廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 51000

摘要：釘形水泥土雙向攪拌樁技術(shù)已在鐵路、高速公路、港口、碼頭、市政道路等多個(gè)領(lǐng)域百余項(xiàng)工程中得到應(yīng)用，目前最大處理深度已達(dá)28m，最大樁徑已達(dá)到1.3m；該技術(shù)的科學(xué)性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性已在工程中得到證明。本文主要介紹廣州市番禺區(qū)化龍鎮(zhèn)某市政工程軟基處理方案。

關(guān)鍵詞：軟基處理；釘形水泥土雙向攪拌樁；設(shè)計(jì)

一、工程概況

本次設(shè)計(jì)項(xiàng)目位于廣州市番禺區(qū)化龍鎮(zhèn)，為東西向市政道路。道路全長約775m，規(guī)劃為城市次干路，標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度為30m，按雙向4車道布置，設(shè)計(jì)車速40 km/h。在K0+082.312處設(shè)置有一座梁橋，橋上部結(jié)構(gòu)為2-13m預(yù)應(yīng)力空心板梁，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁接蓋梁形式。

本項(xiàng)目場地范圍地質(zhì)情況：

在勘探深度范圍內(nèi)，沿線巖土層自上而下主要為第四系耕植土層（Qpd）、填土層（Qml），第四系全新沖積層（Qal）淤泥（淤泥質(zhì)土）、淤泥質(zhì)細(xì)砂（細(xì)砂）、淤泥質(zhì)土（淤泥）、粉質(zhì)粘土、礫砂、卵石等。

特點(diǎn)：①淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土普遍存在，而且厚度較大、受擾動后強(qiáng)度降低明顯，軟弱層厚度多在28m左右，最大深度超過30m，處理難度很大。②場區(qū)地下水主要賦存于第四系全新統(tǒng)砂層、碎石層中的孔隙水和賦存于基巖裂隙中的基巖裂隙水。主要接受大氣降水滲入補(bǔ)給，以側(cè)向徑流、地表蒸發(fā)為主要排泄方式。勘察期間，測量到的穩(wěn)定地下水位埋深0.80～1.35m，水位標(biāo)高5.33～6.24m。③場地軟土層沉積時(shí)間短，其厚度較大，固結(jié)程度低，地基承載力低，孔隙比大，壓縮性大，在附加應(yīng)力作用下變形量大，滲透性低，固結(jié)處理強(qiáng)度增加緩慢，變形速率大且穩(wěn)定時(shí)間長，靈敏度較高，具有觸變性及流變性大的特點(diǎn)。

二、軟基處理方案的選擇

常見的深層軟土處理方法主要分為排水固結(jié)和復(fù)合地基處理。排水固結(jié)效果好，造價(jià)低，但需要施工工期長，路基要有一定的時(shí)間進(jìn)行預(yù)壓，鑒于本次工期緊張，設(shè)計(jì)推薦采用復(fù)合地基處理軟土。與常規(guī)的水泥攪拌樁相比較，釘形水泥土雙向攪拌樁在技術(shù)上有著諸多的優(yōu)勢：

技術(shù)性比較簡表

樁形

項(xiàng)目常規(guī)

水泥土攪拌樁釘形

水泥土雙向攪拌樁

施工工藝單向單管旋轉(zhuǎn)；易形成攪拌不均勻，成千層餅狀；留有冒漿通道，產(chǎn)生冒漿現(xiàn)象；影響樁體的強(qiáng)度和質(zhì)量雙向旋轉(zhuǎn)；攪拌均勻；阻斷冒漿通道，樁體的強(qiáng)度和質(zhì)量有保證。

結(jié)構(gòu)形式圓柱狀，結(jié)構(gòu)單一圓柱狀、釘形等其它形式，改善了樁體的受力狀況，受力更合理。

均勻性攪拌不均勻，易成千層餅狀，導(dǎo)致樁身強(qiáng)度降低正反向旋轉(zhuǎn)，攪拌均勻

漿液上冒冒漿嚴(yán)重，施工環(huán)境差無冒漿現(xiàn)象，施工環(huán)境好

受力合理性受力不合理受力合理，符合應(yīng)力的分布

擾動性對樁周土擾動性大，易引起鉆桿的左右搖動，對施工安全也不利對樁周土擾動性小，降低了鉆桿的搖動，利于安全施工

工藝流程采用四攪兩噴（或四攪三噴）的方法，流程復(fù)雜采用二攪一噴，流程簡單，便于質(zhì)量控制

施工管理工藝流程復(fù)雜，人為影響較大，不利于施工管理。工藝流程簡單，利于施工管理。

樁徑及施工深度樁徑小，處理深度淺，一般在15m以內(nèi)樁徑大，處理深度可達(dá)28米

共享性常用機(jī)械設(shè)備，廣泛使用。在常用機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上稍作改裝即可，大大加深處理深度，已大面積推廣使用

