蘇培奇

（廣東省基礎工程集團有限公司 廣州 510620）

0 引言

某沿海城市市政項目沿線分布有淤泥層，埋深0～3 m，層厚1.0～5.5 m，具高壓縮性和易觸變的特點，對工程穩(wěn)定性影響較大，當?shù)叵滤幌陆祷虻孛娑演d量較大時淤泥會產(chǎn)生沉降變形。由于沉降變形將直接導致路面施工完成后不均勻沉降，影響行車的舒適性、對車輛通行帶來安全隱患。因此軟基處理是道路工程施工質(zhì)量控制的重點、難點，在正式進行水泥攪拌樁施工之前，需組織試樁作業(yè)。試樁的目的在于分析施工工藝的應用效果，根據(jù)實際情況做出合理的優(yōu)化，最終確定可行的施工方案，以指導正式施工［1］。

1 攪拌樁工藝簡介

水泥攪拌樁加固軟土地基的機理主要是通過水泥的水解和水化反應及水泥水化物與黏土的化學反應，由固化劑（水泥）與軟土攪拌形成的固結體［2］，從而形成強度相對較高的樁體與樁周軟土一起形成復合地基，以起到提高地基承載力、增強路基穩(wěn)定性及減少路基沉降的作用［3］。該工藝具有以下特點：

⑴施工中無振動、無噪音、無污染，對周圍地基土無擾動、無擠壓；

⑵工藝簡單、操作方便、最大化地利用了地基原狀土、布置型式靈活多樣［4］。

目前國內(nèi)常將水泥攪拌樁用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、和含水量較高且承載力標準值不大的黏性土等，加固深度有效范圍為15 m。

2 施工方法

水泥攪拌樁施工方法如圖1 所示，采取“四噴四攪”工藝。

圖1 水泥攪拌樁施工示意圖Fig.1 Construction Diagram of Cement Mixing Pile

2.1 樁機定位

對中放好攪拌樁樁位后，移動攪拌樁機到達指定樁位，樁位的偏差不得大于50 mm。

2.2 噴漿攪拌下沉

啟動深層攪拌樁機轉盤，待攪拌頭轉速正常后，方可使鉆桿沿導向架邊下沉邊攪拌，下沉速度可通過檔位調(diào)控，工作電流不應大于額定值［5］。

深層攪拌設備預攪下沉的同時，后臺設備攪拌水泥漿液，在壓漿前將漿液投入到集料斗中［6］。選用水泥標號為42.5R 的普通硅酸鹽水泥拌制漿液，水灰比控制在0.5～0.8 范圍，水泥摻入量16%，按照設計要求深層攪拌樁水泥用量不少于70 kg/m。

2.3 噴漿攪拌上升

下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵，通過管路送漿至攪拌頭出漿口，出漿后應噴漿攪拌30 s，在水泥漿與樁端土充分攪拌后，再按設計文件要求的提升速度（＜0.8 m/min）邊噴漿攪拌邊提升鉆桿，使?jié){液和土體充分拌和。

