水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是指軟基處理的一種有效形式，是一種將水泥作為固化劑的主劑，利用攪拌樁機將水泥噴入土體並充分攪拌，使水泥與土發生一系列物理化學反應，使軟土硬結而提高地基強度。水泥攪拌樁按主要使用的施工做法分為單軸、雙軸和三軸攪拌樁。20世紀70年代，開始用水泥攪拌樁加固軟土地基，至今已有40多年的歷史。它是通過特製的深層攪拌機，將軟土和水泥（固化劑）強制攪拌，並利用水泥和軟土之間所產生的一系列物理、化學反應，使土體固結，形成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥土樁。該工藝主要用於軟土地基的處理。

基本介紹

• 中文名：水泥攪拌樁
• 外文名：Cement mixing pile
• 性質：利用水泥作為固化劑的主劑
• 分類：軟基處理
• 作用：軟土硬結而提高地基強度
• 學科：土木工程

定義

水泥土攪拌樁是用於加固飽和軟黏土地基的一種方法，它利用水泥作為固化劑，通過特製的攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。加固深度通常超過5m，乾法加固深度不超過15m，濕法加固深度不超過20m。用迴轉的攪拌葉片將壓入軟土內的水泥漿與周圍軟土強制拌和形成泥加固體。

作用原理

水泥與軟土採用強制機械拌和後形成水泥土，它是基於水泥與軟土的一系列物理和化學的反應過程。

1)水泥在軟土中的水解與水化反應

普通矽酸鹽水泥主要是由氧化鈣、二氧化矽、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫等成份組成，由這些不同的氧化物分別組成了不同的水泥礦物。當水泥與飽和軟土充分拌和後，水泥顆粒表面的礦物很快與飽和軟土中的水發生水解和水化反應，生成氫氧化鈣、含水矽酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物。

這些化合物形成了懸浮的溶液，具有膠結作用，凝結後形成水泥土的膠結強度。水泥中的硫酸鈣與鋁酸三鈣一起與水發生反應後，生成一種被稱為“水泥桿菌”的化合物，這種化合物以針狀結晶的形式在比較短的時間裡析出，把軟土中大量的自由水以結晶水的形式固定下來。

2)粘土顆粒與水泥水化物的作用

當水泥各種化合物生成後，有的水化物自身硬結，形成水泥石骨架；有的水化物則與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發生作用，形成新的礦物。這些作用還有：離子交換與團化作用、凝硬作用、碳酸化作用等。

需要說明的是，以上所述是在試驗室內將水泥與土充分拌和的條件下進行的。在實際施工操作中，由於施工機械是切削攪拌，不可能像在試驗室內那樣，將水泥與土攪拌得充分均勻，水泥土中留有一些未被粉碎的小土塊，在攪拌水泥（漿液或粉體）後將出現水泥包裹土塊的現象，土塊之間的大孔隙基本上已被水泥的顆粒所充盈，所以實際加固後的水泥土中形成了大量的水泥較多的微區，而在小土塊的內部沒有水泥。

只有經過比較長的時間後，土塊內的土顆粒在周圍的水泥水解化合物滲透作用後，才能逐漸改變其性質。這樣在水泥土中不可避免地會產生強度較高的、水穩定性較好的水泥石區和強度相對較弱的小土塊區。由此也說明了實際施工時，將水泥與軟土攪拌得越均勻、土塊就被粉碎的越小，水泥土結構強度的離散性也就越小，其強度就越高，其無側限抗壓強度越接近室內試。

適用範圍

1.水泥土攪拌樁的施工工藝分為漿液攪拌法(以下簡稱濕法)和粉體攪拌法(以下簡稱乾法)。適用於處理淤泥、淤泥質土、素填土、軟—可塑粘性土、鬆散—中密粉細砂、稍密—中密粉土、鬆散—稍密中粗砂和礫砂、黃土等土層。不適用於含大孤石或障礙物較多且不易清除的雜填土，硬塑及堅硬的粘性土、密實的砂類土以及地下水滲流影響成樁質量的土層。當地基土的天然含水量小於30%(黃土含水量小於25%)、大於70%時不應採用乾法。寒冷地區冬季施工時，應考慮負溫對處理效果的影響。

2.水泥土攪拌法用於處理泥炭土、有機質含量較高或pH值小於4的酸性土、塑性指數大於25的粘土或在腐蝕性環境中以及無工程經驗的地區採用水泥土攪拌法時，必須通過現場和室內試驗確定其適用性。

3.水泥土攪拌法可採用單頭、雙頭、多頭攪拌或連續成槽攪拌形成水泥土加固體;濕法攪拌可插入型鋼形成排樁(牆)。加固體形狀可分為柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀等。

4.擬採用水泥土攪拌法處理地基的工程，除按現行規範規定進行岩土工程詳勘外，尚應查明擬處理土層的PH值、有機質含量、地下障礙物及軟土分布情況、地下水及其運動規律等。

