水泥攪拌樁在復雜地質(zhì)條件下試樁工藝研究

摘要：本文通過對單軸、雙軸、三軸打樁機和不同施工工藝的研究，確定最佳施工參數(shù)和施工工藝，解決依托工程水泥攪拌樁施工中遇到的鉆孔成孔問題;通過對設備關鍵部件的改造，提高了施工效率，減少了設備投資，通過換線減少了施工交叉，有效降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)過程節(jié)能環(huán)保，保證了施工質(zhì)量，實現(xiàn)了岸坡加固的目的。

關鍵詞：水泥攪拌樁;復雜地質(zhì)條件;試樁工藝;施工技術(shù);優(yōu)化措施

水泥攪拌樁施工技術(shù)在我國水運工程建設中具有廣泛地應用，因為能夠利用更多的原位土資源，在施工過程中產(chǎn)生的振動和噪音較小，且對地質(zhì)環(huán)境要求較低，能夠在多種不同復雜地質(zhì)條件下應用等多項特點，發(fā)揮出良好的施工效果，能夠有效提高施工效率和施工質(zhì)量。在水泥攪拌樁應用過程中，需要開展科學的試樁工藝，從而能夠識別出復雜地質(zhì)條件下影響施工的關鍵性因素，進而為后續(xù)的施工提供全面支持。

1項目概況

在某項碼頭工程中，因為碼頭后方場區(qū)使用荷載較大，且距離原陸域回填邊坡較近，為保證開挖后原有邊坡的穩(wěn)定性，同時為防止擋土墻與后樁臺間發(fā)生過大的不均勻沉降，在圍埝頂部及后方陸側(cè)設置水泥攪拌樁。本次項目的水泥攪拌樁施工中，上層10m設置在砂棱體充填袋圍堰上，充填袋具有強度高、不易破碎等多項特點，在充填袋下方具有廢棄的塑料排水板，綜合情況對于水泥攪拌樁施工造成較大困難，經(jīng)過技術(shù)人員的分析，如果不做好試樁工作，會出現(xiàn)鉆進困難、卡鉆、無法成樁等問題。除此之外，在下層10m設置在淤泥質(zhì)黏土中，水泥漿與淤泥質(zhì)黏土分離不易成樁，為此需要對試樁工藝進行優(yōu)化設計。

2單軸試樁施工工藝分析

2.1單軸水泥攪拌樁工藝

在本次工程中，1號碼頭后方岸坡長約 531m，其中東側(cè)約 338m 范圍攪拌樁處理寬 7.0m（水泥攪拌樁直徑 0.6m，間距 1.0m，三角形布置）;2號碼頭后方岸坡長約 399.9m，水泥攪拌樁處理范圍寬 7.0m（水泥攪拌樁直徑 0.6m，間距 1.0m，三角形布置）。 在深層水泥攪拌樁方面，處理深度設置為-14m，樁間距分別為1000mm和600mm，需要完成基礎資料驗收、施工資料收集以及具體工藝流程制定等工作[1]。

2.2單軸試樁工藝分析

在本次工程中，單軸試樁需要根據(jù)具體不同施工位置、施工技術(shù)以及水泥參量的不同進行劃分，本次單軸試樁工程共計分為6組，每組需要完成15根水泥攪拌樁施工，15根水泥攪拌樁分為每組三列，并與碼頭前沿線方向保持垂直。水泥攪拌樁徑設計為600mm，水泥參量分別設計為8%、10%、12%、14%、16%、18%，單樁試樁工藝采用“單向四噴四攪、六噴六攪、雙向攪拌”等多種不同工藝。本次單軸試樁工藝中需要主要設備為鉆機、雙向鉆頭、單向鉆頭。

2.3試樁施工中出現(xiàn)問題分析

因為本次水泥攪拌樁試樁施工所面臨地質(zhì)環(huán)境較為復雜，所以在施工過程中出現(xiàn)一些問題，主要包括如下幾項：（1）在施工過程中，出現(xiàn)進尺較為緩慢的問題，因為沙袋韌性較大，且抗拉伸強度較強，不容易撕破，經(jīng)過技術(shù)人員的現(xiàn)場觀測，發(fā)現(xiàn)回填沙袋中回填土為粉細砂土，密實程度較高，所以在施工過程中出現(xiàn)沙袋纏繞鉆頭的問題，整體鉆進較為困難。（2）黏性土不易均勻拌合，芯樣無水泥摻入。

