甘斌強(qiáng) 牛 怡

廣西建工集團(tuán)基礎(chǔ)建設(shè)有限公司 廣西 南寧 530201

傳統(tǒng)高壓旋噴攪拌樁施工常出現(xiàn)固結(jié)體強(qiáng)度不均勻等質(zhì)量問(wèn)題，地基土加固的效果會(huì)受影響。經(jīng)一系列的研究，對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆桿葉片、出漿孔以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量進(jìn)行改造。使用改造后的設(shè)備施工高壓旋噴攪拌樁，可使水泥漿和土體攪拌均勻、深度混合，明顯改善了高壓旋噴樁的成樁質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)了研制一款成樁質(zhì)量好、應(yīng)用范圍廣、經(jīng)濟(jì)高效的新型高壓旋噴攪拌樁成樁設(shè)備的目的。

1 工程概況

大都·金沙灣三期項(xiàng)目工程占地面積約58 411.14 m2，現(xiàn)地面標(biāo)高為11.00～13.00 m，基坑開挖深度為2.30～6.20 m（1層）、6.70～9.60 m（2層）。本項(xiàng)目所在區(qū)域主要揭露的土層有雜填土、含黏性土粉砂、粗礫砂、黏土、粗礫砂。工程止水帷幕選用高壓旋噴攪拌樁，直徑為800 mm，樁長(zhǎng)12～17 m。高壓旋噴攪拌樁是利用機(jī)械強(qiáng)制拌和水泥漿與土體后形成的，其優(yōu)點(diǎn)是整體強(qiáng)度好、水穩(wěn)定好。但是目前的施工工藝無(wú)法達(dá)到完全的攪拌均勻及強(qiáng)度基本一致的要求，一般情況是，強(qiáng)度較大的地方水泥偏多，強(qiáng)度較小的地方水泥偏少。

我們給出3種系數(shù)對(duì)高壓旋噴攪拌樁的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，分別為質(zhì)量系數(shù)A1、強(qiáng)度系數(shù)A2、樁身均勻性系數(shù)B[1]。

1.1 質(zhì)量系數(shù)A1

截取1節(jié)混凝土芯樣，高徑比為1∶（1.0～1.5），檢測(cè)其對(duì)應(yīng)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。然后將其切塊，要求直徑在15～25 mm之間，然后過(guò)孔徑5 mm的篩。在110 ℃左右的溫度下烘干上面直徑較大的樣品至恒重，取出樣品冷卻到室溫，稱取其質(zhì)量G1。然后把樣品放置在水中浸泡1 d，篩掉直徑小于1 mm的樣品，在110℃左右的溫度下烘干上面較大的樣品至恒重，取出樣品冷卻到室溫，稱取其質(zhì)量G2。

質(zhì)量系數(shù)A1按式（1）計(jì)算。

質(zhì)量系數(shù)A1表示水泥和土體拌和的均勻性。將A1值劃分成4個(gè)區(qū)間范圍：A1∈[0,0.60]，不均勻；A1∈[0.61,0.80]，大致均勻；A1∈[0.81,0.90]，均勻；A1∈[0.91,1.00]，非常均勻。

1.2 強(qiáng)度系數(shù)A2

1.3 樁身均勻性系數(shù)B

樁身均勻性系數(shù)B按式（3）計(jì)算。

故B的取值范圍為：0＜B≤1。

同樣也將B值劃分成4個(gè)區(qū)間范圍：B∈[0,0.30]，不均勻；B∈[0.31,0.60]，大致均勻；B∈[0.61,0.80]，均勻；B∈[0.81,1.00]，非常均勻。

根據(jù)大都·金沙灣項(xiàng)目三期基坑支護(hù)工程實(shí)際情況，對(duì)其已施工完成的10根樁取芯實(shí)測(cè)樁體芯樣均勻性情況。并畫出了該項(xiàng)目抽樣調(diào)查的實(shí)測(cè)樁體芯樣均勻性判定的3種系數(shù)A1、A2、B的折線圖，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目抽樣調(diào)查實(shí)測(cè)樁體芯樣質(zhì)量系數(shù)、強(qiáng)度系數(shù)、均勻性系數(shù)示意