經(jīng)濟(jì)效益 與常規(guī)樁相比雖然單價(jià)有所提高，但大大降低了處理每平方米的造價(jià).其綜合經(jīng)濟(jì)效益比常規(guī)水泥土攪拌樁節(jié)省投資15% ～ 35%，并且隨著處理軟土深度的增加，其經(jīng)濟(jì)效益越發(fā)明顯。

本項(xiàng)目軟土深度較深，對于這種大規(guī)模軟土地基深層處理，在滿足規(guī)范要求和完工后沉降和穩(wěn)定性的前提下，還應(yīng)充分考慮工程造價(jià)和工期要求。針對這種情況，本次設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的釘形水泥土雙向攪拌樁來處理軟基。

三、釘形水泥土雙向攪拌樁處理方案

1、基本原理

釘形攪拌樁是通過對現(xiàn)有的常規(guī)水泥土攪拌樁成樁機(jī)械進(jìn)行簡單改造，配上專用的動力設(shè)備及多功能鉆頭，采用同心雙軸鉆桿，在內(nèi)鉆桿上設(shè)置正向旋轉(zhuǎn)葉片并設(shè)置噴漿口，外鉆桿上安裝反向旋轉(zhuǎn)葉片。通過外桿上葉片反向旋轉(zhuǎn)過程中的壓漿作用和正反向旋轉(zhuǎn)葉片同時(shí)雙向攪拌水泥土的作用，阻斷水泥漿上冒途徑，保證水泥漿在樁體中均勻分布和攪拌均勻，確保成樁質(zhì)量。同時(shí)將攪拌葉片設(shè)置成可伸縮葉片（注：該葉片可以在地面以下的任意深度處伸縮），以方便施工水泥土攪拌樁的上、下不同截面的樁身。釘形水泥土雙向攪拌樁即通過攪拌葉片的伸縮使樁身上部截面擴(kuò)大而形成的類似釘子形狀的水泥土攪拌樁。

2、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①釘形攪拌樁設(shè)計(jì)

釘形攪拌樁樁徑：擴(kuò)大頭樁徑110cm，下部樁徑70cm，擴(kuò)大頭長5m，三角形布置，道路紅線范圍內(nèi)的橋臺過渡段樁間距1.8m，道路紅線范圍內(nèi)的一般路段樁間距2.0m，道路路基作用范圍（約紅線外3m）樁間距2.2m。為分擔(dān)樁體應(yīng)力增加樁體間的橫向聯(lián)系，路堤基底全斷面鋪設(shè)一層50cm厚碎石墊層，墊層頂面鋪設(shè)一層雙向土工格柵，坡腳外的土工格柵要用土覆蓋，不能暴露在空氣中.筋帶的鋪設(shè)質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容按<<公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范>>的要求進(jìn)行。

樁身設(shè)計(jì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為R28=1.0Mpa，R90=2.0Mpa，復(fù)合地基承載力路基范圍≥120Kpa。

釘形水泥土雙向攪拌樁軟基處理剖面圖

②材料要求及水泥摻量的確定

A.材料要求

水泥采用42.5號普通硅酸鹽水泥，所購置的水泥應(yīng)是國家的免檢產(chǎn)品，且在有效期內(nèi)使用；嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。對非免檢廠生產(chǎn)的水泥，應(yīng)分批提供有關(guān)標(biāo)號、安定性等試驗(yàn)報(bào)告。

水灰比一般采用0.4～0.55。

為了增加攪拌樁水泥漿液的和易性和穩(wěn)定性，提高早期強(qiáng)度，并考慮到本段軟土的天然含水量較高，在制備水泥漿時(shí)可摻加減水劑，摻量由室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定。

B.水泥摻量的確定

攪拌樁的水泥摻量根據(jù)土樣天然含水量、孔隙比的不同，水泥摻入量應(yīng)相應(yīng)變化，本項(xiàng)目參考水泥摻量為15%，實(shí)際摻量應(yīng)由室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定，確保樁體28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≧1.2MPa。

C.土工格柵

土工格柵應(yīng)采用雙向拉伸型，幅寬4.0m，橫縱向設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度>40KN/m，延伸率≤10%。

3、施工工藝

平整地面→機(jī)具進(jìn)場進(jìn)行水泥攪拌樁施工→待水泥攪拌樁達(dá)到強(qiáng)度→檢測復(fù)合地基→合格后鋪設(shè)土工格柵→填筑路基至設(shè)計(jì)標(biāo)高處。

