盧澤嵐

(廣東水電二局股份有限公司,廣州 511340)

水泥土攪拌樁是由固化劑(水泥)與軟土攪拌形成的固結(jié)體[1]。一套合適的攪拌樁施工參數(shù)，是保證攪拌樁施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。由于水泥的凝固需要一定的時間，加上攪拌樁施工有多個施工參數(shù)組合，不同的組合往往有不同的效果[1]，因此，在探索施工參數(shù)的過程中，往往需要耗用大量的時間和資金，給工程實施帶來一定的負(fù)擔(dān)。

珠江三角洲地區(qū)軟土多具備含水量高、抗剪強度低、壓縮性高、承載力低、高靈敏度等特征[2]，文章結(jié)合翠亨新區(qū)濱河整治水利工程(北部標(biāo)段)項目實際情況，探索一套適用于該類地質(zhì)情況的攪拌樁施工參數(shù)，為珠江三角洲地區(qū)軟土地質(zhì)攪拌樁施工參數(shù)探索提供一定的參考價值。

1 工程概況

1.1 項目簡介

翠亨新區(qū)濱河整治水利工程(北部標(biāo)段)項目位于中山市翠亨新區(qū)起步區(qū)馬鞍北島。項目建設(shè)內(nèi)容包括海堤加固、水閘工程、泵站工程、景觀工程等，其中地基處理多采用攪拌樁，如海堤堤頂?shù)缆凡捎弥睆綖?00 mm、樁長為10 m的水泥攪拌進(jìn)行基礎(chǔ)加固，加固形式如圖1所示。

1.2 地質(zhì)條件

本工程位于東南沿海珠江三角洲地區(qū)，地貌多為淤積、沖積平原，為海陸交互相沉積平原，地勢低緩平坦。地層多為第四紀(jì)濱海相沉積層和白堊紀(jì)、泥盆紀(jì)沉積層。巖性以粉質(zhì)黏土、淤泥、淤泥質(zhì)土、細(xì)砂、粘性土和花崗巖為主。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)[3]，本工程所在的工程區(qū)地震峰值加速度值為0.10g(相當(dāng)?shù)卣鸹玖叶葦?shù)值為 7 度)[4]。施工場地地處海床上，淤泥及淤泥質(zhì)土等軟土層厚度大，屬建筑抗震不利地段。

工程堤岸地基土主要為淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉砂、淤泥組成，堤基抗滑穩(wěn)定及抗沖刷能力較差，堤岸穩(wěn)定性較差。具體地質(zhì)情況如圖2所示。

圖2 堤岸地質(zhì)情況剖視示意

1.3 攪拌樁設(shè)計參數(shù)

項目設(shè)計的水泥攪拌樁樁體所用水泥為po 42.5R普通硅酸鹽水泥[5]，采用四噴四攪施工工藝，樁身要求28 d無側(cè)限抗壓強度不小于0.8 MPa，具體參數(shù)見表1。

表1 攪拌樁設(shè)計參數(shù)

2 試驗參數(shù)擬定

根據(jù)攪拌樁的設(shè)計參數(shù)和地質(zhì)情況，擬定攪拌樁施工參數(shù)進(jìn)行試驗。水泥摻入量分別取18%、20%兩種類型，水灰比取0.5，外加劑包括 FDN-20早強減水劑、三乙醇胺+氯化鈉、三乙醇胺、水玻璃4種類型等。

根據(jù)水泥用量分2大組進(jìn)行試驗，每組12根總共為24根，每根樁長取10 m，具體樁位編號及相關(guān)參數(shù)對應(yīng)見表2。

表2 試驗參數(shù)組合

3 試驗原材用量確定

3.1 每米攪拌樁土重力確定

攪拌樁直徑為0.6 m，每米攪拌樁的體積：

V=π×r2×1 =0.282 6 m3。

土容重：經(jīng)試驗檢測，容重為1 750 kg/m3，則每米攪拌樁土的質(zhì)量為：

M=ρV=1 750×0.282 6=494.55 kg。

3.2 水泥及外加劑用量確定

水泥摻量為18%時，每米水泥摻入量M=494.55×18%=89 kg，取90 kg(共900 kg)。

FDN-20早強減水劑摻入量M=90×2%=1.8 kg。

0.05%三乙醇胺+1%氯化鈉摻入量M=90×0.05%+90×1%=0.045+0.9=0.945 kg。

0.5%水玻璃摻入量M=90×0.5%=0.45 kg。

水泥摻量為20%時，同理可以計算得出每米水泥摻入量M=99 kg，取100 kg ，F(xiàn)DN-20早強減水劑摻入量為2 kg，0.05%三乙醇胺+1%氯化鈉摻入量為1.05 kg，0.5%水玻璃摻入量為0.5 kg。

