韓斌武，李振強(qiáng)

(中交一航局生態(tài)工程有限公司，廣東 深圳 518000)

1 引言

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是基坑工程中重要的組成部分，尤其是深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)更是涉及到人身的生命安全，必須保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的堅固和穩(wěn)定[1]，水泥攪拌樁格柵墻支護(hù)結(jié)構(gòu)作為近海地區(qū)廣泛采用的基坑支護(hù)形式，其成樁質(zhì)量就顯得尤為重要。近海軟基地區(qū)淤泥層厚度大，上層回填雜填土成分復(fù)雜，相對來說地質(zhì)情況不太理想，要想做好成樁的質(zhì)量把控，必須在過程中進(jìn)行重點的質(zhì)量控制。

2 工程概況

深圳市沙井水質(zhì)凈化廠三期工程位于近海軟基地區(qū)，地貌類型屬深圳市西部海河混合堆積地形～海積沖積平原區(qū)，場地原始地貌為魚塘等灘涂地，地面原始高程約2.0～3.1 m，后經(jīng)人工開發(fā)，堆填建設(shè)用地，現(xiàn)狀堆土多為生活垃圾、廢土廢渣、建筑垃圾等。

本工程面積將近4萬m2，基坑開挖深度深，基坑周長達(dá)到800余延米，支護(hù)結(jié)構(gòu)類型采用水泥攪拌樁格柵墻支護(hù)，坑內(nèi)采用水泥土格柵進(jìn)行坑內(nèi)加固，設(shè)計總樁數(shù)達(dá)到3萬余根。

3 近海軟基特點

以沙井三期項目為例，場地原始地貌為魚塘等灘涂地后經(jīng)人工堆填建設(shè)用地，現(xiàn)狀地勢凹凸不平，總體向西(海向)微傾。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告結(jié)果顯示，土層地質(zhì)由上而下分別如下：

(1)第四系人工填土層(Q4 ml)。人工填土層主要分布于場地表層，根據(jù)填土成分的不同，分為雜填土(生活垃圾)、雜填土(建筑垃圾)、素填土。

(2)第四系海相沉積層(Q4 m)：主要以淤泥、淤泥質(zhì)砂土為主。

(3)第四系沖洪積層(Q4al+pl)：主要以粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中粗砂、礫砂、淤泥、淤泥質(zhì)砂為主。

(4)第四系殘積土(Qel)：主要以風(fēng)化嚴(yán)重的混合花崗巖堆積而成。

4 水泥攪拌樁施工工藝

施工工藝包括：①場地整平;②樁位放線;③樁機(jī)就位;④水泥漿液配置;⑤預(yù)攪下沉上提噴漿;⑥復(fù)攪下沉上提噴漿;⑦樁機(jī)移位;⑧成樁。施工流程見圖1。

圖1 單軸水泥攪拌樁施工工藝流程

4.1 場地平整

華南地區(qū)近海軟基上表面多為雜填土，表層凹凸不平。為了保證現(xiàn)場施工安全以及水泥攪拌樁的樁身垂直度，需要在水泥攪拌樁施工前，將整個場地的標(biāo)高清理到設(shè)計標(biāo)高并進(jìn)行整平工作。

4.2 樁位放樣

依據(jù)設(shè)計圖紙上的樁位的位置、現(xiàn)場控制點之間的相互關(guān)系，測量人員精確計算出放樣所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，核對無誤后與施工人員進(jìn)行交接。

施工人員負(fù)責(zé)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核無誤后，依據(jù)復(fù)核后的放樣數(shù)據(jù)，測量人員使用天寶GPS-R8S進(jìn)行樁位放樣，在該過程中，施工人員必須進(jìn)行跟蹤復(fù)核，形成復(fù)核記錄。上報放線記錄并經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)核無誤后方可進(jìn)行施工。

4.3 樁機(jī)移位

要選用性能良好的機(jī)械，降低故障率[2]，在機(jī)械抵達(dá)現(xiàn)場后，重點檢查吊索、吊環(huán)、吊具、釣鉤等機(jī)械用具，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。機(jī)械組裝過程現(xiàn)場要拉設(shè)安全警戒帶。配置專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場安全管理。配備一名專業(yè)起重指揮人員(持有特種作業(yè)證書)，在機(jī)械組裝過程中負(fù)有起重指揮責(zé)任，進(jìn)行統(tǒng)一號令。在作業(yè)過程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，遇到特殊惡劣天氣(如6級以上大風(fēng)、暴雨等情況)，立即停止作業(yè)，做好現(xiàn)場保護(hù)。

