水泥搅拌桩软基处理在吴江东太湖大堤工程中的应用

瞿洪海

【摘 要】水泥深层搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式。结合吴江东太湖综合整治-1#排泥场新建大堤工程的施工情况，介绍了水泥深层搅拌桩的施工中试桩、施工准备、施工工艺流程、设计参数及要求、施工控制、质量检验等控制环节。

【关键词】水泥深层搅拌桩；软基处理；应用；质量控制

1. 前言

（1）水泥深层搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

（2）东太湖综合整治工程是太湖流域水环境综合治理的重点工程之一，也是太湖流域防洪规划的重要组成部分。吴江东太湖综合整治-1#排泥场新建大堤为Ⅰ级水工建筑物，部分地段地质情况较差，软弱地基较多，因此采用了水泥深层搅拌桩软弱地基处理，本工程水泥深层搅拌桩直径50cm，间距为1.5m，桩长在9m-14m之间，桩位平面呈正三角形（梅花形），工程量为16.7余万延米。结合该工程施工实例对如何有效地控制水泥深层搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果进行了探讨。

2. 软基处理水泥深层搅拌桩的施工

2.1 施工准备。

2.1.1 水泥深层搅拌桩施工前应准备下列施工技术资料：施工场地的工程地质报告，土工试验报告，室内配合比试验报告，水泥深层搅拌桩设计桩位图，原地面高程数据表以及测量资料。

2.1.2 清表、整平：进行水泥深层搅拌桩施工的场地，事先应予平整，清除桩位处地上、地下一切障碍物，如原地面要清除杂草、树根、石块等。

2.1.3 排水：护坡道外侧开挖临时排水沟，初期不能开挖很大。堤基临时排水沟不得与农田排水、灌沟渠合用且施工期间不能长期积水。

2.1.4 施工机具准备，进行机械组装和试转运。

2.2 工艺性试桩。为了确定各种操作技术参数，在水泥深层搅拌桩大面积开工前，必须按室内配合比进行工艺性试桩，可根据软土层厚度选择一处有代表性土质情况的位置进行试桩，布桩6根。试桩应达到下列要求：

2.2.1 满足设计水泥用量的各种技术参数。

2.2.1.1 下钻速度，参考值V=1.0m/min。

2.2.1.2 喷浆提升速度，参考值喷浆时VP=0.3～0.8m/min，复搅时VP≤0.7m/min。

2.2.1.3 钻头转动速度，参考值P=30～50转/min。

2.2.1.4 复搅与提升时泵的工作压力：参考值P≈1.5MPa，并根据机械类型及管道长度调整。

2.2.1.5 喷浆口处压力：参考值0.7MPa≤P≤0.8MPa。

2.2.2 通过试桩，确定输浆泵的输浆量，浆液经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间以及预搅拌提升速度、重复搅拌下沉、重复搅拌提升速度等施工参数。

2.2.3 水泥深层搅拌桩所用的水泥（42.5级普通硅酸盐水泥）应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用，严禁使用受潮、结块变质的加固料。

2.3 施工工艺流程。

放线定桩位→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计桩深→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→全程复搅一次（如整桩设计浆量还有剩余，应在复搅中继续喷完）→反循环提钻至地表→关闭搅拌机械→移至下一桩位继续施工。

2.4 设计参数及要求。

2.4.1 水泥掺入比>18%。

2.4.2 室内配合比设计。

28d无侧限抗压强度：qu≥1.2MPa

60d无侧限抗压强度：qu≥1.6MPa

90d無侧限抗压强度：qu≥1.7MPa

2.4.3 现场质量检测。

28d取芯强度：R28≥1.2MPa

90d取芯强度：R90≥1.7MPa

单桩承载力>80KPa

2.5 进场桩机、设备要求。

2.5.1 进场设备严禁使用非定性产品或自行改装的设备；进场桩机应有能显示钻杆钻进时电流变化的电流表，装备水泥浆量检测记录仪器，仪器性能良好。包括：桩深度测量；浆液流量测量。电磁流量计、深度测量仪等检测记录，设备进场前必须经当地计量部门或生产厂检验标定并铅封；并有当地计量部门检测的证书。

