徐楓

（徐州市公路工程總公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

我國(guó)東部沿海地區(qū)廣泛存在土體強(qiáng)度較低的軟土地基，其在施工過(guò)程中的壓縮量較大，且承載能力較差，一旦加固處理不妥當(dāng)，將嚴(yán)重影響工程項(xiàng)目的順利推進(jìn)，并形成潛在隱患。隨著當(dāng)前科技水平的發(fā)展進(jìn)步，新型軟基處理工藝不斷得以發(fā)展應(yīng)用，其中的水泥攪拌樁憑借一系列應(yīng)用特點(diǎn)而備受工程師青睞，如軟基處理效果良好、施工過(guò)程效率較高等，逐漸在軟基工程施工工藝中占據(jù)了重要地位。釘形雙向水泥攪拌樁是一種常用的樁基礎(chǔ)施工方式，其能有效改善軟土地基的力學(xué)狀態(tài)，提升軟土地基承載能力。

1 軟土地基常見(jiàn)施工方式

軟土地基加固處理是當(dāng)前工程項(xiàng)目基礎(chǔ)施工的重要內(nèi)容，其直接關(guān)系著工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量和效益。現(xiàn)階段，軟土地基的加固方式逐漸多樣化，除預(yù)應(yīng)力管樁、水泥攪拌樁外，堆載預(yù)壓法、釘形水泥雙向攪拌樁等都是較為常用的方式。其中，預(yù)應(yīng)力管樁在深厚軟弱層、填土高度較高的區(qū)域應(yīng)用較多，具有施工工期短、質(zhì)量易于控制的特點(diǎn)，但其整體的造價(jià)較高，且對(duì)鄰近建筑物有一定的影響。對(duì)于軟弱土體厚度在15～20m范圍之間的，可考慮使用水泥攪拌樁方式進(jìn)行施工，該方法在項(xiàng)目工期控制中作用突出，但受限于施工過(guò)程質(zhì)量控制水平，其樁身的質(zhì)量強(qiáng)度難以得到保證。

堆載預(yù)壓法是深厚軟弱土加固中常用的一種方式，其雖然施工工期較長(zhǎng)，但是處理后的軟弱土能均勻沉降，加固效果較好，且工程造價(jià)低廉。

深厚軟弱土加固的另一種方式即為釘形雙向水泥攪拌樁，該加固方式本身屬于專利技術(shù)，其施工工期大多為3～5個(gè)月，施工過(guò)程中樁體加固質(zhì)量容易控制，大范圍施工造價(jià)較為低廉，且成樁后樁體的強(qiáng)度較高，能有效滿足軟弱地基的施工需要[1]。

2 釘形雙向水泥攪拌樁加固原理及成樁過(guò)程

2.1 加固原理

作為軟土地基加固中較為普遍應(yīng)用的一種攪拌樁加固形式，釘形雙向水泥攪拌樁工藝主要是基于傳統(tǒng)的水泥土攪拌樁工藝，在鉆桿上另行增加了相反方向運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)攪拌葉片，在開(kāi)展土層鉆進(jìn)時(shí)對(duì)土體實(shí)施相反方向的切割攪拌，這種攪拌具有同步性特征[2]。同時(shí)，攪拌葉具有伸縮功能，在攪拌樁體上部區(qū)域時(shí)適當(dāng)增擴(kuò)樁體截面，由此形成了類似釘子形狀的水泥土攪拌樁。從施工過(guò)程來(lái)看，在釘形雙向水泥攪拌樁加固過(guò)程中，水泥等材料充當(dāng)著固化劑的角色，其能在傳動(dòng)系統(tǒng)的輔助下，保證水泥和軟土混合并產(chǎn)生理化反應(yīng)，最終形成具有壓縮性的水泥土樁。相較于傳統(tǒng)的水泥攪拌樁，釘形雙向水泥攪拌樁不僅具有良好的整體性、水穩(wěn)性，而且壓縮性較強(qiáng)，整體強(qiáng)度突出，能有效地提升地基的承載能力，滿足工程建設(shè)需要。

2.2 成樁控制

釘形雙向水泥攪拌樁成樁過(guò)程具有較強(qiáng)的專業(yè)性、綜合性和負(fù)載性。

（1）在成樁器材層面，釘形攪拌樁改造和完善了既有攪拌樁設(shè)備，主要表現(xiàn)為改變傳統(tǒng)攪拌設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)；同時(shí)更換相關(guān)組件，如鉆頭或鉆桿等，形成具有雙軸鉆桿結(jié)構(gòu)的新型攪拌設(shè)備；另外，在攪拌設(shè)備內(nèi)鉆桿、外鉆桿應(yīng)用中，分別配置了正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)的葉片，提升了整體的攪拌效果。