4.4 水泥漿液拌制

水泥漿液嚴(yán)格按照設(shè)計的配合比配制。采用臥式散裝水泥罐集成一體式制漿系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)制備。該制漿系統(tǒng)采用觸摸屏、稱重和邏輯控制于一體的觸摸控制為核心，配合電氣回路來完成全自動制漿，制漿過程中通過多物料定量稱重配料與順序啟?？刂茖崿F(xiàn)。系統(tǒng)具有手動和自動兩種模式可選。

自動制漿系統(tǒng)僅需修改水灰比設(shè)計參數(shù)及需要水泥漿液體積，勾選自動抽漿系統(tǒng)按鈕，即可完成全過程自動制漿過程，因攪拌桶容量有限，若單次需大方量水泥漿液制備時，需分批次完成水泥漿液制備。

手動制漿系統(tǒng)主要為通過手動控制加入水的重量、水泥重量并充分?jǐn)嚢?，來實現(xiàn)水泥漿液制備，完成后需手動控制水泥漿液抽出。

現(xiàn)場配置專職試驗檢測人員對水泥漿比重進(jìn)行檢驗，嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行水灰比的控制。水泥漿必須隨配隨用[3]，充分拌和均勻。在水泥罐附近設(shè)置自動配料拌和裝置，采用“集中拌和、多點供應(yīng)”的方式向各工作面輸送水泥漿。

4.5 預(yù)攪噴漿

移動深層水泥攪拌樁機(jī)，對準(zhǔn)樁位控制點，調(diào)整樁機(jī)水平，機(jī)械用水正常循環(huán)運行后，即可開啟水泥攪拌樁機(jī)電機(jī)，通過控制水泥攪拌樁機(jī)上的吊索，操控機(jī)械鉆頭沿導(dǎo)向架向下鉆進(jìn)，邊攪拌邊切削土體下沉，操作架上有儀表盤，通過控制電流檢測表來調(diào)整鉆進(jìn)提升速度。施工過程中，根據(jù)地下土質(zhì)情況調(diào)整鉆進(jìn)提升速度。雜填土、素填土地層鉆進(jìn)提升速度不宜大于1.0 m/min，淤泥地層鉆進(jìn)提升速度每分鐘不宜大于0.8 m，工作電流不應(yīng)大于額定電流。

在施工過程中，嚴(yán)格把控觀察設(shè)備運行情況，了解地層變換情況，鉆頭鉆進(jìn)到設(shè)計標(biāo)高位置后，暫停鉆進(jìn)，保持在樁底標(biāo)高處連續(xù)噴漿不應(yīng)小于30 s[4]。水泥漿液始終保持拌合狀態(tài)，鉆進(jìn)提升過程中一直保持噴漿攪拌，中途不得間斷[5]，嚴(yán)格控制好噴漿壓力在0.5～0.6 MPa之間，根據(jù)地下土質(zhì)情況調(diào)整噴漿壓力，雜填土、素填土地層噴漿壓力要嚴(yán)格控制在0.5 MPa，誤差不超過0.05 MPa，淤泥地層噴漿壓力要嚴(yán)格控制在0.6 MPa，誤差不超過0.05 MPa。施工過程中，因其他原因?qū)е峦Ｖ箛姖{，應(yīng)保證有0.5 m的復(fù)核噴漿深度，根據(jù)樁機(jī)鉆進(jìn)或提升情況，將鉆頭下沉或提升停漿點0.5 m[6]位置處，等水泥漿液供應(yīng)系統(tǒng)恢復(fù)正常后，在進(jìn)行攪拌施工。若故障導(dǎo)致停機(jī)過程比較長，如一般情況下超過40 min以上，為了保證設(shè)備和管道中的泥漿不硬結(jié)，要對設(shè)備和管道進(jìn)行全面清洗。

4.6 復(fù)攪噴漿

為了加強(qiáng)水泥攪拌樁成樁的均勻性，使土體充分?jǐn)囁閇7]，需要對全樁長重復(fù)進(jìn)行上下復(fù)攪，并在復(fù)攪過程中進(jìn)行第三、第四次噴漿。