2.5.2 进场桩机使用的钻头必须为3层浆叶共计6片，为使桩头成型较好，需在搅拌叶片下部端头加焊抓头；输浆管必须使用整管，避免出现接头，不利于浆液的输送或出现压浆时爆管现象。

2.5.3 要求每台桩机都要配备一台泥浆比重仪，并要有当地计量部门的检测证书，以便于随时检查浆液的比重；浆液搅拌桶都必须标有标准的刻度，以便控制水的用量，钻机导向架内外侧都必须有标度尺，标度尺要与桩架颜色成反色，以便随时明了下钻深度。

2.6 深层搅拌桩施工工艺操作细则。

2.6.1 施工技术要求。

2.6.1.1 根据工艺试桩确定的各种操作技术参数制定施工要点，现场操作人员必须严格遵守，各项技术参数如下：

（1）按规定的水灰比注入水和规定比例的水泥并充分搅拌，搅拌时间必须大于4分钟方可过滤至喷浆池。

（2）下钻喷浆速度控制在0.8m/min之内，下钻时要保证浆液输送到钻头处。

（3）下钻至设计桩深时停喷浆泵。

（4）提升速度控制在1.0m/min之内，以利于浆液和土层的充分拌和；操作人员要时刻注意压力、喷浆量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化，并做好施工原始记录。

2.6.1.2 严格控制钻孔下沉、提升速度、喷浆高程及停浆面，确保水泥搅拌桩长度和喷浆量达到规定要求及保证桩头均匀密实。施工中如发现喷浆量不足，应进行整桩复打，复打的喷浆量不小于设计用量。

2.6.1.3 水泥搅拌桩要穿透软弱土层到达强度较高的持力层，并深入硬土层50cm，持力层深度除根据地质资料外，还应根据带钻进时电流表的读数值来确定，当钻杆钻进时电流表的读数明显上升，说明已进入硬土层，如能持续50cm以上则说明已进入持力层，如探明的持力层深度与设计图存在差异，须上报有关单位，经确认后方可继续施工。

2.6.1.4 搅拌机每次下沉或提升的时间必须有专人记录，时间误差不得大于5秒，下钻前要有等待送浆到达钻头处的时间，防止出现下沉钻进却未喷浆的情况，具体时间随机械类型与送浆管长度而变化，应由有关施工人员会同监理确定，现场监理应严格控制。

2.6.1.5 要求全程复搅。若遇到特殊土质时经监理工程师同意后可适当缩短复搅长度，但要在记录表中注明复搅长度、改变原因及监理工程师的认可签字。

2.6.1.6 喷浆压力不宜过大，以防钻孔淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。

2.6.1.7 在成桩过程中，如发生意外（如停电、机械故障等原因）导致喷浆中断时，必须采取补喷措施，补喷重叠长度以不小于1.0m。特别困难时以电流表读数明显变化时为准，但在提升喷浆前要有等待送浆到达的时间，防止断桩，否则应重新打设，新桩距报废桩的距离不能大于桩距的15%，并填报在事故记录中备查。所有接桩及补桩都必须报现场监理认可。

2.6.1.8 对输浆管要经常检查，不得泄漏及堵塞。浆喷管应保持湿润，以利输浆，如因故停机3小时，应拆卸输浆管清洗，以防止浆液凝结堵管。

2.6.1.9 对使用的钻头要定期检查，其直径磨耗量不得大于1cm，但也不宜采用直径大的钻头（以小于51cm为宜）以免桩身成型不好。

2.6.1.10 严禁使用无喷浆计量装置钻机施工和私自改装计量装置。

2.6.2 操作细则。

2.6.2.1 施工场地平整。

（1）平整施工场地，清除一切地面和地下障碍物，若埋深3.0m以下存在障碍物时与设计人员商量再作处理。

（2）当施工场地表面过软时，采取铺设路基箱的措施防止施工机械失稳。

2.6.2.2 桩机定位。

（1）桩位放样。由现场技术人员及测量人员根据设计图纸和测量控制点放出桩位，桩位平面偏差不大于20mm。按设计要求的施工顺序在地面做好桩位标志，保证搅拌桩每次准确定位。

