摘要：結合工程實例，介紹水泥攪拌樁處理軟基的設計、施工、檢測原理，結合工程實踐介紹水泥攪拌樁在處理軟基的有效性。
　　關鍵詞:水泥攪拌樁、軟基、設計原理、施工方法、質量控制
　　
　　軟基在我國的東部、南部沿海，普遍有分布；同時，該區域也是我國人口眾多、經濟發達、建筑密集的區域。在該區域修建的道路工程，不可避免的會遇到軟基處理的問題。軟基一般具有高含水性、低密度、低強度、高壓縮性、低透水性和中等靈敏度的特點，一般壓縮沉降量大、排水固結慢、地基穩定性差。
　　軟土地基處理的方式比較多樣，有換填法、預壓法、強夯和強夯置換法、砂石樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿等。可根據不同的項目情況選用合適的地基處理方式。
　　其中深厚飽和粘土為主地基的處理方法主要是堆載預壓和水泥攪拌（含粉噴）樁等方法。深厚松散沙（粉）土為主地基的處理方法主要有強夯法、擠密砂（石）樁法和水泥攪拌（含粉噴）樁等方法。
　　1． 項目情況簡介
　　廣東省連州至懷集公路項目，位于廣東省西北部山區，是國家高速公路網第7縱線的一段，也是廣東省高速公路網規劃中第7縱線的一段，是泛珠三角區合作公路、水路交通規劃的一部分，是溝通香港、澳門與湖南、廣西的又一條重要通道。
　　2． 地質情況分析
　　沿線軟土主要由第四系沼澤相淤泥、淤泥質亞粘土（層號為3-0、3-1）組成，以淤泥質亞粘土為主，局部為軟塑粉質粘土，層號為2-1r；總體呈點狀或帶狀隨機分布于山間洼地或谷地。本項目軟土一般賦存較淺（谷地局部較深），沼澤相淤泥、淤泥質亞粘土約2～2.5米的采取換填法，厚度大的采取排水法結合預壓處理。
　　3． 地基處理方式的確定及加固機理
　　3.1 綜合考慮項目的地質情況、造價、施工工藝等因素以及參考了周邊項目的處理方法，兩種方式比較合適：預壓法、水泥土攪拌法。
　　預壓法：是通過堆載或真空預壓，使地基土固結的地基處理方法。比較經濟、歷時較長。需先查清土層、水層、地下水類型等，并取得先期固結壓力、空隙比與固結壓力的關系、滲透系數、固結系數、三軸試驗抗剪強度指標以及原位十字板抗剪強度等。并在預壓過程中進行豎向變形、側向位移、孔隙水壓力、地下水位等項目的監測，并進行原位十字板剪切試驗和室內土工試驗。
　　水泥土攪拌法：是以水泥為主要固化劑，通過特制的深層攪拌機械，將固化劑和地基土強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的樁體的地基處理方法。優點比較明顯：就地攪拌、最大限度利用原土，地基土不會側向擠出、對周圍建筑干擾少，樁體布置形式靈活。但是需要做一定的摻量的配合比。
　　由于預壓法的工期較長，需歷時半年至一年，考慮到項目的施工工期要求，舍棄該方案，確定為水泥土攪拌法，根據該區域的地質特點，最終確定采用深層攪拌法（濕法）。
　　3.2 水泥土攪拌法加固機理
　　3.2.1 水泥的水解和水化反應
　　水泥中的硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣為反應物，與水反應，生成一系列的化合物。生成的化合物也會參與反應，繼續增加土體強度。
　　3.2.2 粘土顆粒與水泥水化物的作用
　　上述生成物繼續發生離子交換和團粒化作用、硬凝反應、碳酸化作用。最終被粉碎的越均勻的土體，水泥土的總體強度越高。
　　3.2.3 其他影響因素
　　水泥土的強度隨水泥用量增加而增加；隨齡期增長，持續時間約三個月；隨水泥標號增加而增加；隨土樣含水量增加而減少；隨土中有機質含量增加而減小，有機質含量高的軟土，單純采用水泥的加固效果不好；部分種類的外摻劑可有效改變水泥土的強度、齡期強度增長等；較好的養護方法和養護條件，可以提高水泥土的早期強度。
　　故，合理確定水泥摻量、減少齡期內擾動、適當選用外摻劑對水泥土強度有較好的幫助。
　　4． 水泥攪拌樁參數確定
　　項目的地基處理情況基本決定了項目的工程質量，特別是整個項目的軟土地基完全由水泥攪拌樁控制。
　　確定復合地基處理目標：承載力120KPa，沉降要求≤0.3m，工后差異沉降控制在2%。
