劉宏偉，鄭建璐，劉愛(ài)民

（1.天津臨港公用事業(yè)集團(tuán)有限公司，天津 300450；2.天津市渤海海洋監(jiān)測(cè)監(jiān)視管理中心，天津 300450；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

深層水泥土短樁的施工方法主要有水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、粉噴樁等[1-2]。水泥土攪拌樁又分為單軸、雙軸和三軸等形式，其中三軸水泥土攪拌樁具有相鄰樁搭接良好、經(jīng)濟(jì)效益高、成樁垂直度有保證、工藝簡(jiǎn)單、工期較短等優(yōu)點(diǎn)[3-8]。在公路工程的明挖或暗埋段的基坑底部的地基加固工程中常被采用。在深層短樁施工中，特別是黏性土層中，由于水泥用量受限、黏性土不易攪拌均勻、留漿困難、返漿嚴(yán)重等因素，常遇到成樁困難、強(qiáng)度低、不均勻、樁底標(biāo)高不足等問(wèn)題，制約和困擾著工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量。

本文以孟加拉國(guó)某工程為依托，分析了三軸攪拌樁短樁施工的關(guān)鍵影響因素，以控制成樁質(zhì)量、減少水泥用量、優(yōu)化施工工藝和解決施工過(guò)程存在的問(wèn)題為目的，通過(guò)調(diào)整施工工藝、改變水泥摻量等措施，進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證性試驗(yàn)，總結(jié)了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其研究成果可為同類工程提供參考和借鑒。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 地質(zhì)條件

工程位于孟加拉國(guó)吉大港入?？跊_積三角洲區(qū)域，地層平緩，地層土體為第四系沖積覆蓋層。表層有4.1 m厚度新填筑的松散粉砂層，下部依次為粉質(zhì)黏土、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、細(xì)砂（見(jiàn)表1）。其中主要加固土層為第6層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土狀態(tài)以軟塑為主，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，其上下緊鄰?fù)翆訛榧?xì)砂層，且為富含水層，均是承壓水水層。

表1 土體物理力學(xué)性能指標(biāo)Table 1 Physical and mechanical properties of soil

1.2 加固要求

明挖暗埋段基坑底板處于頂板深度15 m處，兩側(cè)為地連墻，此處為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，下部為密實(shí)細(xì)砂層。為給地連墻提供更好的側(cè)向受力條件和防止坑底土體隆起，基坑坑底擬采用裙邊+條狀的水泥攪拌樁加固方式，成樁深度3 m，坑底深度14~16 m，采用準(zhǔn)850@600 mm三軸攪拌水泥土樁，42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥土水泥摻量不小于20%，搭接250 mm，14 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa。樁位布置圖如圖1所示。

圖1 樁位布置圖（m）Fig.1 Pile layout(m)

2 試樁試驗(yàn)

2.1 試樁方案及結(jié)果

試驗(yàn)用三軸樁基設(shè)備的施工能力深度為28 m，最大樁徑1 000 mm，步履式樁架，三軸動(dòng)力頭功率為3伊75 kW=225 kW。

攪拌方法、水泥摻量、水灰比、工藝控制、空氣壓縮機(jī)的調(diào)控等因素對(duì)成樁質(zhì)量的影響較大，為選擇出一組既滿足加固要求又經(jīng)濟(jì)、快捷的施工參數(shù)，通過(guò)選擇不同的影響因素為變量，進(jìn)行試樁。不同影響因素下選取1~3根試樁進(jìn)行試驗(yàn)，以現(xiàn)場(chǎng)14 d芯樣試驗(yàn)強(qiáng)度進(jìn)行分析，來(lái)判定三軸水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，找出最優(yōu)的成樁方案。試樁方案和結(jié)果如表2所示。

2.2 試樁結(jié)果分析

2.2.1 水泥摻量

水泥摻量與成樁質(zhì)量關(guān)系密切，參照《型鋼水泥攪拌墻技術(shù)規(guī)程》的條文說(shuō)明和文獻(xiàn)經(jīng)驗(yàn)，黏性土為主的地區(qū)，多采用20%的水泥摻量，以此為依據(jù)增減水泥摻量進(jìn)行試驗(yàn)。深層短樁由于水泥流失、攪拌不均勻、地層及地下水、施工工藝等因素對(duì)其成樁質(zhì)量有較大影響，在保證質(zhì)量的情況下，水泥用量有很大差別，25%以下的水泥摻量成樁質(zhì)量都不能滿足設(shè)計(jì)要求，25%到31%的水泥摻量與成樁質(zhì)量能否滿足設(shè)計(jì)要求與施工工藝有直接關(guān)系，31%以上的水泥摻量基本上能滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 試樁方案和結(jié)果Table 2 Scheme and result of test piles

2.2.2 攪拌方法

從表2試樁方案和結(jié)果可以看出，水泥摻量為25.4%及以上時(shí)，四噴四攪的成樁質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，而同等水泥摻量?jī)蓢妰蓴嚨墓に嚐o(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。在水泥摻量相同的條件下，隨著噴攪次數(shù)的增加，攪拌樁的成樁質(zhì)量顯著增加，從現(xiàn)場(chǎng)取芯看，成樁均勻、樁體強(qiáng)度均顯著提高。