4.7 樁機(jī)移位

水泥攪拌樁施工完畢后，將葉片上的土塊雜物清理干凈，確保注漿孔不堵塞[8]。緩慢移動深層水泥攪拌樁機(jī)至下一根水泥攪拌樁樁樁位，水泥攪拌樁搭接施工的間隔時間不宜超過24 h[9]。當(dāng)完成一段施工段后，應(yīng)對水泥攪拌樁機(jī)鉆頭進(jìn)行全面清理。

4.8 成樁

等待水泥攪拌樁施工完成14 d后，用人工方式，采用淺部開挖的方法，挖出樁端頭，注意開挖過程中不要破壞樁頭，開挖完畢后，目測檢查攪拌均勻性，采用直尺測量成樁直徑。等到28 d后，選擇有代表性的樁體進(jìn)行鉆探取芯檢測。至此，水泥攪拌樁正式形成。

5 不同地質(zhì)條件下水泥摻量與水泥土強(qiáng)度比對

由于水泥摻量因素對水泥攪拌樁的現(xiàn)場施工效果影響較大，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是非常重要的一個參數(shù)[10]，因此，應(yīng)開展室內(nèi)配合比試驗確定合適的水泥攪拌樁水泥摻量。

5.1 試樣成型

選取滿足土性要求的土樣摘除植物根莖等雜物，用攪拌器攪拌；待土樣攪拌均勻后，加入事先按配合比要求乘量好的水泥與水，繼續(xù)攪拌，攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)葉轉(zhuǎn)速300 r/min，攪拌時間約為15 min。待水泥土攪拌均勻后，分層裝入立方體試模，并放上振動臺進(jìn)行振搗密實。試件成型后放入20°±5°，相對濕度不低于50%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。

本次配合比試驗對水泥7 d、14 d、28 d、60 d、90 d試驗結(jié)果進(jìn)行匯總，水泥淤泥質(zhì)黏土層、砂性土層2種代表土質(zhì)不同摻灰量的配合比試驗。

本次試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為試驗7 d、14 d、28 d、60 d、90 d齡期強(qiáng)度。

5.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果統(tǒng)計

5.2.1 淤泥質(zhì)黏土層

本次完成淤泥質(zhì)黏土層7 d、14 d、28 d、60 d、90 d5種不同的摻灰量，配合比試驗無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值基本滿足最大值或者最小值與平均值的差值小于20%的，剔除不合格結(jié)果，統(tǒng)計有效數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 不同齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度～水泥摻量匯總

5.2.2 砂性土層

本次完成砂性土層7 d、14 d、28 d、60 d、90 d5種不同的摻灰量，配合比試驗無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值基本滿足最大值或者最小值與平均值的差值小于20%的，剔除不合格結(jié)果，統(tǒng)計有效數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 土層不同齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度～水泥摻量匯總

根據(jù)表1、表2可以得出，淤泥質(zhì)黏土和砂性土相比，要想達(dá)到相同強(qiáng)度，所需的水泥摻量要更多，因此針對淤泥質(zhì)黏土，應(yīng)采取放慢噴漿攪拌速度來延長噴漿時間進(jìn)而加大水泥用量。

6 關(guān)鍵質(zhì)量控制

6.1 垂直度控制

水泥攪拌樁樁身垂直度直接影響單樁豎向承載力，尤其重要。在實際現(xiàn)場施工過程中，要保證機(jī)械底盤水平，鉆桿和導(dǎo)向架垂直于機(jī)械底盤。根據(jù)相關(guān)施工規(guī)范，鉆桿的導(dǎo)向架垂直度要做好控制，要求在1/150[11]范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計對水泥攪拌樁身垂直樁度施工的相關(guān)要求，要不大于1/100，在實際施工過程中，通常采用在機(jī)械導(dǎo)向架上懸掛一吊錘(吊墜)，通過調(diào)整樁基水平度，控制吊錘(吊墜)與鉆桿上、下距離相等，左、右距離相等的方法來控制樁身垂直度。

6.2 不同地質(zhì)情況下鉆進(jìn)與提升速度的控制

經(jīng)過成樁效果檢查，在相同的鉆進(jìn)提升速度下，淤泥地質(zhì)條件的成樁效果要弱于其他土質(zhì)。因此，要對淤泥地質(zhì)土體加大攪拌次數(shù)，通過采取加快鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度和放慢淤泥地質(zhì)鉆進(jìn)提升速度來實現(xiàn)。在實際施工中，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，結(jié)合樁機(jī)深度儀。在地質(zhì)分層處提前進(jìn)行速度的轉(zhuǎn)換，達(dá)到每一粒土體都能被攪拌的充分徹底。根據(jù)試樁及試驗效果顯示，雜填土、素填土地層下鉆上提速度每分鐘不能超過1 m，淤泥地層下鉆上提速度不能超過0.8 m/min。

