李曉東

（中交路橋華北工程有限公司，北京 100000）

1 概述

市政道路作為城市交通重要組成部分，不僅是城市交通的重要組成部分，更作為一種特殊的景觀向人們展示城市的風(fēng)采，因此市政道路的施工質(zhì)量與道路體現(xiàn)的人文關(guān)懷會(huì)直接影響到城市形象[1]。軟土地基是城市道路常見(jiàn)通病之一，也是導(dǎo)致路基不均勻下沉，引起路面開(kāi)裂的重要原因之一，其處理的結(jié)果將直接影響路基施工質(zhì)量。水泥攪拌樁是利用固化劑與原土體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使軟土地基硬結(jié)，從而達(dá)到加固軟土地基的效果[2]。本文結(jié)合福建省瑯岐市政EPC 項(xiàng)目實(shí)際情況，旨在探究多向水泥攪拌樁在沿海地區(qū)軟土地基應(yīng)用的施工條件，在保證成樁質(zhì)量的同時(shí)尋求經(jīng)濟(jì)效益的最大化，為沿海地區(qū)多向水泥攪拌樁施工提供一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。

2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

2.1 使用江蘇建固發(fā)明的多向水泥攪拌樁鉆頭，通過(guò)增加多組攪拌葉片、伸縮葉片，促使水泥漿由內(nèi)向外橫向均勻攪拌，滿足變徑、地基承載力等施工技術(shù)要求，保證多向水泥攪拌樁成樁質(zhì)量。

圖1 多向水泥攪拌樁施工原理圖

2.2 通過(guò)試驗(yàn)室水灰比配置測(cè)定“水灰比-泥漿比重”曲線，通過(guò)自動(dòng)計(jì)重稱(chēng)量設(shè)備保證水泥摻量準(zhǔn)確，通過(guò)泥漿比重計(jì)測(cè)定泥漿比重，保證泥漿“水灰比”準(zhǔn)確。

2.3 通過(guò)控制變量法進(jìn)行分析，對(duì)水泥摻入量、水灰比進(jìn)行梯度試驗(yàn)，確定福州瑯岐沿海地區(qū)水泥攪拌樁施工最佳施工條件，在確保水泥樁滿足設(shè)計(jì)加固要求的同時(shí)避免不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，為沿海地區(qū)類(lèi)似施工提供一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。

3 依托項(xiàng)目工程簡(jiǎn)介

福州瑯岐市政EPC 項(xiàng)目共有市政道路兩條，其中管委會(huì)東側(cè)道路為城市支路，全長(zhǎng)328.268m，修建寬度為18m，小康路為城市次干路，全長(zhǎng)1872.601m，修建寬度為30m?，F(xiàn)場(chǎng)道路地質(zhì)主要以人工填土、淤泥夾沙、泥質(zhì)中砂為主，其中淤泥及泥質(zhì)中砂土層較厚，分別為3.6-25.2m、8.3m。針對(duì)以上軟基問(wèn)題，本工程擬采用多向水泥攪拌樁進(jìn)行加固，使路基在施工及使用期內(nèi)不發(fā)生局部及整體破壞。

福州瑯岐市政EPC 項(xiàng)目軟基處理范圍共6 萬(wàn)m2，小康路擬采用25m 多向水泥攪拌樁進(jìn)行加固，管委會(huì)東側(cè)道路擬采用22m 多向水泥攪拌樁進(jìn)行加固。攪拌樁分為上下兩部分，上部樁身長(zhǎng)度為4m，直徑為1.2m，其余部分為下部樁身，樁徑為0.6m。樁位布置呈正三角形，采用42.5 普通硅酸鹽水泥作為固化劑。

4 施工原理

4.1 多向水泥攪拌樁施工原理

軟土地基主要成因是軟土含水率較高、土壤孔隙度較大，水泥攪拌樁是利用水泥漿作為固化劑，通過(guò)水泥漿水化反應(yīng)產(chǎn)物與軟土發(fā)生硬凝反應(yīng)、團(tuán)?；饔茫瑥亩_(dá)到改善土壤物理特性，降低軟土塑性指數(shù)的效果。水泥攪拌樁使用攪拌鉆向下鉆進(jìn)，通過(guò)壓力噴漿，將水泥漿射入土體，再通過(guò)攪拌葉攪拌，使水泥漿沿樁身橫向擴(kuò)散，促進(jìn)樁身橫向分布均勻[3]。

4.2 本項(xiàng)目多向水泥攪拌樁的施工優(yōu)勢(shì)

