呼東旭

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300000）

1 水上深層水泥攪拌樁施工原理

水上深層水泥攪拌樁（DCM 樁）工藝采用專業(yè)的DCM 樁施工船舶，根據設備類別和工作性能可分為5 大系統(tǒng)，分別為船舶操作系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)、處理機、鉆桿系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間通過可編程邏輯控制器（PLC）相互傳遞信息，協(xié)調工作。

在噴漿制樁前，設備按照給定的水灰比計算每立方米水泥漿中水泥及水的用量，輸入制漿系統(tǒng)進行制漿[1]。在噴漿成樁過程中，處理機鉆頭會以設定好的流量噴出制漿系統(tǒng)生產出的水泥漿，同時處理機會以設置好的速度上升或下降。DCM樁體由水泥漿及泥面下原狀土混合攪拌而成。樁體的強度很大程度上由單位體積樁體水泥摻量決定。而單位體積水泥摻量則由水泥漿水灰比、噴漿流量及處理及鉆頭上升或下降速度決定。

式中，α為單位體積的水泥摻量，kg/m3；m水、m水泥為每方米水泥漿中水與水泥質量，kg；V為水泥漿噴漿速率，L/min；V處理機為噴漿過程中處理機下貫（上拔）速度，m/min；ρ水泥漿為一定水灰比下，水泥漿理論密度，L/m3；S單樁截面積為DCM 樁體橫截面積，m2。

在施工前，為保證樁體單位體積水泥摻量穩(wěn)定，通過電腦操作系統(tǒng)設定好制漿過程及成樁過程的V、m水、m水泥、ρ水泥漿、S單樁截面積及V處理機。而處理機速度V處理機由控制處理機升降的絞車轉速進行控制[2]。

2 潮汐運動對處理機速度的影響

通過第1 節(jié)水上深層水泥攪拌樁施工原理可以看出，要想得到一個穩(wěn)定且準確的水泥摻量，保證樁體質量合格且穩(wěn)定，需控制好處理機的升降速率。然而單純通過控制絞車轉速，只能控制處理機相對于船體本身的速度，這相對于樁體的絕對速度是存在一定誤差的，這個主要的誤差來源是船體受潮汐影響而存在的升降[3]。

如圖1 所示，在漲潮時進行下貫噴漿，處理機向下運動并在鉆頭位置進行噴漿。此時處理機速度，絞車速度及漲落潮速度存在如下關系：

圖1 漲潮時下貫噴漿船體示意圖

式中，V絞車為電腦操作系統(tǒng)設置的絞車控制處理機相對于船體的速度，m/min；V漲落潮為噴漿過程中潮水上漲下落的速度，其中上漲為正，下落為負，m/min。

同理，在進行上拔噴漿的過程中，其關系則如下：

這種差異，在操作系統(tǒng)界面，顯示絞車速度及在鉆頭處設置傳感器顯示鉆頭絕對速度的GL 速度中也能觀測出，如圖2 所示。

圖2 絞車速度與鉆頭絕對速度差異示意圖

在梅山港口基礎設施重點項目海堤及陸域形成工程進行DCM 樁施工中，最初設置絞車速度時，未考慮潮水對處理機速度的影響。以通過公式（1）推導出的處理機速度設置絞車速度，為保證現(xiàn)場施工質量，增加保險系數以增加噴漿量，將上拔（下貫）噴漿的絞車速度設置為：

即將絞車速度設置為根據設計水泥摻量計算的處理機速度，再設置0.02 m/min 的保險量。在此基礎上，統(tǒng)計了兩天內12 組DCM 樁（共36 根）的水泥漿使用量與設計量的對比值，為了更直觀地顯示差異，將兩者之間差值的百分比進行了相關計算及統(tǒng)計，如表1 所示。

表1 未根據潮汐情況調整絞車速率噴漿量統(tǒng)計表

可見，在此情況下，雖能保證施工質量，但實際噴漿量與設計值相比差值浮動較大，而噴漿量不穩(wěn)定，則會導致樁體內水泥摻量（水泥漿內水泥摻量由制漿系統(tǒng)控制，不受處理機、鉆桿系統(tǒng)影響）不穩(wěn)定，會使樁與樁之間，樁體內各部分間強度不穩(wěn)定，故項目整體質量控制不穩(wěn)定，且材料浪費較大（4.22%）。因此，為保證項目質量穩(wěn)定，材料控制得當，重點需控制處理機、鉆桿系統(tǒng)的運行速度穩(wěn)定[4-5]。

3 根據潮汐情況調整施工參數及公式

通過第2 節(jié)潮汐運動對處理機速度的影響的描述，以上拔噴漿為例，受到潮汐運動影響，漲潮會使處理機絕對速度大于絞車設置速度；相反，落潮會使其速度小于絞車設置速度。因此，在操作前設置處理機速度時，應提前根據潮汐表計算上拔噴漿時的潮汐速度。漲落潮速率：

式中，A為噴漿前時刻的水位，m；B為之后1 h 水位，m；V漲落潮為噴漿過程中潮水上漲下落的速度，其中，上漲為正，下落為負，m/min。

結合式（1）、式（3）及式（5），上拔噴漿時應設置絞車速度為：

同理，結合式（1）、式（2）及式（5），下貫噴漿時應設置絞車速度為：

4 調整絞車速度后噴漿量統(tǒng)計及鉆芯取樣檢驗

根據式（6）和式（7）有針對性地進行絞車速度調整，并仍對連續(xù)12 組DCM 樁進行噴漿量統(tǒng)計，得出數據如表2 所示。

表2 根據潮汐情況調整絞車速率后噴漿量統(tǒng)計表

由表2 可見，經過調整絞車速度計算公式后，實際噴漿量與設計噴漿量相比，兩者之間差異變小（誤差1.16%）且不會出現(xiàn)明顯上下浮動，且均能滿足設計要求。

在隨后的鉆芯取樣中，調整計算公式后的鉆芯檢測結果顯示，芯樣強度穩(wěn)定，且能滿足設計要求的1.5 MPa 設計值，在此不列舉。

5 結語

在梅山港口基礎設施重點項目海堤及陸域形成工程進行DCM 樁施工中，筆者通過觀察不同時間段船舶設備制樁噴漿量的不同，并結合潮汐運動的規(guī)律，經分析、計算、推導及實踐修改、驗證等環(huán)節(jié)，將潮汐運動對DCM 樁施工的影響進行量化，并得到了驗證，提出了相應改進措施。潮汐運動的影響同樣適用于其他由絞車控制處理制樁速度的工程，如擠密砂樁等。故上述方法及得出公式同樣適用于或可用于參考海上擠密砂樁的施工。