6.3 噴漿壓力的控制

在華南地區(qū)近海軟基施工，因地質(zhì)條件的不同。噴漿壓力對成樁直徑，成樁效果顯現(xiàn)的尤其十分重要，噴漿壓力過大會造成成樁直徑大，水泥攪拌樁單位體積水泥用量偏少，影響樁體強(qiáng)度。噴漿壓力過小會造成成樁直徑小，樁與樁之間未形成有效咬合，影響樁整體穩(wěn)定性。經(jīng)過成樁效果的檢查，在相同的噴漿壓力條件下，淤泥地質(zhì)的成樁直徑要小于雜填土、素土地質(zhì)，因此相比于雜填土、素土地質(zhì)，淤泥地質(zhì)噴漿壓力要比雜填土、素土地質(zhì)大。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，在地質(zhì)分層處進(jìn)行噴漿壓力的調(diào)整。根據(jù)試樁效果顯示，雜填土、素填土地層噴漿壓力要控制在0.5±0.05 MPa，淤泥地層噴漿壓力控制在0.6±0.05 MPa。

6.4 水泥漿液質(zhì)量的控制

水泥質(zhì)量：按設(shè)計要求，采用P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥必須保持干燥狀態(tài)、沒有受潮和結(jié)塊等現(xiàn)象，并且有正規(guī)的出廠合格證和符合要求的進(jìn)場檢驗報告，水泥漿液水灰比嚴(yán)格控制在0.6∶1。通過對水泥漿比重定期檢測來控制施工水灰比。

要想保護(hù)水泥漿液的質(zhì)量，必須采用符合要求的拌合用水，加強(qiáng)水泥漿水泥漿液的攪拌控制，尤其是拌合時間的控制，一般不得少于3 min。根據(jù)現(xiàn)場施工情況采用分次拌合的，為了保證施工的連續(xù)性，必須保證水泥漿水泥漿液連續(xù)拌制使用。水泥漿液要隨拌制隨使用，不得離析[12]，儲存時間不得過長，防止凝結(jié)結(jié)塊，一般情況下不得超過2 h?，F(xiàn)場配備比重計實時檢測水泥漿比重，保證水灰比符合設(shè)計要求。另外注意水泥漿水泥漿液攪拌處要有一定數(shù)量的遮雨材料(雨布、塑料薄膜等遮蓋物)，防止降雨影響水泥漿水泥漿液質(zhì)量。

6.5 樁長、樁徑的控制

在設(shè)備進(jìn)場后，現(xiàn)場實測水泥攪拌樁樁頭的規(guī)格尺寸，施工過程中要根據(jù)水泥攪拌樁樁頭的磨損情況定期進(jìn)行量測。因磨損達(dá)不到要求時應(yīng)及時予以更換，成樁7 d后，采用淺部開挖的方法對樁徑進(jìn)行復(fù)核。施工前對每臺樁機(jī)的樁長進(jìn)行校核[13]，確保儀表盤的準(zhǔn)確性。采用專人復(fù)測樁長，保證每一根樁長都是合格的。

7 結(jié)論與討論

水泥攪拌樁的原理是利用水泥漿充分?jǐn)嚢柙瓲钔羀14]，使原土硬結(jié)成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的整體結(jié)構(gòu)[15]，整體效果受到施工過程影響因素較多。華南地區(qū)近海軟基地質(zhì)情況比較復(fù)雜，軟基居多。通過工程實例研究結(jié)果表明：華南地區(qū)近海軟基水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，受切削土體次數(shù)及水泥用量影響較大。要想控制水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，就要在地層分界處轉(zhuǎn)換鉆速。建議在該區(qū)域進(jìn)行地勘取樣時，加大鉆孔密度和精度，使得地勘報告里的地層分界點更加精確，為攪拌樁施工提供數(shù)據(jù)支持，保證成樁質(zhì)量。為工程建設(shè)的安全、保證質(zhì)量打下堅實的基礎(chǔ)。