（2）开挖沟槽。根据结构内边控制线，采用挖机开挖，并清除地下障碍物。开挖沟槽余土应及时处理，以保证深层搅拌桩正常施工，并达到文明施工工地要求。

（3）搅拌桩机就位。用卷扬机和人力移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度达到1%以上。桩机移位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，移位要作到平稳、安全。桩机定位后，由当班机长负责对桩机桩位进行复核，偏差不得大于20mm。

（4）桩机垂直度校正。在桩机上焊接一半径为5cm的铁圈，10m高处悬挂一吊锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使吊锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆，使吊锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在1%内。

2.6.2.3 水泥浆液拌制。

（1）严格控制水灰比，一般为0.5。水泥应抽检，加水应经过核定的定量容器。

（2）水泥浆必须充分搅和均匀。使用沙浆搅拌机制浆时，每次投料后搅和时间不得少于180s。注意：搅拌机时应该先加水，后加水泥充分搅拌。

（3）为改善水泥和易性，可加入适量的外加剂，尤其在夏季施工应加入适量的减水剂。

2.6.2.4 搅拌桩机钻杆下沉与提升。证实浆液从喷嘴喷出并具有一定压力后，启动电动机，根据土质情况按计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌和下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高，在原地喷浆搅拌30s。按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在提升时需注入水泥浆液。钻杆提升速度不得大于0.5m/min，按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完，搅拌桩施工结束。

2.6.2.5 注浆、搅拌、提升。开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，按计算要求的速度提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，提升到设计标高后再关闭灰浆泵。

2.6.2.6 成桩完毕，清理搅拌叶上包裹的土块及喷浆口，桩位移至另一桩位施工。

2.7 施工控制。

2.7.1 项目经理部指派专人负责水泥深层搅拌桩的施工，施工过程中监理全程旁站。所有施工机械均应编号，应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。

2.7.2 水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。

2.7.3 为保证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。

2.7.4 对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复教次数。

2.7.5 为了确保桩体每米掺灰量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

2.7.6 水泥搅拌配合比：水灰比0.5、每米掺灰量60Kg、生石膏2%（水泥重）。

2.7.7 水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，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档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa。

2.7.8 为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。

2.7.9 施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50Kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

2.7.10 施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于1.0m，超过12小时应采取补桩措施。

2.7.11 现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：（1）施工桩号、施工日期、天气情况；（2）喷浆深度、停浆标高；（3）灰浆泵压力、管道压力；（4）钻机转速；（5）钻进速度、提升速度；（6）浆液流量；（7）每米喷浆量和外掺剂用量；（8）复搅深度。

2.8 施工中应注意的问题。 根据工艺试桩确定的各种操作技术参数制定各种施工细则，供现场操作人员遵守，并做好施工原始记录，同时必须注意以下各项：

2.8.1 严格控制钻机下钻深度、浆喷高程及停浆面，确保深层搅拌桩长度和水泥浆液喷入量达到设计要求。深度误差不得大于5cm，水泥用量的误差不得大于1%。水泥浆液应按预定的配合比拌制，并应加入外掺剂（生石膏用量为水泥的2.0%，起提高水泥强度作用），保证每根桩所需浆液一次单独拌制完成，用完后再拌制下根桩所需浆液，并应有专人记录每根桩长及水泥用量，浆液罐容量应不小于一根桩用灰量加50Kg，浆液罐必须采用金属制容器。制备好的浆液不得离析，不得停置过长，超过2h的浆液应予废弃，因此，喷浆桶内的浆液还没有开始喷出之前，拌浆桶不允许拌料，必须要喷浆桶的浆液开始输送才能拌下一根桩的浆液，以免浆液停置时间过长。浆液倒入集料斗时应加筛过滤，以免浆体结块，损坏泵体。泵送浆液前，管路应保持湿润，以利输浆。另外为保证搅拌的垂直度，应注意起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，垂直度偏差不得大于1.5%。