多向水泥攪拌樁相對(duì)于普通水泥攪拌樁優(yōu)勢(shì)：普通水泥攪拌樁攪拌方向單一，鉆進(jìn)效果效果較長(zhǎng)，樁長(zhǎng)受限，部分水泥泥漿射入土壤后未進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，?dǎo)致形成水泥塊，未與土壤結(jié)合，成樁后樁身多呈千層餅狀，承載力較低，工后沉降大；多向水泥攪拌裝通過(guò)橫、縱多個(gè)攪拌葉片，保證水泥漿由內(nèi)向外橫向均勻分布，實(shí)現(xiàn)攪拌樁樁頭冒漿量較少，確保水泥攪拌樁成樁質(zhì)量較優(yōu)。且多向水泥攪拌樁施工較均勻，可優(yōu)化水泥攪拌樁施工工藝，降低重復(fù)攪拌次數(shù)，縮短工期，可為施工單位節(jié)約成本。

本項(xiàng)目采用江蘇建固發(fā)明的自反力多向水泥攪拌樁鉆具，鉆具通過(guò)增加動(dòng)力頭及縱向分布葉片，使鉆具在普通單電機(jī)水泥攪拌樁機(jī)使用即可實(shí)現(xiàn)多向水泥攪拌裝施工，安裝快捷，安全系數(shù)較高[4]。

5 施工工藝

5.1 施工工藝的選擇

施工前，項(xiàng)目部組織技術(shù)人員對(duì)水泥攪拌樁的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行討論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)核報(bào)告以及設(shè)計(jì)文件，確定采用多向水泥攪拌樁加固方式，根據(jù)沿海地區(qū)水泥攪拌樁的施工經(jīng)驗(yàn)，確定鉆機(jī)鉆進(jìn)速度為0.5-0.8m/min，提升速度為0.8-1.0m/min，鉆頭鉆速為70r/min，額定電流≤40A。

5.2 水灰比、水泥參入量設(shè)計(jì)

為保證樁基施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，尋求經(jīng)濟(jì)效益的最大化，項(xiàng)目部選取9 根樁水泥攪拌樁作為試樁，通過(guò)控制變量法對(duì)水灰比、水泥摻入量進(jìn)行配比，具體設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 水灰比、水泥參入量設(shè)計(jì)

5.3 施工技術(shù)要求

5.3.1 多向水泥攪拌樁施工流程如圖2 所示。

圖2 多向水泥攪拌樁施工流程示意圖

5.3.2 多向水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)[5]

5.3.2.1 鉆桿導(dǎo)向架的垂直度應(yīng)不大于L/150，L 為導(dǎo)向架長(zhǎng)度。

圖3 多向水泥攪拌樁施工示意圖

5.3.2.2 鉆桿長(zhǎng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不得小于2m，且鉆桿長(zhǎng)度應(yīng)與鉆桿表盤(pán)相對(duì)應(yīng)。

5.3.2.3 水泥攪拌樁鉆機(jī)與后臺(tái)連接管長(zhǎng)度不應(yīng)大于60m。

5.3.2.4 水泥攪拌樁噴漿壓力應(yīng)大于0.6Mpa，小于0.8Mpa。

5.3.2.5 鉆桿下沉至樁底，應(yīng)繼續(xù)噴漿30s，以保證底部水泥攪拌樁成樁質(zhì)量。

5.3.2.6 鉆桿提升時(shí)，應(yīng)改變鉆桿為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，確保水泥與土攪拌均勻，提升至上部樁徑4m 位置，鉆機(jī)應(yīng)打開(kāi)伸縮刀頭，確保上部樁徑滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4 水泥攪拌樁的檢測(cè)

5.4.1 成樁28d 后對(duì)水泥攪拌樁進(jìn)行檢測(cè)，樁檢由第三方進(jìn)行檢測(cè)并出具報(bào)告。

5.4.2 載荷試驗(yàn)：成樁28d 后，應(yīng)對(duì)水泥攪拌樁進(jìn)行載荷試驗(yàn)，且樁身強(qiáng)度必須滿足試驗(yàn)荷載條件。主要的檢測(cè)項(xiàng)目為：復(fù)合地基載荷試驗(yàn)及單樁載荷試驗(yàn)。要求復(fù)合地基承載力特征值不小于120kPa、攪拌樁在最大荷載作用下的樁頂沉降均應(yīng)小于40mm。

5.4.3 抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)：成樁28d后，采用取樣器鉆心取樣，對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。要求樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于1.0MPa。