水泥攪拌樁試驗原材用量見表3。

表3 試驗原材料用量匯總 kg/m

4 試驗實施

4.1 實施流程

試驗實施具體流程見圖3。

圖3 試驗實施流程示意

4.2 試驗實施

4.2.1場地平整

試驗前，對試樁地點場地平整，確保滿足樁機運輸、承重和施工要求[6]。選定試樁位置，通過全站儀進(jìn)行測量放樣，用挖機修筑施工平臺，施工平臺標(biāo)高較設(shè)計樁頂標(biāo)高高出約0.5 m[7]，以確保樁頭成型質(zhì)量。

4.2.2測量定位

為了確保主體工程質(zhì)量，試驗樁時選定的樁位距工程樁邊樁5 m外。實施前，根據(jù)工程實體布樁圖，確定試樁位置，采用全站儀坐標(biāo)放樣。根據(jù)圖紙設(shè)計，該工程樁頂標(biāo)高為2 m，因此，樁基平臺按2.5 m控制。

4.2.3樁機就位

1)平面就位：放好樁位后，按樁的施工順序移動攪拌樁機到達(dá)指定樁位，鉆頭對中。

2)調(diào)整樁機：雙向控制導(dǎo)向架垂直度，在樁機井架的正面和側(cè)面吊掛垂球，垂球質(zhì)量不小于2 kg。根據(jù)導(dǎo)向架的吊錘偏移，用米尺測定攪拌軸垂直度，通過間接測定導(dǎo)向架垂直度來監(jiān)測樁身垂直度，可及時發(fā)現(xiàn)施工時樁機是否傾斜。調(diào)整導(dǎo)向架垂直度，按設(shè)計及規(guī)范要求，嚴(yán)格控制其垂直度小于1.0%樁長[8]。

3)樁位復(fù)測：樁機就位調(diào)整好后，根據(jù)控制樁檢查鉆頭位置，樁位對中誤差小于5 cm，樁距偏差不大于10 cm，經(jīng)檢查合格后開始施工。

4)確定起鉆點、終鉆點：平面位置無誤后，進(jìn)行高程測量。在鉆頭落地的情況下，在樁機井架上準(zhǔn)確畫出每米的深度標(biāo)識線，標(biāo)識出“零起點”的位置，根據(jù)設(shè)計參數(shù)，計算出終鉆時鉆桿長度，確定終鉆位置。

4.2.4漿液制備

施工前根據(jù)水灰比及水泥漿罐尺寸，確定每拌漿液的用水量、水泥量、外加劑用量。根據(jù)參數(shù)確定，每根樁需進(jìn)行2次攪拌，每拌漿液具體攪拌參數(shù)見表4。

表4 水泥漿制備施工參數(shù)

1)在水泥漿攪拌桶壁上標(biāo)記出用水面和水泥漿面的準(zhǔn)確位置以確保水泥漿配合比。每桶漿液拌制完成后，放入泥漿池前，利用比重計測出該桶漿液的比重。

2)制備好的漿液應(yīng)無離析現(xiàn)象，泵送應(yīng)連續(xù)，鉆進(jìn)時均安排人員對拌制漿液的罐數(shù)、泵送漿液的時間等記錄，制拌好的水泥漿停置時間不超過2 h。漿液在灰漿攪拌機中應(yīng)不斷攪拌，直到送泵前。

4.2.5攪拌噴漿下沉

水泥漿液拌好后，啟動攪拌鉆機，使攪拌機沿導(dǎo)向架邊攪拌[7]邊切土下沉噴漿，以防止出漿口在下沉過程中被土團堵塞；注漿泵額定漿壓力不小于5 MPa[8]，水泥發(fā)送裝置的轉(zhuǎn)速大于50 轉(zhuǎn)/min。鉆入0.5 m后開動空壓機，進(jìn)行注漿，試驗下沉速度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

4.2.6噴漿攪拌提升

水泥深層攪拌樁機下沉到設(shè)計深度，攪拌噴漿不小于30 s后，反向旋轉(zhuǎn)，邊提升邊噴水泥漿液，控制鉆機提升速度，為確保樁身完整性，嚴(yán)禁中途換擋，鉆頭提升至超出樁頂設(shè)計高程0.5 m時停止提升，并攪拌數(shù)秒，以保證樁頭質(zhì)量[9]。每米的噴漿量通過流量計計算得到。