2.2.3 施工時(shí)樁底、樁頂標(biāo)高

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取芯試驗(yàn)驗(yàn)證（圖2），實(shí)際施工底標(biāo)高以上約有0.5 m左右的成樁質(zhì)量較差，無(wú)法保證成樁質(zhì)量，因此為保證有效的樁底標(biāo)高和樁頂標(biāo)高，施工時(shí)，在距樁頂標(biāo)高50 cm時(shí)開(kāi)始噴漿，在距樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下50 cm最終施工進(jìn)尺。因此，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際攪拌樁進(jìn)尺約比設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)多出1 m，設(shè)計(jì)樁身內(nèi)的樁體質(zhì)量得到了很好的保證。

圖2 四噴四攪工藝25.4%的水泥摻量的取芯試驗(yàn)Fig.2 Core test of 25.4%cement content of four-spray four-stirring process

2.2.4 水灰比

常用三軸攪拌樁的水灰比為1.2或1.5，按經(jīng)驗(yàn)根據(jù)注漿泵噴漿能力要求，最小的水灰比值為1.0。攪拌時(shí)水灰比減小會(huì)增大漿液密度和黏稠度，減小豎向的翻漿量，同時(shí)會(huì)減少向周邊土體的滲入流失量，因此，有助于減少攪拌時(shí)溢出漿量。通過(guò)同摻量同工藝的攪拌樁取芯狀態(tài)來(lái)判別，水灰比小的工藝成樁質(zhì)量要好于水灰比大的，也證實(shí)了上述分析的正確性。

2.2.5 工藝控制

正轉(zhuǎn)噴漿攪拌下沉，反轉(zhuǎn)噴漿復(fù)攪提升，攪拌時(shí)間越長(zhǎng)攪拌次數(shù)越多，攪拌均勻性越好。主要控制因素為下沉速度、上升速度和靜噴時(shí)間。試驗(yàn)過(guò)程中下沉速度控制在0.8~1.2 m/min，上升速度控制在0.5~1.6 m/min，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，上升速度越小，攪拌次數(shù)越多，成樁質(zhì)量越好，同時(shí)為了保證樁底的漿量充足，建議靜噴時(shí)間60 s。

2.2.6 空壓機(jī)的調(diào)控

空壓機(jī)噴出的高壓氣體與漿液混合后，在渦流的作用下穿透力更強(qiáng)，但也有負(fù)面的影響，受氣壓的影響，短樁的部分漿液會(huì)向上翻漿，因此，為更多地留住漿液，試樁過(guò)程中選擇了在最后上拔攪拌和噴漿過(guò)程中，停止空壓機(jī)噴氣，并進(jìn)行了比對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證，從所取芯的狀態(tài)來(lái)判別，并沒(méi)有顯著的區(qū)別，同時(shí)需要重復(fù)性的關(guān)停空壓機(jī)，給施工控制帶來(lái)負(fù)面影響，后期未被考慮。

2.2.7 土質(zhì)對(duì)成樁質(zhì)量的影響

在同一根試樁取芯檢測(cè)的條件下，粉質(zhì)黏土中的攪拌樁要比粉土、粉砂中的攪拌樁易出現(xiàn)含泥塊、攪拌不均、強(qiáng)度低等成樁質(zhì)量不好的現(xiàn)象，而且粉質(zhì)黏土中的攪拌樁無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比粉土、粉砂中的攪拌樁無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要低。

2.3 施工工藝確定

綜合考慮成樁質(zhì)量，水泥摻量，攪拌時(shí)間等因素，最終確定工程樁為四噴四攪施工工藝，在非成樁進(jìn)尺區(qū)，鉆桿在下沉和提升時(shí)均需注入水泥漿液或清水。在成樁進(jìn)尺區(qū)，下沉過(guò)程中，在距樁頂標(biāo)高50 cm時(shí)開(kāi)始噴漿，下沉到樁底標(biāo)高下50 cm后，向上提升2.5 m，再次下沉至樁底標(biāo)高下50 cm后，靜噴60 s，然后再提升至樁頂標(biāo)高并結(jié)束噴漿。水泥摻量25.4%，水灰比1.0，下沉速度控制在1.0 m/min，上升速度控制在0.9 m/min，靜噴時(shí)間60 s。

工后對(duì)大量工程樁進(jìn)行了取芯試驗(yàn)檢測(cè)，短樁的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值都大于1.0 MPa，樁底、樁頂成樁質(zhì)量良好，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)某三軸水泥攪拌樁坑底3 m短樁施工存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的試樁試驗(yàn)，總結(jié)了施工過(guò)程的關(guān)鍵因素，得出如下結(jié)論：

1）短樁施工時(shí)，應(yīng)充分考慮水泥流失量，如本工程3 m的短樁，水泥強(qiáng)度為42.5，水泥摻量應(yīng)不少于25.4%，樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度才能達(dá)到不少于1.0 MPa的要求。

2）本工程的施工工藝確定為：四噴四攪，下沉速度1 m/min、提升速度0.5 m/min，樁底標(biāo)高處?kù)o噴60 s，水灰比為1.0。

3）為了滿足樁底標(biāo)高成樁質(zhì)量要求，需超深進(jìn)尺0.5 m。