從圖1中我們可以看出，強(qiáng)度系數(shù)A2穩(wěn)定在0.81～1.00范圍內(nèi)，說(shuō)明泵送水泥漿流量基本是均勻連續(xù)的，樁身均勻性系數(shù)B值偏低是由于受質(zhì)量系數(shù)A1值偏低的影響，也就是說(shuō)水泥漿與土體拌和不均勻是影響固結(jié)體強(qiáng)度不均勻的主要原因。因此，我們需要研制一款高壓旋噴攪拌樁成樁設(shè)備，使水泥漿與土體進(jìn)行深度混合、均勻攪拌，以滿足改善攪拌樁成樁質(zhì)量的要求。

2 設(shè)計(jì)條件

通過(guò)查閱學(xué)習(xí)和借鑒相關(guān)文獻(xiàn)，我們決定對(duì)現(xiàn)有長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造，用以施工高壓旋噴攪拌樁，一方面借鑒雙向葉片攪拌原理對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的鉆桿進(jìn)行改造[2]，另一方面增加噴漿口的數(shù)量對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的鉆頭處進(jìn)行改造[3]。除此之外，還可借鑒2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的原理對(duì)原本攪拌機(jī)動(dòng)力不足的問(wèn)題進(jìn)行改善[4]。

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)原理

新型高壓旋噴攪拌樁成樁設(shè)備通過(guò)改造長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)，主要是將原來(lái)的長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的螺旋葉片改造成連續(xù)固定間距的十字交叉高強(qiáng)度錳鋼葉片。保留了長(zhǎng)螺旋鉆桿內(nèi)的進(jìn)漿管孔和進(jìn)氣管孔，出漿口的數(shù)量由原來(lái)的2個(gè)增加到4個(gè)，便于多方向、多路徑噴漿，驅(qū)動(dòng)電機(jī)從原來(lái)的1個(gè)增加到2個(gè)，保證了攪拌機(jī)的動(dòng)力充足?？梢栽阢@桿下沉、提升過(guò)程中，不間斷地對(duì)土體和水泥漿進(jìn)行混合均勻攪拌。

3.2 設(shè)計(jì)圖及相關(guān)參數(shù)

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)改造方案的進(jìn)一步探討分析，我們制定了相應(yīng)的改造設(shè)計(jì)參數(shù)，即單節(jié)鉆桿長(zhǎng)度6 000 mm、高強(qiáng)度錳鋼葉片豎向間距700 mm、單個(gè)葉片長(zhǎng)度400 mm、單個(gè)葉片寬度150 mm、單個(gè)葉片厚度20 mm、鉆頭長(zhǎng)度1 000 mm、出漿口數(shù)量4個(gè)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量2個(gè)，同時(shí)給出了長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的鉆桿、攪拌葉片、出漿口、鉆頭的設(shè)計(jì)改造圖，如圖2所示。

圖2 含鉆頭錳鋼葉片鉆桿和鉆頭示意

4 設(shè)計(jì)改造方案實(shí)施

本設(shè)計(jì)方案實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)可行，難度較小，費(fèi)用投入較低，預(yù)期效果好，環(huán)境影響小。本設(shè)備可在鉆桿下沉和提升過(guò)程中，連續(xù)不間斷地對(duì)土體和水泥漿進(jìn)行深度混合、均勻攪拌，實(shí)現(xiàn)“兩攪一噴”，提高攪拌效率。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

場(chǎng)地平整→測(cè)量定位→長(zhǎng)螺旋鉆桿改造→鉆機(jī)就位→射水試驗(yàn)→泥漿制備→噴漿攪拌下沉→停漿攪拌提升→清洗→移機(jī)

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 施工準(zhǔn)備

施工現(xiàn)場(chǎng)必須先做好平整場(chǎng)地的工作，務(wù)必檢查清楚地下管線的具體位置，保證供水供電，規(guī)劃好機(jī)械施工路線及材料運(yùn)輸通道，同時(shí)做好截排水措施。

5.2.2 測(cè)量定位

按設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放線，控制樁位的誤差在允許值內(nèi)，做好樁位標(biāo)記及日常復(fù)測(cè)工作，保證樁機(jī)能夠準(zhǔn)確就位。

5.2.3 鉆機(jī)就位

首先要對(duì)鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試，對(duì)各零部件的規(guī)格和性能進(jìn)行檢查，并且把輸漿管連接好。將鉆機(jī)設(shè)備移動(dòng)到對(duì)應(yīng)的樁位處，并進(jìn)行全方位校準(zhǔn)。鉆桿軸線與鉆孔中心垂直對(duì)準(zhǔn)，方可開始鉆進(jìn)，注意將樁位偏差和垂直度偏差控制在允許值范圍內(nèi)。

5.2.4 射水試驗(yàn)