4.2.7重復(fù)攪拌下沉和提升

為使軟土和水泥漿攪拌均勻[10]，再次下鉆重復(fù)上述步驟“四噴四攪”直至完成該樁的施工。整個施工過程，均有電腦實時反映施工參數(shù)，結(jié)束施工后打印施工參數(shù)小票。

4.2.8清洗、移位

向集料斗中注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中殘余的水泥漿，直至基本干凈。并將粘附在攪拌頭上的軟土和水泥漿清除干凈，移至下一個樁位，重復(fù)以上步驟進(jìn)行施工。

5 試驗總結(jié)

試樁完成且齡期28 d后，進(jìn)行抽芯檢測其樁身完整性以及樁體無側(cè)限抗壓強度。質(zhì)量檢查結(jié)果如下：

采用第1類試驗參數(shù)的攪拌樁，摻量為0.5%水玻璃和2%FDN-20早強減水劑的均不成樁，摻量為0.05%三乙醇胺+1%氯化鈉的成樁效果較差，攪拌均勻性較差，連續(xù)完整性較差，部分芯樣呈碎塊狀，有局部不成樁的情況，現(xiàn)場取芯照片見圖4。

圖4 現(xiàn)場部分芯樣照片示意

采用第2類試驗參數(shù)的樁，抽芯檢測結(jié)果分析如下：

1)Sz25水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，芯樣基本呈灰白色或灰黑色，攪拌均勻性較差，連續(xù)完整性較差，芯樣呈碎塊狀，局部呈短柱狀，局部松散，8.60～10.00 m水泥土芯樣未成柱狀(芯樣照片見圖5)。

圖5 Sz25芯樣示意

無側(cè)限抗壓強度：局部不成樁。

結(jié)論：樁身質(zhì)量不符合設(shè)計要求。

2)Sz26水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，基本呈灰黑色或灰白色，攪拌均勻性較好，連續(xù)完整性，芯樣呈短柱狀，部分呈碎塊狀(芯樣照片見圖6)。

圖6 Sz26芯樣照片

無側(cè)限抗壓強度平均值：2.5 MPa。

結(jié)論：樁身質(zhì)量符合設(shè)計要求。

3)Sz27水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，基本呈灰黑色或灰白色，攪拌均勻性較好，連續(xù)完整性，芯樣呈短柱狀，部分呈碎塊狀(芯樣照片見圖7)。

圖7 Sz27芯樣照片

無側(cè)限抗壓強度平均值：3.1 MPa。

結(jié)論：樁身質(zhì)量符合設(shè)計要求。

4)Sz28水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，芯樣基本呈灰白色或灰黑色，攪拌均勻性較差，連續(xù)完整性較差，呈碎塊狀。局部芯樣松散，8.00～10.00 m芯樣未成柱狀(芯樣照片見圖8)。

圖8 Sz28芯樣照片

無側(cè)限抗壓強度：局部不成樁。

結(jié)論：樁身質(zhì)量不符合設(shè)計要求。

5)Sz29水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，芯樣基本呈灰黑色或灰白色，攪拌均勻性較差，連續(xù)完整性較差，芯樣松散，0.00～5.00 m芯樣未成柱狀，局部呈短柱狀或碎塊狀(芯樣照片見圖9)。

圖9 Sz29芯樣照片

無側(cè)限抗壓強度：局部不成樁。

結(jié)論：樁身質(zhì)量不符合設(shè)計要求。

6)Sz30水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，芯樣基本呈灰黑色，攪拌均勻性較好，連續(xù)完整性，芯樣呈短柱狀，部分呈碎塊狀(芯樣照片見圖10)。

圖10 Sz30芯樣照片

無側(cè)限抗壓強度平均值：2.6 MPa。

結(jié)論：樁身質(zhì)量符合設(shè)計要求。

7)Sz31、Sz32、Sz33、Sz34水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，基本呈灰白色或灰黑色，攪拌均勻性較好，連續(xù)完整性，芯樣呈短柱狀，部分呈碎塊狀(芯樣照片見圖11～圖14)。