　　4.1 樁間距確定
　　根據項目需要、規范要求，確定樁徑0.5米。由于樁周土的力學性質很差，擬定采用樁間距1.2米的三角形布置。由于該處地基情況很差，地下情況復雜，樁端要求進入持力層最小深度0.8米。
　　4.2復合地基計算
　　按照最不利位置的樁基布置進行復核。
　　4.2.1單樁承載力計算
　　樁身強度計算：
　　Rk1=qs*l*S+a*Ap*fk=131.51KN；Rk2=η*quc*Ap=137.80KN；根據計算結果，單樁承載力取值采用較小值。
　　4.2.2復合地基承載力計算
　　面積置換率m=0.190512，復合地基承載力fk=m*Rk/Ap+β*(1-m)*fs=137.83KPa。
　　根據計算的結果，單樁承載力滿足設計要求，復合地基承載力也可以滿足設計的要求。
　　4.3樁頂褥墊層設計
　　考慮到項目水泥攪拌樁和淤泥的性質差別較大，為保證復合地基的整體受力性能，故考慮在樁頂設置50cm砂墊層，并保證樁頂進入砂墊層10cm。
　　4.4沉降分析
　　豎向承載攪拌樁復合地基的變形包括兩個部分：攪拌樁復合土層的平均壓縮變形S1和樁端下未加固土層的壓縮變形S2。
　　4.4.1復合地基的沉降分析
　　攪拌樁的壓縮模量Ep=1.8X105kPa；樁長范圍內的Es=2.68MPa；復合土層的壓縮模量為Esp=m.Ep+(1-m).Es=34294Kpa
　　攪拌樁復合土層頂面的附加應力Pz為120KPa。根據Esp/Es=12.78，z/b=12/12=1查表得θ=300。攪拌樁復合土層底面的附加應力為Pzl=b(Pk-Pc)/(b+2Z*tanθ)=55.7KPa。
　　攪拌樁復合土層的壓縮變形S1=（Pz+Pzl）*l/(2*Esp)=30.7mm
　　4.4.2樁端土的壓縮變形
　　復合地基底面的附加應力為55.7KPa，自重應力為140Kpa，土層的壓縮模量為30MPa；6米下的附加應力為46.9KPa，自重應力為200kPa；對應的e值=e1-e2=0.015。經過計算并參考周邊項目的e-P曲線，在樁端6米范圍內，壓縮量<5cm。
　　4.4.3經計算和分析，復合地基的沉降量<10cm。滿足規范的要求。
　　4.5管基、井底等特殊部位處理
　　項目的污水管的管底高程低于復合地基頂面標高，為保證污水管的管底有足夠的承載力，在管底部位至少保證有三根樁形成復合地基來承載。并保證管底有50cm砂墊層。
　　井底也采用同樣的方式來處理。附圖。
　　　
　　5． 水泥攪拌樁施工方法
　　5.1材料要求
　　采用32.5級以上的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。
　　采用飲用水，使用非飲用水需控制硫酸鹽和含鹽量。PH值≥4。
　　5.2施工方法
　　5.2.1 清理平整施工場地
　　施工前開挖排水溝及時排除地面積水，平整施工場地，回填50cm碎石并碾壓密實作為施工面。攪拌樁停漿面高于設計樁頂面50cm,攪拌樁施工結束后，回填50cm砂墊層，碾壓密實后作為路基墊層。
　　5.2.2 標出鉆孔位置
　　在整平后的場地上按設計要求標出攪拌樁位置(誤差不得大于2cm)，并測量場地的高程，確定噴漿標高和停漿標高。
　　5.2.3 前臺鉆機定位、鉆進及后臺拌合水泥漿
　　鉆機就位，對正樁位(樁位誤差不大于2cm)，調平樁機機身,保證樁的垂直度(允許偏差1.5%)，啟動主電機鉆進至設計深度(攪拌樁穿透淤泥層進入持力層約50cm)。在前臺就位鉆進的同時，后方應按照試驗室提供的水泥漿配合比制漿，制備好的水泥砂漿不得離析,泵送必須連續，注漿壓力控制在0.4MPa～0.6MPa。水泥漿池宜設兩個，一個用以控制配比，一個做泵送池。控制漿液的罐數、水泥及外摻劑的用量及泵送漿液的時間應由專人記錄。針對施工現場施工班組操作人員作業水平不高的現象，可以在拌漿桶上用油漆標識水位線，然后交底給現場作業人員，在注水到該水位線時，加多少包水泥攪拌就是設計的配合比。以簡單明了的方式保證水泥攪拌樁漿液符合設計要求。
　　5.2.4 水泥攪拌樁采用四攪四噴成樁的施工步驟
