林強有，雷 斌，馬 馳，范少峰，童 心

（1、深圳市工勘巖土集團有限公司 深圳 518000；2、鐵科院（深圳）研究設(shè)計院有限公司 深圳 518034；3、深圳市房屋安全和工程質(zhì)量檢測鑒定中心 深圳 518051）

0 引言

城市建設(shè)迅猛發(fā)展，為了滿足日益增長的用地需求，建筑物逐漸外延至更廣闊的地域中，如建造在濱海灘涂、圍海造地而成的海塘等軟土地基之上［1］。軟土的天然含水量高、孔隙比大、滲透系數(shù)小、抗剪強度低、地基沉降變形大、流變性顯著［2］，其地基承載力及沉降變形達不到上層建筑要求，需先經(jīng)加固處理，以提高軟弱土層的強度和承載力，減少工后沉降，為基坑開挖和建筑施工提供工程條件。其中，水泥攪拌樁是軟基處理的一種常用方式［3］。

當(dāng)軟基區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜、地層含水豐富、分布有污泥軟弱層時，攪拌樁施工會出現(xiàn)水泥固化效果差等問題，達到齡期后地基仍為“橡皮土”，處理后的成樁質(zhì)量無法滿足設(shè)計要求。

針對上述問題，研究形成了“污泥層置換砂樁套打水泥攪拌樁軟基處理技術(shù)”，創(chuàng)新地提出在既定樁位通過預(yù)先施工小直徑?400 mm砂樁，用中粗砂置換污泥層中的腐殖質(zhì)，再以“小樁套打大樁”的形式將?800 mm 水泥攪拌樁套打在同樁位處的砂樁上，同時采用“四攪四噴”工藝，使水泥漿液直接并充分與中粗砂結(jié)合，形成水泥砂漿樁體，有效增強樁身強度，確保攪拌樁滿足設(shè)計要求。

1 工程概況

1.1 工程位置及規(guī)模

深圳某軟基處理工程位于深圳市寶安區(qū)福永街道，軟基面積11.3萬m2，設(shè)計采用水泥攪拌樁處理，設(shè)計直徑800 mm，樁中心間距1 300 mm，平均樁長10 m，共66 990根。

根據(jù)地質(zhì)勘探揭示，該軟基區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜、地層含水豐富、地面以下5 m 為流塑狀炭黑色污泥填埋軟弱層，腐殖質(zhì)有機物含量高；淤泥層5～10 m 為黑褐色，主要由淤泥組成，呈流塑狀態(tài)；粉質(zhì)粘土層厚10.0～12.8 m，呈青灰色，主要成分為粉質(zhì)土、粘土，呈可塑狀態(tài)。

1.2 套打成樁設(shè)計簡述

該項目軟基處理區(qū)域分4 個污泥片區(qū)，每個片區(qū)分為5～7個加固處理區(qū)塊，共23個區(qū)塊。研究采用砂樁置換污泥層，再套打大直徑水泥攪拌樁，設(shè)計砂樁直徑400 mm，平均樁長6 m，水泥攪拌樁直徑800 mm，平均長度10.5 m，樁中心間距1 300 mm，呈方形布置。

1.3 現(xiàn)場施工情況

由于項目軟基區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，采用傳統(tǒng)水泥攪拌樁進行處理固化效果差、成樁質(zhì)量差、樁體強度低，據(jù)此研究采用“污泥層置換砂樁套打水泥攪拌樁軟基處理技術(shù)”，通過預(yù)先施工砂樁，置換腐殖質(zhì)污泥層，再以“小樁套打大樁”的形式將水泥攪拌樁套打在同樁位處的砂樁上，采用“四攪四噴”工藝使固化劑與砂、土充分?jǐn)嚢?，確保攪拌樁滿足設(shè)計要求［4］，有效解決了腐殖質(zhì)有機物污泥層中傳統(tǒng)水泥攪拌樁施工固化效果差、成樁質(zhì)量難以保證等問題，達到施工快捷、綜合成本低、成樁質(zhì)量好的效果。

1.4 成樁檢測

根據(jù)設(shè)計要求，攪拌樁成樁后隨機抽取5%水泥攪拌樁進行鉆芯檢測豎向承載力。報告顯示，抽取不同部位檢測，樁身完整性及強度均滿足設(shè)計要求，檢驗實測值1 500 kPa＞理論值800 kPa，順利完成項目施工。