調(diào)整好攪拌機(jī)位置后，開始鉆進(jìn)前先進(jìn)行射水試驗(yàn)，采用0.5 MPa的壓力值，目的是查驗(yàn)噴漿口出漿是否暢通、壓力是否正常。

5.2.5 泥漿制備

1）現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)設(shè)計(jì)的配合比制拌水泥漿，要求不發(fā)生離析現(xiàn)象，均勻且有很好的流動(dòng)性，方便泵送和噴攪。

2）選用P.C42.5水泥，水灰比應(yīng)控制在1∶（1.2～1.5）范圍內(nèi)。

3）灰漿的攪拌，應(yīng)在攪拌桶中先加水，后加水泥，開啟攪拌直至噴漿前。制拌好的水泥漿放置時(shí)間不得超過(guò)2 h。

4）制拌的漿液要采用1.0 mm孔徑的濾網(wǎng)過(guò)濾3次才能投入使用，避免顆粒進(jìn)入漿泵。

5.2.6 噴漿攪拌下沉

1）配合高壓注漿泵和空壓機(jī)，采用“兩攪一噴”施工，該方法鉆孔、噴漿、攪拌工序同時(shí)進(jìn)行。

2）檢查高壓旋噴機(jī)和其他相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行后，啟動(dòng)鉆機(jī)，一邊旋轉(zhuǎn)切割土體一邊下沉鉆桿。當(dāng)鉆頭到達(dá)地表下20 cm處開始泵送水泥漿液和輸送高壓氣體，向土體中噴射灰漿，噴漿壓力28.0～34.0 MPa。利用數(shù)層十字交叉高強(qiáng)度錳鋼葉片切割攪拌土體，邊攪拌邊下沉鉆桿，鉆桿下沉速度60～80 cm/min。鉆頭到達(dá)樁底設(shè)計(jì)深度后，樁端就地持續(xù)噴漿攪拌35 s后再提鉆。

3）正常的工作電流應(yīng)不大于額定值，接近設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)注意觀察電流表的變化，若電流值達(dá)到70 A，可認(rèn)為進(jìn)入相對(duì)的硬質(zhì)地層。

5.2.7 停漿攪拌提升

送漿泵停止送漿，十字交叉高強(qiáng)度錳鋼葉片向上提升切割攪拌土體，向上提鉆的速度控制在90 cm/min以內(nèi)，直至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上50 cm處，填寫相應(yīng)的施工記錄，完成單樁施工。

5.2.8 清洗

噴射施工完成后，清洗機(jī)具設(shè)備中殘留的剩余灰漿，防止送漿通道被堵塞。

5.2.9 移機(jī)

鉆機(jī)移動(dòng)到新的樁位上，重復(fù)以上施工步驟，施工下根水泥攪拌樁。

6 效果檢查

利用改造后的長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工高壓旋噴攪拌樁以后，我們又隨機(jī)抽取本項(xiàng)目10根高壓旋噴樁進(jìn)行了樁身芯樣均勻性檢查。根據(jù)檢查結(jié)果，畫出了3種系數(shù)A1、A2、B的折線圖，如圖3所示。

圖3 設(shè)備改造后抽樣調(diào)查實(shí)測(cè)樁體芯樣質(zhì)量系數(shù)、強(qiáng)度系數(shù)、均勻性系數(shù)示意

從圖3中我們可以看出，設(shè)備改造后施工的高壓旋噴攪拌樁，質(zhì)量系數(shù)A1和強(qiáng)度系數(shù)A2基本都穩(wěn)定在0.80左右，說(shuō)明采用改造后的設(shè)備均勻地拌和了水泥和土，灰漿的泵送流量也呈現(xiàn)出均勻連續(xù)的狀態(tài)。樁身均勻性系數(shù)B值均大于0.61，由于0.61＜B＜0.80（均勻），說(shuō)明所有抽查的樁身芯樣檢查結(jié)果都均勻，實(shí)現(xiàn)了深度混合、均勻攪拌。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行改造加工，形成了新型高壓旋噴攪拌樁成樁設(shè)備。相比較傳統(tǒng)的高壓旋噴樁施工設(shè)備，新型設(shè)備具有攪拌均勻、施工效率高、對(duì)樁周土體的擾動(dòng)小、改裝常規(guī)設(shè)備便于推廣、節(jié)省水泥用量、工程成本低等優(yōu)點(diǎn)。采用新型設(shè)備施工是一種經(jīng)濟(jì)高效，高質(zhì)量且綠色環(huán)保的軟土地基處理方法。