工藝流程

一、施工準備

1.1攪拌樁施工場地應事先平整，清除樁位處地上、地下一切障礙(包括大塊石、樹根和生活垃圾等)。場地低洼時應回填粘土，不得回填雜土。

1.2水泥攪拌樁應採用合格等級強度普通矽酸鹽袋裝水泥以便於計量。使用前，承包人應將水泥的樣品送中心試驗室或監理工程師指定的試驗室檢驗。

1.3水泥攪拌樁施工機械應配備電腦記錄儀及列印設備，以便了解和控制水泥漿用量及噴漿均勻程度。監理工程師每天收集電腦記錄一次。

1.4水泥攪拌樁施工機械必須具備良好及穩定的性能，所有鑽機開鑽之前應由監理工程師和項目經理部組織檢查驗收合格後方可開鑽。

二、施工流程

2.1 樁位放樣→鑽機就位→檢驗、調整鑽機→正循環鑽進至設計深度→打開高壓注漿泵→反循環提鑽並噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→重複攪拌下鑽至設計深度→反循環提鑽並噴水泥漿至地表→成樁結束→施工下一根樁。

2.2 樁位放樣：根據樁位設計平面圖進行測量放線，定出每一個樁位，誤差要求小於鑽機定位：依據放樣點使鑽機定位，鑽頭正對樁位中心。用經緯儀確定層向軌與攪拌軸垂直，調平底盤，保證樁機主軸傾斜度不大於1%。鑽　進：啟動鑽機鑽至設計深度，在鑽進過程中同時啟動噴漿泵，使水泥漿通過噴漿泵噴入被攪動的土中，使水泥和土進行充分拌合。在攪拌過程中，記錄人應記讀數表變化情況。重複攪拌和提升：採用二噴四攪工藝，待重複攪拌提升到樁體頂部時，關閉噴漿泵，停止攪拌，樁體完成，樁機移至下一樁位重複上述過程細碎機。

三、施工控制

3.1水泥攪拌樁開鑽之前，套用水清洗整個管道並檢驗管道中有無堵塞現象，待水排盡後方可下鑽。

3.2為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規範要求，在主機上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鑽桿上、下、左、右距離相等來進行控制。

3.3對每根成型的攪拌樁質量檢查重點是水泥用量、水泥漿拌制的罐數、壓漿過程中是否有斷漿現象、噴漿攪拌提升時間以及復攪次數。

3.4為了確保樁體每米摻合量以及水泥漿用量達到設計要求，每台機械均應配備電腦記錄儀。同時現場應配備水泥漿比重測定儀，以備監理工程師和項目經理部質檢人員隨時抽查檢驗水泥漿水灰比是否滿足設計要求。

3.5水泥攪拌配合比：水灰比0.45～0.55、水泥摻量12%、每米摻灰量46.25kg、高效減水劑0.5%。

3.6水泥攪拌樁施工採用二噴四攪工藝。第一次下鑽時為避免堵管可帶漿下鑽，噴漿量應小於總量的1/2，嚴禁帶水下鑽。第一次下鑽和提鑽時一律採用低檔操作，復攪時可提高一個檔位。每根樁的正常成樁時間應不少於40分鐘，噴漿壓力不小於0.4MPa。

3.7為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質量，第一次提鑽噴漿時應在樁底部停留30秒，進行磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進行磨樁頭，停留時間為30秒。

3.8 在攪拌樁施工過程中採用"葉緣噴漿"的攪拌頭。這種攪拌頭的噴漿口位於攪拌葉片的最外緣，當漿液離開葉片向樁體中心環狀空間運移時，隨著葉片的轉動和切削，漿液能較均勻地散布在樁體中的土中。長期使用證明，"葉緣噴漿"攪拌頭能較好地解決噴漿中的攪拌不均問題。

3.9 施工時應嚴格控制噴漿時間和停漿時間。每根樁開鑽後應連續作業，不得中斷噴漿。嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鑽桿提升作業。儲漿罐內的儲漿應不小於一根樁的用量加50kg。若儲漿量小於上述重量時，不得進行下一根樁的施工。

3.10施工中發現噴漿量不足，應按監理工程師要求整樁復攪，復噴的噴漿量不小於設計用量。如遇停電、機械故障原因，噴漿中斷時應及時記錄中斷深度。在12小時內採取補噴處理措施，並將補噴情況填報於施工記錄內。補噴重疊段應大於100cm，超過12小時應採取補樁措施。

3.11 現場施工人員認真填寫施工原始記錄，記錄內容應包括：a施工樁號、施工日期、天氣情況；b噴漿深度、停漿標高；c灰漿泵壓力、管道壓力；d鑽機轉速；e鑽進速度、提升速度；f漿液流量；g每米噴漿量和外摻劑用量；h復攪深度。

四、質量檢查

4.1 輕便觸探法　成樁7天可採用輕便能探法檢驗樁體質量。用輕便觸探器所帶勺鑽，在樁體中心鑽孔取樣，觀察顏色是否一致，檢查小型土攪拌均勻程度、根據輕便觸探擊數與水泥土強度的關係，檢查樁體強度能否達到設計要求，輕便能探法的深度一般不大於4m。

4.2 鑽芯取樣法　水泥生產工藝流程成樁完成，對豎向承載的水泥土在90天后、橫向承載的水泥土在28天后，用鑽芯取樣的方法檢查樁體完整性，攪拌均勻程度，樁體強度、樁體垂直度。鑽芯取樣頻率為1%～1.5%。 　水泥攪拌樁樁徑（單軸）一般為500MM~550MM，最大為600MM，固化劑常用等級強度為32.5/42.5。

水泥摻量除塊狀加固時可用被加固濕土質量的7%~12%外，其餘宜為12%~20%。

加固深度：濕法<20m，乾法<15m。