施工時如因故停漿，應將攪拌頭下沉至停漿點以下0.5 m 處，待恢復供漿時再噴漿攪拌提升［7］。若停機超過3 h，宜先拆卸輸漿管路，并妥加清洗［8］。

2.4 重復噴漿攪拌下沉

攪拌鉆頭提升至樁頂以上300～500 mm 后，重復攪拌下沉至設計深度，按設計文件要求的下沉速度（＜0.8 m/min）下沉。

2.5 噴漿重復攪拌提升

下沉到達設計深度后，噴漿重復攪拌提升，一直提升至地面。

2.6 樁機移位

施工完一根樁后，移動樁機至下一根樁位，重復以上步驟進行下一根樁的施工。

3 水泥土攪拌樁試驗

試驗段一共施工了65 kg/m（15%）、70 kg/m（16%）、75 kg/m（17%）、80 kg/m（18%）共4 種水泥摻量的水泥攪拌樁，為了研究水泥摻量對水泥攪拌樁各項性能指標的影響，以及確定適用于該項目的最佳水泥摻量，依據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范：廣東省標準DBJ/T 15-38—2019》，對4種摻量的水泥攪拌樁選取了一定數(shù)量的樁來進行各項指標測試。為確定本項目4種水泥摻量的水泥攪拌樁的各項性能指標，根據(jù)設計等要求，對選取出的水泥攪拌樁，進行了N10 輕型動力觸探試驗、單樁豎向抗壓承載力、復合地基承載力以及抽芯檢測等4項檢測［9］。

3.1 檢測成果

3 個檢測項均選取了20 根用于測試，4 種配比的數(shù)量分別為5 根65 kg/m、5 根70 kg/m、7 根75 kg/m（含1根間距1.5 m）以及3根80 kg/m，測試結果如下：

3.1.1N10輕型動力觸探（見表1、圖2）

表1 各配比N10輕型動力觸探成果一覽Tab.1 List of N10 Light Power Penetration Results of Each Ratio

圖2 各配比水泥攪拌樁輕型觸探曲線Fig.2 Light Dynamic Penetration Curves of Cement Mixing Piles with Different Proportions

3.1.2 單樁承載力

由表2 可知，各水泥摻量的攪拌樁單樁承載力檢測結果均較差，整體合格率只有20%，4種水泥摻量合格率最高的是75 kg/m，為43%，而70 kg/m 和65 kg/m水泥摻量的攪拌樁檢測均不合格。

表2 單樁承載力檢測結果Tab.2 Test Results of Single Pile Bearing Capacity

3.1.3 復合地基承載力

復合地基承載力的檢測結果如表3 所示，由表3可知，各水泥摻量的攪拌樁復合地基承載力檢測結果均較好，整體合格率有80%，4種水泥摻量合格率最高的是70 kg/m，均合格，合格率最低的是65 kg/m，只有60%。

表3 復合地基承載力檢測結果Tab.3 Test Results of Composite Foundation Bearing Capacity

3.1.4 抽芯檢測

抽芯發(fā)現(xiàn)攪拌樁存在攪拌不均勻現(xiàn)象，抗壓強度是否達標，還需進一步對其進行抗壓強度試驗。

芯樣抗壓強度檢測結果如表4 所示，現(xiàn)場抽取了20 根芯樣，對其中3 根做了抗壓強度測試，其余的芯樣由于攪拌不均勻，基本為土塊，故未進行測試。由測試結果可知水泥攪拌樁28 d 無側限抗壓強度未達到設計要求的1 MPa。

表4 水泥攪拌樁芯樣抗壓強度測試結果Tab.4 Test Results of Compressive Strength of Cement Mixing Pile Core Sample

3.2 鉆頭改進

由上述檢測結果可知，試驗段水泥攪拌樁成樁效果不好，為了達到設計承載力要求，設計方改進了鉆樁設備的鉆頭，并進行了初步試樁，改進方案有兩種：①將平頭工字鉆頭換成螺旋鉆頭，如圖3所示；②在平頭工字鉆頭上焊上鋼筋，增強其攪拌均勻性。

圖3 螺旋鉆頭Fig.3 Auger Bit

本次現(xiàn)場試樁20 根，其中螺旋鉆頭6 根，改進鉆頭14 根，水泥摻量為70 kg/m 和75 kg/m 兩種；由現(xiàn)場試樁效果來看，螺旋鉆頭容易被淤泥包裹，形成抱團現(xiàn)象，形成的樁易出現(xiàn)中空現(xiàn)象，故在此工程中不推薦使用螺旋鉆頭，而加焊了鋼筋的平頭工字鉆頭則沒有這種現(xiàn)象，具體成樁效果則須等到28 d 后，對其進行抽芯及承載力檢測。