（2）成樁作業(yè)過(guò)程中，一旦攪拌設(shè)備開(kāi)始運(yùn)作，則外鉆桿作反向運(yùn)動(dòng)，對(duì)混合土體形成一定的壓降作用，在此過(guò)程中配合內(nèi)鉆桿的運(yùn)動(dòng)，能有效地完成土體的雙向攪拌，并且避免了水泥漿的上涌問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了水泥漿在兩個(gè)葉片間的均勻攪拌。

（3）考慮到軟土地基處理工況的差異性，需將葉片設(shè)置成可伸縮性，以充分保證設(shè)備靈活性，提升釘狀樁的成樁質(zhì)量[3]（圖1）。對(duì)比傳統(tǒng)軟土地基中的工程樁加固效果，釘形雙向水泥攪拌樁能有效協(xié)調(diào)樁與土的承載比例，降低樁土應(yīng)力比，充分發(fā)揮樁間土的協(xié)同效果，確保了基礎(chǔ)底面受力均衡，有效地防范了地基沉降現(xiàn)象，提升了地基的承載能力。

3 釘形雙向水泥攪拌樁施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施

3.1 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1.1 施工流程

規(guī)范控制釘形雙向水泥攪拌樁成樁流程，能充分保證施工的規(guī)范性，提升釘形雙向水泥攪拌樁樁體加固施工質(zhì)量。通常在完成施工場(chǎng)地平整和放樣工作后，需做好攪拌機(jī)的定位工作，隨后施工人員需按照噴漿切土下沉、收縮葉片和噴漿切土下沉、提升攪拌、伸展葉片提升攪拌、噴漿切土下沉、提升攪拌的順序進(jìn)行施工。完成上述工序后，需進(jìn)行成樁質(zhì)量檢測(cè)，并移動(dòng)到下一成樁點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)施工（見(jiàn)圖2）。

圖2 釘形水泥土雙向攪拌樁施工流程

3.1.2 工藝要點(diǎn)

在完成場(chǎng)地平整進(jìn)行放線時(shí)，應(yīng)在全站儀等設(shè)備的支撐下，系統(tǒng)定位起始樁位、邊線位置及樁位。該環(huán)節(jié)中，應(yīng)做好樁位偏差和系統(tǒng)控制，確保樁位偏差保持在50mm以內(nèi)。攪拌樁定位前，先需要規(guī)范檢查鉆頭直徑、鉆桿長(zhǎng)度，并對(duì)輸送導(dǎo)管、水泥漿罐壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，合理配置電源，為后期應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。

軟基處理橫斷面是工程項(xiàng)目質(zhì)量控制的重要內(nèi)容（見(jiàn)圖3），其受諸多因素影響，施工要點(diǎn)為：

圖3 釘形水泥土雙向攪拌樁軟基處理橫斷面

（1）切土下沉施工中，應(yīng)嚴(yán)格按照導(dǎo)向架基準(zhǔn)條件，按自上而下順序開(kāi)展水平豎直切土。該環(huán)節(jié)中，應(yīng)確保相反方向的兩組葉片持續(xù)運(yùn)行。

（2）應(yīng)注重收縮葉片和伸展葉片的控制。在收縮葉片過(guò)程中，應(yīng)使收縮后的葉片直徑保持在500mm，并同步保持運(yùn)行，充分?jǐn)嚢杌旌纤嗟能浲?。此外，在收縮葉片過(guò)程中，需保證樁端處穩(wěn)定噴漿，至設(shè)計(jì)深度后維持噴漿10s。伸展葉片過(guò)程中，應(yīng)改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)方向并將直徑伸至1 000mm，在此過(guò)程中保持運(yùn)行，至超過(guò)樁頂50cm后，停止噴漿。

（3）在收縮葉片及伸展葉片過(guò)程中，存在一定的攪拌提升操作。攪拌提升中，葉片一般作反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，要求攪拌樁提升到相應(yīng)的高度，一般在攪拌機(jī)提升到樁頂50cm后停止轉(zhuǎn)動(dòng)和噴漿[4]。

3.2 質(zhì)量控制措施

在采用釘形水泥土雙向攪拌樁進(jìn)行軟土地基處理中，應(yīng)在規(guī)范施工技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，重視其施工質(zhì)量的有效控制。

（1）固化劑材料的選用對(duì)于項(xiàng)目施工質(zhì)量具有較大影響，對(duì)此應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格配制固化劑漿液材料，要求該材料配制后停置時(shí)間不超過(guò)2h，且使用前不得離析；使用過(guò)程中，漿液需實(shí)施加篩過(guò)濾操作，避免對(duì)設(shè)備造成影響。

（2）在雙向攪拌樁成樁施工中，要求嚴(yán)格控制樁體的施工質(zhì)量，如在樁體控制中，要求其垂直度、樁位偏差分別不超過(guò)1%和50mm。同時(shí)，在操作攪拌設(shè)備過(guò)程中，嚴(yán)格控制下鉆速度、噴漿深度，并應(yīng)對(duì)停漿面進(jìn)行管理，確保噴漿工序滿足要求。成樁后，需做好樁體保護(hù)和質(zhì)量檢查，避免樁體強(qiáng)度不夠、承載力不足，影響后續(xù)施工。