①攪拌機(jī)械運(yùn)至工地后，先安裝調(diào)試，待轉(zhuǎn)速、空氣壓力及計(jì)量設(shè)施正常后，再開始就位。

②攪拌機(jī)就位：攪拌機(jī)到指定樁位并對中；

③噴漿下沉：啟動攪拌機(jī)，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度；

④施工下部樁體：改變內(nèi)、外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌樁葉片收縮到下部樁體直徑；噴漿切土下沉：兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到設(shè)計(jì)深度，在樁端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌10秒以上；

⑤提升攪拌：攪拌機(jī)提升、關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到擴(kuò)大頭底面標(biāo)高；

⑥伸展葉片：改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片伸展至擴(kuò)大頭直徑；提升攪拌：提升鉆桿，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm；

⑦切土下沉：使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度；

⑧提升攪拌：關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm，完成單樁施工。

4、施工期間質(zhì)量控制措施

⑴項(xiàng)目經(jīng)理部指派專人負(fù)責(zé)攪拌樁的施工，全過程旁站水泥攪拌樁的施工過程。所有施工機(jī)械均應(yīng)編號，應(yīng)將現(xiàn)場技術(shù)員、鉆機(jī)長、現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、攪拌樁樁長、樁距等制成標(biāo)牌懸掛于鉆機(jī)明顯處，確保人員到位，責(zé)任到人。

⑵攪拌樁開鉆之前，應(yīng)用水清洗整個(gè)管道并檢驗(yàn)管道中有無堵塞現(xiàn)象，待水排盡后方可下鉆。

⑶為保證攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機(jī)上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進(jìn)行控制。

⑷對每根成型的攪拌樁質(zhì)量檢查重點(diǎn)是水泥用量、水泥漿拌制的罐數(shù)、壓漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象、噴漿攪拌提升時(shí)間以及復(fù)攪次數(shù)。

⑸為了確保樁體每米摻合量以及水泥漿用量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每臺機(jī)械均應(yīng)配備電腦記錄儀。同時(shí)現(xiàn)場應(yīng)配備水泥漿比重測定儀，以備監(jiān)理工程師和項(xiàng)目經(jīng)理部質(zhì)檢人員隨時(shí)抽查檢驗(yàn)水泥漿水灰比是否滿足設(shè)計(jì)要求。

⑹施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿時(shí)間和停漿時(shí)間。每根樁開鉆后應(yīng)連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。嚴(yán)禁在尚未噴漿的情況下進(jìn)行鉆桿提升作業(yè)。儲漿罐內(nèi)的儲漿應(yīng)不小于一根樁的用量加50kg。若儲漿量小于上述重量時(shí)，不得進(jìn)行下一根樁的施工。

⑺施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應(yīng)按監(jiān)理工程師要求整樁復(fù)攪，復(fù)噴的噴漿量不小于設(shè)計(jì)用量。如遇停電、機(jī)械故障原因，噴漿中斷時(shí)應(yīng)及時(shí)記錄中斷深度。在12小時(shí)內(nèi)采取補(bǔ)噴處理措施，并將補(bǔ)噴情況填報(bào)于施工記錄內(nèi)。補(bǔ)噴重疊段應(yīng)大于100cm，超過12小時(shí)應(yīng)采取補(bǔ)樁措施。

⑻現(xiàn)場施工人員認(rèn)真填寫施工原始記錄，記錄內(nèi)容應(yīng)包括：1、施工樁號、施工日期、天氣情況；2、噴漿深度、停漿標(biāo)高；3、灰漿泵壓力、管道壓力；4、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速；5、鉆進(jìn)速度、提升速度；6、漿液流量；7、每米噴漿量和外摻劑用量；8、復(fù)攪深度。

四、結(jié)語

與常規(guī)水泥土攪拌樁相比，釘形水泥土雙向攪拌樁同樣施工方便、操作簡單，機(jī)械在現(xiàn)有的水泥土攪拌樁機(jī)械上改造即可，設(shè)備投入少。并且有效解決了傳統(tǒng)水泥土攪拌樁由于施工過程中冒漿、攪拌不均勻引起的一系列樁身質(zhì)量問題，保證水泥土攪拌樁樁體中的水泥摻入量，提高水泥漿分布的均勻性，樁身質(zhì)量大大提高。從現(xiàn)有的工程實(shí)例看，其綜合經(jīng)濟(jì)效益比常規(guī)水泥土攪拌樁節(jié)省投資約15% ～ 35%，并且隨著處理軟土深度的增加，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益越發(fā)明顯。

參考文獻(xiàn)：

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