2.4單軸試樁取芯結(jié)果分析

本次單軸試樁共計60根，在成樁后20天，進行現(xiàn)場取芯進行樁身固結(jié)體水泥土強度抗剪實驗強度及內(nèi)摩擦角試驗，上部砂層10m抗壓滿足設計要求≧200kPa，其中最大值樁號A3-1抗壓強度為19780kPa，最小值樁號C3-1抗壓強度為1061.36kPa，平均抗壓強度為6724.78kPa;下部10m淤泥質(zhì)黏土層抗壓強度低于設計要求，其中20根無壓力值，另外三根分別為C3-1壓力值57kPa，C3-2及A區(qū)東側(cè)5m試樁壓力值為48kPa，單軸試樁結(jié)果不理想，無法滿足設計要求。

2.5單軸試樁施工工藝優(yōu)化分析

首先，為了保證水泥漿與淤泥質(zhì)黏土層能夠充分攪拌，對15根試樁鉆頭進行相應的改造，主要是在鉆頭葉片上下區(qū)域焊接鉆齒，葉片傾斜角度增加至30°以上，從而能夠提高切削效果，充分粉碎沙袋，同時能夠提高水泥漿攪拌效果。下圖為鉆頭改造示意圖。

其次，提高設備功率≧75KW，以防砂袋纏繞;黏土部分上下攪拌次數(shù)不少于4次，單點每遍不少于20次;噴漿壓力≧0.5MPa;使水泥漿與原位土均勻融合。

3 雙軸、三軸試樁工藝優(yōu)化分析

根據(jù)本次工程施工實際情況來看，采用單軸水泥漿攪拌樁無法滿足要求，整體成樁率較低，經(jīng)過技術(shù)人員的綜合討論，決定將設備功率提高至75kW以上，能夠避免沙袋纏繞問題出現(xiàn);黏土部分增加攪拌次數(shù)，單點攪拌次數(shù)不低于20次，整體攪拌次數(shù)不低于4次;噴漿壓力提升至0.5MPa以上。因雙軸樁機是單軸樁機的疊加，無再次驗證必要，經(jīng)詳細調(diào)研，采用三軸攪拌試樁工藝。

按照施工位置、施工工藝及水泥摻量的不同，共分成3組，按照工藝方案確定工法組數(shù)，每個工法3根，共27根，上部充填袋部分水泥摻量別采用12%、10%、8%，施工工藝分別采用“一噴二攪、二噴二攪”試樁施工工藝，下部原狀土部分水泥摻量別采用16%、18%、20%，施工工藝分別采用“兩噴四攪、三噴六攪、四噴四攪”，水泥采用強度等級42.5級普通硅酸鹽水泥。

本次工程中三軸試樁工藝基本流程為：測量放線→樁位復測→鉆機就位調(diào)整→鉆機砂漿噴進（砂層）→鉆機噴漿鉆進（淤泥質(zhì)黏土層）→重復上下→鉆機噴漿提鉆→清洗→鉆機位移。

在鉆機噴漿鉆進施工中，砂層鉆進深度為10m，轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速控制在35～60r/min，鉆進速度控制在0.3～0.7m，噴漿壓力控制為0.2MPa，水泥參量為12%，整體水泥用量約為61kg/m;在淤泥質(zhì)巖土層鉆進施工中，轉(zhuǎn)速控制為5～60r/min，鉆進速度控制為0.5～0.5m，在達到鉆進設計標高后，鉆頭需要停留30s，保證鉆進效果，噴漿壓力控制為0.5MPa，水泥參量控制為16%，水泥漿用量約為81kg/m;在砂層的鉆進噴漿提鉆施工中，鉆頭速度控制為5～60r/min，提鉆速度控制為0.3～0.7m，噴漿壓力控制為0.5MPa，水泥參量控制為12%，水泥用量約為61kg/m。

每組水泥攪拌樁提供7天、14天、28天、90天無側(cè)限抗壓強度值及樁體的剪切試驗結(jié)果。經(jīng)研究對比，采用2C-1工藝上部約10m采用一噴兩攪，下部約10m采用兩噴四攪，采用42.5級普通硅酸鹽水泥;摻入比為被加固土體質(zhì)量的14%。

結(jié)束語

綜上所述，本文將對水泥攪拌樁在復雜地質(zhì)條件下試樁工藝方面進行深入的研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進一步促進我國水泥攪拌樁施工技術(shù)水平提升，為我國水運工程建設行業(yè)作出貢獻。

參考文獻

[1]胡其志，楊萌，郭勇，等. 水泥攪拌樁加固橋頭軟基段工程應用研究[J]. 建材世界，2020，208（03）：68-72.

作者簡介：李岳函（1989.8-），男，天津人，漢，本科畢業(yè)，工程師，從事港口航道與海岸工程工作，公司名稱：渤海石油航務建筑工程有限責任公司，公司所在地（省市）： （天津市濱海新區(qū)），公司所在地郵編：300450