（3）為保證釘形水泥土雙向攪拌樁成樁質(zhì)量，還要求重視項(xiàng)目施工中常見(jiàn)問(wèn)題的處理，譬如針對(duì)鉆頭下沉困難的問(wèn)題，要求通過(guò)調(diào)高電壓、排除障礙物等方式，確保攪拌設(shè)備規(guī)范下沉；而當(dāng)施工中出現(xiàn)混合土體和鉆頭同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)考慮到該問(wèn)題的形成不僅與水泥漿濃度過(guò)大有關(guān)，而且受攪拌葉片角度設(shè)置不合理等因素的影響，故應(yīng)對(duì)項(xiàng)目施工中的水泥漿液進(jìn)行重新配制。同時(shí)，應(yīng)注重?cái)嚢枞~片與攪拌軸夾角調(diào)整，以滿足后期施工需要等。

4 成樁質(zhì)量檢測(cè)

釘形水泥土攪拌樁成樁完成之后，應(yīng)按規(guī)范要求于28d后對(duì)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行把控，如樁身強(qiáng)度以及復(fù)合地基承載力，通過(guò)關(guān)鍵指標(biāo)的檢測(cè)，保證軟基加固效果滿足預(yù)期。

4.1 樁身強(qiáng)度

在釘形水泥土攪拌樁等強(qiáng)養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)時(shí)長(zhǎng)后，按照規(guī)范的試驗(yàn)方案，于施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樁體開(kāi)展鉆芯取樣。獲取的芯樣應(yīng)當(dāng)結(jié)構(gòu)完整，樁體連續(xù)，樣品長(zhǎng)度可在100～300mm之間。鉆芯取樣完成后，將所得芯樣放至密封袋中仔細(xì)封存，并置于實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行檢測(cè)，確定其28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。在實(shí)際實(shí)施中，選擇五根樁體進(jìn)行樁身強(qiáng)度檢測(cè)，每根樁體鉆芯取樣5份，將5份芯樣測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值取平均值，作為該樁體的最終樁身強(qiáng)度值。具體的樁身強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果參見(jiàn)圖4。

圖4 樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)可知，該工程中受檢的5根樁體樁身抗壓強(qiáng)度均大于規(guī)范要求的1.0MPa，表明所述的成樁流程和質(zhì)量控制措施可靠，滿足施工要求。另外，考慮5根樁體沿樁長(zhǎng)深度方向的強(qiáng)度分布情況，統(tǒng)計(jì)不同深度處樁體強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果如圖5所示?？梢?jiàn)，5根樁體的樁身強(qiáng)度分布標(biāo)準(zhǔn)差均在0.1以下，表明樁體強(qiáng)度分布的離散性不大，樁身強(qiáng)度基本均勻，驗(yàn)證了所述工藝措施能保證整個(gè)樁體強(qiáng)度的均衡性。

圖5 樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值標(biāo)準(zhǔn)差

4.2 復(fù)合地基承載力

在證明樁體成樁強(qiáng)度和分布的可靠性后，為進(jìn)一步保證工程軟土地基的整體承載力，還需按照規(guī)范方案對(duì)該釘形水泥攪拌樁復(fù)合地基的承載力進(jìn)行檢測(cè)。具體檢測(cè)手段采取現(xiàn)場(chǎng)載荷法。在實(shí)際承載力檢測(cè)過(guò)程中，分步對(duì)樁體進(jìn)行加載10次左右，每次加載后對(duì)相應(yīng)的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。需要注意的是，當(dāng)受檢范圍內(nèi)的土體被擠出或荷載板邊緣上翹，或沉降數(shù)據(jù)突然變大時(shí)，即應(yīng)停止加載，終止檢測(cè)。再根據(jù)采集的施加荷載值與沉降數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)的壓力-沉降曲線及其對(duì)數(shù)曲線，并根據(jù)曲線形狀判斷復(fù)合地基承載力。由檢測(cè)曲線可知，釘形水泥攪拌樁的壓力-沉降曲線在荷載值為180kN時(shí)發(fā)生突變，表明該數(shù)據(jù)即為極限荷載。而由其沉降曲線的對(duì)數(shù)曲線分析可知，待測(cè)樁體的復(fù)合地基承載力數(shù)據(jù)均在規(guī)范要求的設(shè)計(jì)值之上，因此，本次軟基加固效果較好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

釘形水泥土雙向攪拌樁是軟土地基處理常用的施工方式，施工人員應(yīng)充分掌握釘形水泥土雙向攪拌樁的技術(shù)原理，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行工序環(huán)節(jié)和施工技術(shù)要點(diǎn)控制，并在成樁結(jié)束后，按照規(guī)范所述方案對(duì)樁體相應(yīng)的28d無(wú)側(cè)限抗壓承載力以及復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，以保證成樁質(zhì)量符合設(shè)計(jì)需求，增強(qiáng)軟土地基承載能力，保證公路質(zhì)量。