2 工藝介紹

2.1 適用范圍

⑴適用于有機物含量大于8%、呈流塑狀的污泥軟弱地基處理工程。

⑵適用于污泥質(zhì)土砂樁套打水泥攪拌樁軟弱地基處理工程。

2.2 工藝原理

水泥攪拌樁的加固效果主要與水泥漿液、加固介質(zhì)性狀、攪拌次數(shù)、水泥摻量等相關(guān)，本技術(shù)從研究水泥攪拌樁加固機理入手，通過在污泥內(nèi)施打砂樁，用中粗砂預(yù)先置換污泥層中的腐殖質(zhì)［5］，以改善污泥層性狀；同時，在砂樁位置再套成孔水泥攪拌樁，采用“四攪四噴”工藝，使攪拌樁中水泥漿液與置換的中粗砂在強制攪拌作用下，通過水化反應(yīng)固結(jié)為強度較高的水泥砂樁，從而有效提高攪拌樁單樁承載力［6］。另外，砂樁和水泥攪拌樁在施工時，其存在一定的擴徑效應(yīng)，使得攪拌樁體以外的污泥性狀同步得到一定程度的改善［7］，大大提高了污泥層軟基區(qū)域整體加固處理效果。

2.2.1 砂樁設(shè)計

砂樁優(yōu)化設(shè)計根據(jù)水泥攪拌樁直徑和污泥性狀，經(jīng)多個砂摻合量試驗分析和水泥攪拌樁后期成樁驗證進行確認(rèn)。本工程采用小直徑?400 mm砂樁，正方形布置，樁邊間距900 mm。在攪拌樁“四攪四噴”工藝條件下，可滿足水泥攪拌樁處理要求，最大程度節(jié)省采用大直徑砂樁的用砂量；砂樁樁長設(shè)計穿透污泥層底，進入淤泥層1 m，平均樁長約6 m；砂料使用中粗砂，含泥量不大于10%。砂樁在沉管施工過程中，實際充盈系數(shù)達1.3，實際砂樁最大樁徑可達520 mm，樁邊間距780 mm。

砂樁置換處理效果剖面如圖1所示。

圖1 砂樁置換處理效果剖面示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Sand Pile Replacement Treatment Effect Profile （mm）

2.2.2 水泥攪拌樁套打設(shè)計

砂樁完成后，在其樁中心進行水泥攪拌樁套打成樁。套打水泥攪拌樁設(shè)計樁徑800 mm，正方形布置，樁邊間距500 mm，水泥攪拌樁施工穿透淤泥層進入下伏粉質(zhì)粘土層內(nèi)0.5 m，平均樁長約10.5 m。水泥攪拌樁采用“四噴四攪”工藝，實際充盈系數(shù)達1.2，實際最大樁徑可達960 m，樁邊間距340 mm。

砂樁與水泥攪拌樁套打成樁處理效果剖面如圖2所示。

圖2 砂樁與套打水泥攪拌樁處理效果Fig.2 Effect of Sand Pile and Cement Mixing Pile Treatment （mm）

2.3 工藝流程

污泥層置換砂樁套打水泥攪拌樁軟基處理施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程Fig.3 Construction Process Flow Chart

2.4 操作要點

2.4.1 施工準(zhǔn)備

⑴采用挖掘機、裝載機、自卸汽車等機械設(shè)備對軟基面層進行清表、平整；對軟弱層采用砂石土填料進行淺層換填、壓實［8］，保證施工機械、材料的進場需求。

⑵按照現(xiàn)場作業(yè)需求計劃，配備臨時用電設(shè)備、設(shè)施和相關(guān)作業(yè)人員。

⑶對軟基處理進行分區(qū)，現(xiàn)場根據(jù)加固區(qū)塊面積合理布置材料堆場與設(shè)備機具。

⑷根據(jù)控制點，結(jié)合設(shè)計樁位布置圖進行現(xiàn)場樁位測量與放樣；采用GPS 定位儀放置軸線樁，依據(jù)軸線樁與樁間距的關(guān)系進行中間樁位的定點測量，并用白灰做標(biāo)記。