為了初步檢驗改進鉆頭成樁效果，成樁一周后，對其進行了抽芯監(jiān)測，現(xiàn)場抽芯芯樣如圖4所示，可見芯樣連續(xù)、完整，堅硬，攪拌均勻，呈柱狀，均勻性良好，最后經(jīng)過專家建議，選取如圖5 所示的改進鉆頭，為了增加攪拌的均勻性，在橫軸兩端分別加焊了鋼板，增加了磨度，并加大兩橫軸間距至40 cm。

圖4 改進鉆頭后的芯樣Fig.4 Core Sample after Improved Bit

圖5 改進鉆頭Fig.5 To Improve the Bit

3.3 后期補測

3.3.1 傳統(tǒng)鉆頭水泥攪拌樁

由上述檢測可以發(fā)現(xiàn)樁身強度還未達到設計要求，這可能與水泥還未充分水化有關，故在6個月后對試驗段各配比的水泥攪拌樁再次進行了單樁承載力檢測，檢測結果如表5所示。

表5 補測單樁檢測記錄Tab.5 Retest Single Pile Test Record Form

由表5可知，檢測的4根樁有3根單樁承載力達到設計要求，未合格的為70 kg/m 配比的水泥攪拌樁，整體合格率為75%，可見試驗段水泥攪拌樁在成樁28 d時暫未達到設計承載力，而讓其充分水化反應后，樁身強度得到提高［10］，樁身承載力基本達到設計要求。

3.3.2 改進鉆頭水泥攪拌樁

在6個月后對改進鉆頭形成的樁進行了單樁承載力和復合地基承載力檢測，監(jiān)測原始記錄如表6、表7所示。

表6 改進鉆頭成樁單樁承載力檢測記錄Tab.6 Improved Test Record for Single Pile Bearing Capacity of Drill Bit

表7 改進鉆頭成樁復合地基承載力檢測記錄Tab.7 Improved Test Record of Bearing Capacity of Drill Pile Composite Foundation

由表6、表7 可知改進鉆頭形成的樁的單樁承載力以及復合地基承載力均已到達設計要求承載力，說明改進鉆頭成樁效果良好，可以應用于實際工程中。

4 結論與建議

⑴ 各配比的水泥攪拌樁樁身強度隨著深度的增加而增大，且相同深度的樁身強度隨著水泥配比的增大而增大，各配比水泥攪拌樁各深度樁身強度均小于300 kPa，未達到設計要求；

⑵各水泥摻量的攪拌樁單樁承載力檢測結果均較差，整體合格率只有20%，4種水泥摻量合格率最高的是75 kg/m，為43%，而70 kg/m 和65 kg/m 水泥摻量的攪拌樁檢測均不合格；

⑶各水泥摻量的攪拌樁復合地基承載力檢測結果均較好，整體合格率有80%，4種水泥摻量合格率最高的是70 kg/m，均合格，合格率最低的是65 kg/m，只有60%；

⑷通過對鉆頭進行改進，發(fā)現(xiàn)螺旋鉆頭在此工程中易被淤泥包裹，形成抱團現(xiàn)象，成樁效果較差，而加焊了鋼筋的平頭工字鉆頭成樁效果從初步抽取的芯樣來看，芯樣連續(xù)完整、堅硬，攪拌均勻，均勻性良好，并承載力檢測均已達到設計要求，說明改進鉆頭成樁效果良好。

⑸通過對試驗段單樁承載力進行補測，發(fā)現(xiàn)除70 kg/m 配比水泥攪拌樁承載力未達到設計要求外，其他均已達到設計要求，整體合格率為75%。

⑹ 為確保單樁豎向抗壓靜載試驗檢測的合格率，建議檢測在較晚的時間進行，使水泥充分水化。

⑺復合地基承載力值、最大試驗荷載下樁頂沉降值可直接反映地基加固的完成效果。當復合地基承載力較大、樁頂沉降量較小時，表明地基加固效果較好，后期不易發(fā)生不均勻沉降［10］。