深层水泥搅拌桩在某核电站重件道路软基处理中应用

徐晓斌，秦晶晶，高 飞

( 1.广东省电力设计研究院，广东 广州 510600；2.天津市地质工程勘察院，天津 300191； 3.集成期货有限公司，广东 广州 510623)

1 工程概况

某核电站位于我国南方沿海的半岛上，规划容量为6×1750MW级压水堆核能发电机组，核电站进场重件码头位于核电站主厂区西南侧，拟修建重件道路进行连接，道路长为3.12km，核岛大件运输最大超过300t，对路基承载能力和变形有很高要求。该道路地处珠江入海口，大部分道路为鱼塘或沼泽地，区内水系发育，河塘密布，地质情况较复杂，一般分上下两层，下部地层为花岗岩残积层及风化岩土层，承载力较高，压缩性较小。上部地层大部分以淤泥混砂、淤泥质土、淤泥等软土为主，呈软塑、流塑状，具有天然含水量高、孔隙比高、压缩性大和强度低等特点，厚5.0～20.0m，属典型的饱和性软土地基。鉴于本工程软土特性、工程特性和工期紧张等因素，综合对比经济与技术方案，采用深层水泥搅拌桩进行加固处理。根据设计，深层水泥搅拌桩桩径为80cm，间距1.0～1.1m，桩长6～21m，桩位在平面上呈正三角形布置，采用喷水泥浆工艺施工，设计要求水泥土的7天强度为0.85MPa，28天强度达到1.15MPa，水泥掺量可以根据软土含水量等实际情况确定。

2 水泥掺量

深层水泥搅拌桩的成桩状况，主要受搅拌的均匀程度、水泥等级、水泥掺量、地基土的含水量和有机物含量等的影响。但对于既定的地质情况，只有采用适当的水泥掺量，才能达到经济、有效的目的。

经取样试验，该工程软土天然含水量平均值约为52%，孔隙比为1.42，压缩系数a1-2>0.8MPa-1，粘聚力为12.50kPa，内摩擦角为8.4°，有机质含量为5.2%，其不同水泥掺量、不同龄期的水泥土抗压强度试验结果见表1。

表1 水泥土抗压强度试验结果 单位：MPa

由表1可见，在相同条件下，水泥掺量增加，水土的强度显著提高。有资料表明，软土含水量在50%～85%时，相同掺量下，含水量每增加10%，水泥土的强度将降低30%；当含水量大于70%时，搅拌形成不了足够强度的水泥土柱体，将严重影响桩的强度。考虑到现场施工条件，实际形成的深层水泥搅拌桩桩体其均匀度可能达不到试验条件下的效果，为确保工程质量，确定水泥的掺量为20%。

3 施工工艺

3.1 施工工艺流程

试桩试验→桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

3.2 试桩

深层水泥搅拌桩施工是借搅拌头将水泥浆和软土强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也越高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步深层水泥搅拌桩的大规模施工。

考虑到本重件道路工程的重要性，现场施工时，在按20%水泥掺入量基础上，适当掺入外加剂，确定采用每延长米用水泥50kg，粉煤灰15kg，水灰比1∶1，高效减水剂为0.8%的施工配合比。施工采用六搅三喷的工艺进行，施工机具参数为：搅拌头翼片6枚，与搅拌轴垂直夹角60°，回转数不小于45转/min，提升速度不超过0.8m/min。试桩时本工程严格按照施工组织设计进行了试桩工作完成试桩3根，在施工中证明，该水泥灰配比和施工组织和施工机具参数能很好地满足施工需要。

3.3 施工准备

深层水泥搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍(包括大块石、树根和生活垃圾等)场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土；采用合格的设计规定的425型号普通硅酸盐袋装水泥以便于计量；深层水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，施工组织和施工参数按设计要求进行。

3.4 施工控制

应指派专人负责指导施工，全过程监控深层水泥搅拌桩的施工过程。施工中建立完备的质量控制体系，并制订了严格的控制指标：

⑴ 桩位控制 为保证桩位的准确性，现场采用全站仪建立控制网，并用JS2经纬仪进行局部控制。要求桩位布置与设计偏差不大于2cm，成桩桩位偏差不大于5cm。

⑵ 桩体垂直度控制 为保证深层水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制，要求垂直度偏差控制在1%。

⑶ 水泥浆制备 水泥浆的制备从表面上看是一项非常普通的工作，但是它的质量直接决定了喷浆法搅拌桩的质量，作为关键环节，对计量、搅拌时间、置放时间均要求进行严格记录，对于置放时间大于2h的浆体或出现离析的浆体均作为废料不予使用。

⑷ 采用六搅三工艺 第一次下钻时为避免堵管采取带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低挡操作，复搅时提高一个挡位。每根桩的正常成桩时间应不小于40min，喷浆压力不小于0.4 MPa。

为保证深层水泥搅拌桩桩端!桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时要求在桩底部停留不小于30s，以便磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位磨桩头，停留时间不小于30s。

根据试桩结果，搅拌机喷浆提升的速度控制在40～50cm/min为宜，每根桩开钻后要求连续作业，不得中断喷浆。

4 质量检测

进行水泥土搅拌桩检测的目的是为了掌握成桩状况，检验桩体质量能否满足设计要求，工程安全稳定能否得以保证。检测与评价的内容：材料质量、桩长、桩体均匀性和强度。

⑴ 材料质量检验 搅拌桩使用的材料主要是水泥，为确保质量，进场水泥分批次严格送检，待质量合格后方能用于工程中。

⑵ 桩长检测 进行水泥土搅拌桩检测时，标准贯入试验和钻探取芯进行抗压强度试验均可检测桩长。

⑶ 桩体均匀性检测 用轻便触探、开挖检测、标准贯入试验和钻探取芯进行抗压强度试验均可检测桩体均匀性，在深层水泥搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。

⑷ 桩体强度 用轻便触探、标准贯入试验、钻探取芯进行抗压强度试验和现场荷载试验均可检测桩体。轻便触探必须早期进行，当桩体强度很大时，很难以进行，检测深度较小；标准贯入试验检测若桩体不均匀，击数不能较好的体现强度，导致无法用击数来进行桩体强度判断；钻探取芯进行抗压强度试验检测，水泥土试样制取过程中，受到不同程度的损坏，导致芯样的不连续，影响检测结果的可靠性；现场荷载试验是确定承载力最可靠的试验，但试验条件与实际荷载条件存在差异；试验延续时间长，耗费人力、物力大。

因此，各类检测方法均有优缺点，本工程采用标准贯入试验、钻探取芯进行抗压强度试验和现场载荷试验等方法进行检测，由于施工组织和施工参数合理可靠以及施工过程得到有效控制，检测结果满足设计要求，采用深层水泥搅拌桩对此工程软土地基处理取得良好效果。

5 结语

深层水泥搅拌桩加固软土地基，关键在于施工工艺和质量控制。针对现场实际地基土的含水量和有机质含量，经过试验确定水泥比例后，应控制好水泥掺量和搅拌均匀程度这两个重要环节，其成桩质量定能够得到保证。该核电站重件道路工程施工期间及工后沉降观测显示，地基处理效果良好，各项指标均满足了设计要求。

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