2.4.2 履帶式振動沉管砂樁機就位

⑴傳統(tǒng)前后軸滾筒式振動沉管打樁機，移機耗時較長，為提高砂樁施工速度，采用自有知識產(chǎn)權(quán)的履帶式振動沉管打樁機［9］，在樁機底座設(shè)置連接件與履帶固定，兩條行走履帶上分別安置電機馬達，以帶動和控制樁機移位，縮短移機時間，提高施工效率。

⑵履帶式振動沉管打樁機為DZJ-60 型，主要由振動器、沉管、樁機架、履帶行走裝置等組成，該打樁機振動器功率為60 kW，用于振動和起拔沉管；主卷揚拉力為5 t，用于牽制振動錘和沉管；副卷揚拉力為2 t，用于提升上料斗。

⑶將履帶式振動沉管打樁機移位至樁位，樁機沉管底（樁尖）采用鋼制的四活瓣設(shè)計，提升則打開，振動下沉前將其合攏對中樁位，并調(diào)整好沉管垂直度。砂樁沉管底活瓣樁尖如圖4所示。

圖4 砂樁沉管底活瓣樁尖Fig.4 Sand Pile Sinking Pipe Bottom Valve Pile Tip

2.4.3 砂樁施工

⑴打樁機就位后，啟動振動錘，沉管開始下沉。根據(jù)沉管上已標(biāo)記的刻度標(biāo)尺，判斷沉管下沉深度，到達設(shè)計標(biāo)高后向沉管內(nèi)灌注砂料。

⑵采用料斗向沉管內(nèi)灌注砂料，灌注前利用小型裝載機輔助上料至料斗，通過副卷揚提升至沉管進料口處下料，一次性將砂灌滿至砂樁所需用量為止。

⑶砂料灌注后，振動并提升沉管使砂料在重力作用下充盈樁孔，直至拔出地面。提管過程中，通過敲擊套管壁判斷套管內(nèi)砂的位置，保證灌砂率滿足設(shè)計要求，確保樁徑擴散系數(shù)達到約1.3。料斗提升上料如圖5所示。

圖5 沉管料斗提升上料Fig.5 Lifting and Loading of Immersed Tube Hopper

2.4.4 砂樁機移位

⑴單根砂樁施工完成后，將打樁機按照既定的施工順序移位至下一樁位。

⑵砂樁施工采用退后式分片、分區(qū)施工，完成一部分區(qū)域后轉(zhuǎn)場至下一區(qū)域。

2.4.5 場地二次平整及測放樁位

⑴砂樁施工完成后，對場地進行二次平整，以滿足施工現(xiàn)場水泥漿配漿設(shè)備、材料存放、攪拌機移位等要求，并在水泥攪拌樁分區(qū)外邊線開挖臨時排水溝。

⑵場地平整完成后，再次根據(jù)測定的樁位軸線測放水泥攪拌樁樁位。

2.4.6 雙動力頭水泥攪拌樁機就位

⑴為加快攪拌樁施工進度，現(xiàn)場采用PH-5型雙動力頭水泥攪拌樁機。該鉆機總功率110 kW，行走方式為液壓步履式。水泥攪拌機連接泥漿流量記錄儀，通過電子控制注漿量，避免人工計量誤差。

⑵水泥攪拌樁機與已放樣樁位點對中，就位時保證攪拌軸垂直度偏差不大于1%。

2.4.7 水泥攪拌樁四噴四攪施工

⑴鉆機就位后，按照試樁后的參數(shù)，取水灰比0.55 進行水泥漿液配制，摻入水泥量15%，通過漿液攪拌機攪拌系統(tǒng)自動配制，單根樁的水泥漿需求量一次攪拌配制完成。水泥攪拌機連接泥漿流量記錄儀，電子控制注漿量，注漿管路總長不超過50 m。漿液攪拌機攪拌系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 漿液攪拌機攪拌系統(tǒng)Fig.6 Slurry Mixer Mixing System

⑵漿液配制就續(xù)，啟動鉆機預(yù)攪下沉鉆進，邊鉆進邊噴漿，鉆進速度控制在0.5 m/min～0.8 m/min［10］，鉆頭到達設(shè)計樁底標(biāo)高后持續(xù)勻速噴漿30 s，確保樁底土層與水泥漿液充分拌合均勻、密實。

