，按此參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工藝性試驗(yàn)由于土層較密實(shí)，含水率偏低，鉆進(jìn)較困難，故在預(yù)攪下沉過(guò)程中少量加水，鉆進(jìn)較為順利通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試樁，最終選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比13.0%，水泥摻入量 39kg/m，水灰比 0.55∶1，漿液注入量60.5kg/m。

攪拌樁機(jī)和電腦自動(dòng)記錄儀為武漢工程機(jī)械研究所生產(chǎn)，記錄儀在使用前均經(jīng)過(guò)法定部門(mén)標(biāo)驗(yàn)。施工依據(jù)《建筑地基處理施工技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002）》進(jìn)行，施工前編寫(xiě)了施工組織設(shè)計(jì)，規(guī)定施工工序?yàn)樗臄噧蓢?，即預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)深度，開(kāi)啟注漿泵，在0.25～0.3MPa壓力下將灰漿壓入到被加固土層，邊噴漿邊提升，提升至地面后，重復(fù)以上過(guò)程。提升速度為0.2～1.0m/min，在土層堅(jiān)硬密實(shí)、鉆進(jìn)困難、粘土含量高的區(qū)域，降低提升速度；并在樁底適當(dāng)停留攪拌，以提高攪拌次數(shù)，確保攪拌均勻。

施工完成后，在墻體兩側(cè)進(jìn)行開(kāi)挖檢查樁與樁之間連接較好，樁體完整、墻體連續(xù)，防滲墻外緣厚度達(dá)到800mm。采用雙管鉆孔取芯進(jìn)行抗單軸壓強(qiáng)度試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)，結(jié)果表明，墻體28d單軸抗壓強(qiáng)度大于1.0MPa，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，水泥土攪拌樁防滲墻施工質(zhì)量控制是確保施工質(zhì)量的重要工作，筆者認(rèn)為，通過(guò)對(duì)影響攪拌樁質(zhì)量因素的分析，找出質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，制定相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，施工中采用先進(jìn)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)手段，精心組織，規(guī)范施工，加強(qiáng)管理，不僅能夠保證施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，而且能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。陜西水利