6 樁檢結(jié)果

6.1 樁身強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

樁身強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 抗壓強(qiáng)度代表值結(jié)果（MPa）

且受檢測(cè)的9 根樁中僅J9979 號(hào)樁為2 類(lèi)樁，其余均為Ⅰ類(lèi)樁。

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水泥摻入量為16%時(shí)，樁J9979 抗壓強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)要求。水泥摻量為18%、20%時(shí)，各樁樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，即≥1.0MPa。

6.2 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果

單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 最大試驗(yàn)荷載下樁頂沉降（mm）

試驗(yàn)結(jié)果表明，各樁在最大壓力荷載下樁頂沉降均≤40mm，均滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)水泥摻量為18%時(shí)，各樁樁頂沉降量均小于其余兩組；當(dāng)水灰比為0.55時(shí)，各樁樁頂?shù)某两盗烤∮谄溆鄡山M。

6.3 單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)結(jié)果

單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 復(fù)合地基承載力特征值（kPa）

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水泥摻量為16%時(shí)，J10037、J9979 的單樁復(fù)合地基承載力值未符合設(shè)計(jì)要求；當(dāng)水泥參量為18%、20%時(shí)，各樁單樁復(fù)合地基承載力符合設(shè)計(jì)要求；當(dāng)水灰比為0.55 時(shí)，攪拌 樁復(fù)合地基承載力值均大于其余兩組。

7 結(jié)果討論

7.1 樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是評(píng)定水泥攪拌樁靜力學(xué)特性的重要指標(biāo)之一。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度主要取決于水泥參量。通常水泥攪拌樁的水泥摻量不應(yīng)小于12%，通過(guò)水泥漿與原土體產(chǎn)生水泥水化反應(yīng)，改變?cè)馏w的顆粒結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到改善土體結(jié)構(gòu)。王任杰[6]（2021）曾研究表明，當(dāng)水泥摻入量較小時(shí)，土體與水泥固化反應(yīng)的產(chǎn)污較少，硬結(jié)反應(yīng)較弱，抗壓強(qiáng)度值在凝期內(nèi)增長(zhǎng)較慢；隨著水泥摻入量增大，水泥土的抗壓強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)達(dá)到水泥摻入量峰值后，水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)變緩，且造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。本試驗(yàn)研究表明，當(dāng)水泥摻入量達(dá)18%時(shí)，樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度已達(dá)設(shè)計(jì)要求，且當(dāng)水灰比為0.55 時(shí)，樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為最大值。

7.2 復(fù)合地基承載力值、最大試驗(yàn)荷載下樁頂沉降值可直接反映地基加固的完成效果。當(dāng)復(fù)合地基承載力較大、樁頂沉降量較小時(shí)，表明地基加固效果較好，后期不易發(fā)生不均勻沉降。Jiang Y[7]曾研究表明，水泥攪拌樁在28d 凝期前主要通過(guò)水泥水化反應(yīng)與原土體生成的膠裝物質(zhì)填充土體孔隙來(lái)提高水泥攪拌樁的抗壓強(qiáng)度，28 天后主要通過(guò)硬凝反應(yīng)與團(tuán)?；饔锰岣邤嚢铇犊箟簭?qiáng)度，且當(dāng)水泥摻量大于12%時(shí)，水泥攪拌樁可有效改善軟土地基的抗壓強(qiáng)度。本試驗(yàn)研究表明，當(dāng)水泥摻入量達(dá)18%時(shí)，單樁復(fù)合地基承載力值、最大荷載樁頂沉降量均滿足設(shè)計(jì)要求，且當(dāng)水灰比為0.55 時(shí)，水泥攪拌樁的加固效果最優(yōu)。本試驗(yàn)與前人的研究結(jié)果基本一致。

8 結(jié)論

本研究通過(guò)在沿海地區(qū)應(yīng)用多向水泥攪拌樁，克服了單軸攪拌樁“千層餅狀”的通病，減少了樁頭冒漿現(xiàn)象，取得了較好加固效果，為同類(lèi)地區(qū)多向水泥攪拌樁施工提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。且沿海地區(qū)深層水泥攪拌樁施工條件為：水泥攪拌樁水泥摻量為18%，水灰比為0.55，鉆進(jìn)速度為0.5-0.8m/min，提升速度為0.8-1.0m/min，噴漿壓力為0.6-0.8Mpa，鉆頭鉆速為70r/min，額定電流應(yīng)≤40A。