⑶第一次鉆進攪噴完成后，緩慢提升鉆桿，邊提升邊噴漿，提升速度控制在0.4 m/min～0.6 m/min，以保證噴漿量均勻，直至提升鉆桿至工作基準(zhǔn)面。

⑷重復(fù)一次下沉攪拌噴漿、提升攪拌噴漿，完成四攪四噴作業(yè)，單根水泥攪拌樁施工完畢。水泥攪拌樁施工如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場水泥攪拌樁施工Fig.7 Construction of On-site Cement Mixing Piles

2.4.8 水泥攪拌機移位

⑴攪拌樁機施工完畢后，將鉆桿和鉆頭提升出工作面，迅速移機至下一樁位。

⑵就位時調(diào)節(jié)樁架垂直度和對中樁位，滿足要求后進行下一組攪拌樁施工。

2.4.9 養(yǎng)護及成樁檢驗

⑴置換型砂樁套打水泥攪拌樁采用自然養(yǎng)護方式，7 d 后檢驗樁體外觀質(zhì)量，以人工配合小型挖掘機開挖，樁頭通過人工清理。

⑵現(xiàn)場檢測實際最大樁徑960 mm，充盈系數(shù)達1.2，滿足設(shè)計要求。置換型砂樁套打水泥攪拌樁成樁外觀檢驗如圖8所示。

圖8 成樁外觀效果Fig.8 Appearance Effect of Pile Formation

⑶置換型砂樁套打水泥攪拌樁20～28 d后進行鉆芯檢測，采用地質(zhì)鉆機對水泥攪拌樁鉆芯取樣，檢查樁體均勻程度；檢驗實測值1 500 kPa＞理論值800 kPa，滿足設(shè)計要求。

3 工藝特點

3.1 施工工效高

本技術(shù)采用污泥層中置換砂樁套打水泥攪拌樁施工工藝，砂樁施工采用履帶式振動沉管打樁機，鉆機移位便利，施工效率高；同時，水泥攪拌樁采用雙動力頭鉆機雙樁同步施工，成樁速度快；另外，砂樁與水泥攪拌樁分片、分區(qū)、流水組織作業(yè)，工序銜接有序，整體處理施工便捷高效。

3.2 有效提高樁體質(zhì)量

本技術(shù)采用砂樁對流塑狀腐殖質(zhì)污泥進行置換，改善了污泥層中有機質(zhì)土性狀，再在砂樁中套打水泥攪拌樁，并采用“四攪四噴”工藝，使置換后砂土與水泥漿液充分均勻攪拌結(jié)合成樁，樁身材料以水泥砂漿為主，強度高，保證了樁體成樁質(zhì)量，進一步提高了軟基處理效果。

3.3 綜合成本低

本技術(shù)采用小直徑置換砂樁套打水泥攪拌樁處理腐殖質(zhì)污泥層，用砂量小，節(jié)省原材耗費，同時還避免了采用加密水泥攪拌樁間距或增大水泥摻量等處理措施，節(jié)省了額外處理費用；另外，采用履帶式砂樁機和雙動力雙樁攪拌施工工藝，加快了處理進度，降低了總體施工成本。

4 結(jié)語

污泥層置換砂樁套打水泥攪拌樁軟基處理施工技術(shù)針對腐殖質(zhì)有機物污泥層中傳統(tǒng)水泥攪拌樁施工固化效果差、成樁質(zhì)量難以保證等問題，通過在污泥內(nèi)預(yù)先施工小直徑砂樁，用中粗砂置換污泥層中腐殖質(zhì)，同時以“小樁套打大樁”的形式，將水泥攪拌樁套打在同樁位處的砂樁上，采用“四攪四噴”工藝，置換后砂土與水泥漿液充分均勻攪拌結(jié)合成樁，有效增強樁身強度，確保攪拌樁滿足設(shè)計要求［11］。相較于傳統(tǒng)方法，本技術(shù)在成樁質(zhì)量、工序管理、生產(chǎn)效率、施工成本控制等方面都突顯出了顯著的成效，既可適應(yīng)于地基承載力不足的軟土地基基礎(chǔ)處理工程中，也可應(yīng)用于深厚軟土上采用剛性樁基礎(chǔ)的泵站、水閘及船閘等穿堤建筑物的防滲工程中，未來將在我國沿海地區(qū)工程中得到大力推廣應(yīng)用，進一步提升工程效益。