圖12 Sz32芯樣照片

圖13 Sz33芯樣照片

圖14 Sz34芯樣照片

Sz31無側(cè)限抗壓強度平均值：2.9 MPa。

Sz32無側(cè)限抗壓強度平均值：2.7 MPa。

Sz33無側(cè)限抗壓強度平均值：2.8 MPa。

Sz34無側(cè)限抗壓強度平均值：2.8 MPa。

結(jié)論：樁身質(zhì)量符合設(shè)計要求。

8)Sz35水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，芯樣基本呈灰黑色或灰白色，攪拌均勻性較差，連續(xù)完整性較差，芯樣呈短柱狀，部分呈碎塊狀，部分松散，3.40～5.00 m芯樣未成柱狀(芯樣照片見圖15)。

圖15 Sz35芯樣照片

無側(cè)限抗壓強度：局部不成樁。

結(jié)論：樁身質(zhì)量不符合設(shè)計要求。

9)Sz36水泥攪拌樁，水泥土芯樣主要由水泥與粘土或淤泥攪拌膠結(jié)而成，芯樣基本呈灰黑色或灰白色，攪拌均勻性較差，連續(xù)完整性較差，部分呈短柱狀，部分呈碎塊狀，5.00～10.00 m芯樣松散，未成柱狀(芯樣照片見圖16)。

圖16 Sz36芯樣照片

無側(cè)限抗壓強度：局部不成樁。

結(jié)論：樁身質(zhì)量不符合設(shè)計要求。

根據(jù)質(zhì)量檢查結(jié)果，對成樁效果進(jìn)行對比分析：

1)鉆進(jìn)速度

根據(jù)兩次試樁抽芯結(jié)果，下鉆為0.7～0.8 m/min，提升為0.4～0.5 m/min(第1類試驗鉆進(jìn)速度)時，均未成樁。下鉆為0.45～0.55 m/min，提升為0.3～0.35 m/min(第2類試驗鉆進(jìn)速度)時成樁效果較好。

2)水泥摻量

根據(jù)第2次樁檢報告，采用不同水泥摻量分別為18%、20%成樁效果對比，分析結(jié)果統(tǒng)計見表5。

表5 不同水泥摻量攪拌樁合格率對比分析 根

根據(jù)統(tǒng)計分析，水泥摻量為20%成樁效果好于水泥摻量為18%。

3)外加劑

根據(jù)第2次樁檢報告，在水泥摻量為20%時，采用不同外加劑成樁效果對比，分析統(tǒng)計結(jié)果見表6。

表6 20%水泥摻量不同外加劑攪拌樁合格率對比分析 根

4)分析總結(jié)

采用下鉆速度為45～55 cm/min，提升速度為30～35 cm/min，鉆進(jìn)時間約100 min，添加0.05%三乙醇胺+1%氯化鈉，水泥摻量為20%、水灰比為0.5的參數(shù)進(jìn)行施工效果最佳[11]。

sz35因突降暴雨，現(xiàn)場未做好防護(hù)，導(dǎo)致水灰比發(fā)生較大變化，施工中斷，導(dǎo)致樁身連續(xù)性較差。因此正式施工中，采用該參數(shù)進(jìn)行施工，施工時做好防雨準(zhǔn)備，及時觀察天氣預(yù)報，下雨前停止施工或搭建防雨棚。

6 參數(shù)總結(jié)

經(jīng)對比分析，最終總結(jié)水泥攪拌樁施工參數(shù)見表7。

表7 水泥攪拌樁施工參數(shù)總結(jié)

7 結(jié)語

堤防工程建設(shè)逐漸更多關(guān)注綜合功能，為取得防洪和水環(huán)境治理等效益相得益彰的效果[9]，堤防結(jié)構(gòu)設(shè)計趨于復(fù)雜，對地基要求更高[12]，水泥攪拌樁可以按照不同土質(zhì)及工程設(shè)計要求，合理選擇配方，應(yīng)用比較靈活[13]，在該類工程中發(fā)揮重大作用，而影響攪拌樁施工質(zhì)量的，主要是水泥摻量、鉆機下沉及提升速度、外加劑種類等施工參數(shù)。文章以翠亨新區(qū)濱河整治水利工程(北部標(biāo)段)項目為例，通過不同參數(shù)組合試驗，當(dāng)水泥摻量為20%、鉆機下沉速度為45～55 cm/min、鉆機提升速度為30～35 cm/min并使用0.05%三乙醇胺+1%氯化鈉作為外加劑時，攪拌樁的成樁質(zhì)量良好。該套參數(shù)在現(xiàn)場施工中表現(xiàn)良好，是一套適用珠三角地區(qū)淤泥質(zhì)海堤的攪拌樁施工參數(shù)，有一定的借鑒推廣價值。