　　設備就位：攪拌機的鉆桿須垂直并對準樁位，檢查深度計轉軸中心是否位于刻度盤中心，確保攪拌樁深度計量準確。
　　第一次鉆進：在確認漿液從攪拌葉的出漿口噴出后，方可啟動攪拌機，以60r/min的轉速和不大于1m/min的鉆進速度，順時針方向邊鉆邊噴漿，直至設計樁長(在不變動檔位的前提下，電流表電流突變后，再向下鉆進50cm)，再繼續噴漿30s后，改逆時針方向攪拌噴漿提升至設計樁頂。
　　第二次鉆進：以同樣方式再次順時針方向鉆進注漿，直至復攪噴漿到設計樁長后，改逆時針方向攪拌噴漿提升到設計樁頂標高,再原地繼續噴漿30s，停止噴漿。
　　兩次循環鉆進成樁：經過上下兩次循環鉆進提升，使水泥漿液在樁孔內攪拌4次成樁。
　　5.2.5 樁機移位
　　復攪完成后，將鉆頭提出地面,停止主電機、填寫施工記錄并將樁機移至下一孔位。
　　5.3施工注意事項
　　國內目前的水泥樁攪拌法多為中心管噴漿方式和葉片漿噴方式。后者是使水泥漿從葉片上若干小孔均勻噴出，對大直徑葉片和連續攪拌比較合適，但噴孔易堵塞，且只能用純水泥漿；前者是從攪拌軸中間另一中心管噴出，若葉片直徑在1米以下，不影響攪拌均勻度，且適合多種固化劑。根據本項目的特點，推薦使用前者。
　　5.3.1施工前進行水泥加固土的室內試驗，確定合理的水灰比，本項目根據計算結果以及參考其他周邊項目的成功經驗，并滿足設計和施工技術規范的要求，確定水泥用量為55kg/m，并推薦水灰比為0.45～0.55，最終以試驗為準。
　　5.3.2施工前，進行場地平整，并需進行不少于5根的試驗工藝樁，以校核機具性能及施工參數。包括灰漿稠度、工作壓力、鉆進和提升速度參數。
　　5.3.3施工時應控制噴漿速度，注漿泵出口壓力應控制在0.4～0.6MPa。
　　應盡量連續施工、連續供漿；如因故短時間停漿，應將攪拌頭下沉到停漿點下0.5米重新噴漿攪拌。超40分鐘，應清洗輸漿管。
　　攪拌樁頂部1米，應重復噴漿；樁底0.5米內，應減慢速度，保證有足夠的噴漿量；為保證樁端施工質量，當漿液達到出漿口后，應噴漿座底30s，使漿液完全充滿樁端，這個對保證工程質量尤其重要。
　　5.3.4應控制施工機具的平整度，保證施工中的穩定性，不發生傾斜和移動，機架和鉆桿的傾斜度應≤1.0%，施工中應采用吊錘觀測鉆桿的傾斜度，并對傾斜的鉆桿進行調整。
　　控制對中誤差≤20mm。
　　5.3.5制備好的泥漿應不得離析，并控制停置時間≤2h。
　　5.3.6應控制攪拌機的下沉和提升速度≤1.0m/min。
　　5.3.7定期檢查槳葉的尺寸，鉆頭直徑損耗≤1cm。
　　5.3.8對樁長采用電流和長度雙控的原則進行，保證工程質量，確保水泥攪拌樁進入持力層足夠的深度。
　　6． 水泥攪拌樁施工觀測、檢測要求
　　水泥攪拌樁施工完，應進行N10檢測、抽芯試驗、單樁載荷試驗、復合地基載荷試驗。并應進行沉降觀測。
　　6.1成樁齡期7d內用輕便觸探器進行N10檢測，監測頻率為10%總樁數。
　　6.2成樁28d后進行抽芯、單樁以及復合地基承載力監測，該試驗需剔除樁頭0.5米。
　　6.2.1按照1%頻率進行抽芯試驗，對重點部位以及持懷疑的樁進行重點抽測。
　　6.2.2進行單樁、復合地基承載力的檢測。
　　6.3道路每100米，進行道路斷面的沉降觀測。每斷面設置三個沉降觀測點。
　　應控制推算的工后沉降量小于設計容許值，并連續兩個月觀測的沉降值≤5mm/月，方可進行下道工序的施工。
　　7． 施工中質量控制
　　7.1建立完善的施工質量保證體系；并根據試樁結果、質量體系要求確定合理的施工技術方案，供現場人員操作。
　　7.2按照施工工藝要求進行施工，并建立完整的施工技術檔案。
　　7.3堅持第三方全過程監理、旁站。并執行工程質量見證取樣和送檢制度的實施。
　　8． 結語
　　 在已處理軟基段，通過以上的設計以及技術控制，再對路基路面的觀測以及對沉降觀測結果的分析表明，水泥攪拌樁對該段路基的處理是成功的。
　　
　　參考文獻：
　　1. 《公路地基處理》劉松玉東南大學出版社
　　2. 《控制工后沉降處理深厚軟土地基》趙維炳等人民交通出版社
　　3. 《建筑地基基礎設計計算實例》于景杰等中國水利水電出版社