2.8.2 搅拌机每次下沉（钻进开始与结束）或提升（泵送浆开始与结束）的时间必须有专人记录，应根据成桩实验确定的技术参数进行施工，时间误差不得大于5秒，提升前要有等待送浆到达桩底的时间，防止出现提升却未喷浆的情况，具体时间要随机械类型与送浆管长度而变化，应由有关施工人员会同监理根据成桩实验确定，现场监理应严格控制。

2.8.3 供浆必须连续，拌和必须均匀。一旦因故停浆，为防止断桩和缺浆，应使搅拌机钻头下沉至停浆面以下0.5m，待恢复供浆后再喷浆提升。如因故停机超过3h，为防止浆液硬结堵管应先拆卸输送管路，清洗后备用。此根未完桩做报废处理或在12h内采取补喷措施，补喷重叠长度以不小于1.0m为宜。特别困难时以电流表读数明显变化时为准，但在提升喷浆前要有等待送浆到达的时间，防止断桩，否则应重新打设，新桩距报废桩的距离不能大于桩距的15%，并填报在事故记录中备查。所有接桩及补桩都必须报现场监理认可。

2.8.4 搅拌桩桩位的施工顺序应按照先外围后内部并顺序推进的原则，桥头、结构物基础段落搅拌桩应优先安排施工。

2.8.5 要加强水泥操作手与钻机操作手之间的联系，必须每台钻机配一台门铃，加强联络。

2.8.6 做好水泥及石膏粉的用量台帐，准确记录水泥用量并保留空水泥袋进行移交，当日水泥用量台帐时间以上午6∶00到第二天上午6∶00为一个时间段，及时上报台帐记录。

2.8.7 每根桩施工下钻、提升、搅拌、复搅、水泥用量等数据都必须准确及时做好记录，做到一根桩施工完成，相应数据及施工原始记录同步完成，电脑打印流量票据一并打出。

2.8.8 施工中应注意的其他问题。

（1）如出现溶洞情况应立即用素土回填空洞，并重新下钻喷浆进行接桩处理，重叠长度不小于1m，直到成桩为止。

（2）形成的凹坑用石灰土填平（包括桩头取样试坑），然后进行下道工序施工。

（3）桩施工完毕需养生28天，达到设计强度后才能进行路基填筑施工。

（4）桩施工必须由承包人全过程跟班管理。要求每2台机配三名管理人员，制定详细的质量管理及质量保证体系，每台机械应安排三名机长，分别跟随三班作业，责任到人，挂牌上岗。

2.9 质量检验。水泥搅拌桩属于隐蔽工程，如何判断施工完成后的水泥搅拌桩是否达到设计要求，在很大程度上依赖于桩身质量的有效检测，对水泥搅拌桩成桩后桩身质量的检测是保证软基处理达到预期效果、确保工程质量的重要环节。

2.9.1 检验方法。 水泥搅拌桩介于刚性桩与柔性桩之间，目前国内外已尝试用多种测试手段。

2.9.1.1 水泥搅拌桩成桩7天可采用轻型触探法进行桩身质量检验。

（1）检验搅拌均匀性： 用轻型触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，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。

（2）触探试验： 根据现有的轻型触探击数（N10）与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻型触探的深度一般不超过4m。

2.9.1.2 水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相应均匀部位，送实验室做（3个一组）28天龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压强度实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1%～1.5%。

2.9.1.3 如果某段或某一桥头水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10%小于20%时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。

2.9.1.4 对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。

2.9.2 外观鉴定。

2.9.2.1 桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。

2.9.2.2 搅拌均匀，凝体无松散。

2.9.2.3 群桩桩顶齐，间距均匀。

2.10 安全、文明施工的措施。

2.10.1 在施工中贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针和坚持“管生产必须管安全”的原则，结合实际情况，制定各项规章制度。

2.10.2 对参加施工人员进行安全和环保意识教育，熟知本工种各项安全技术操作及环保意识教育，遵守国家有关安全与环保方面的法令和法规。

2.10.3 操作人员上岗前，必须按规定穿戴防护用品。

2.10.4 定期检查各项性能指标。在各危险区设立醒目标语，并不得擅自拆除。

2.10.5 施工现场做好工完料净。各种工程材料堆放整齐，经常对施工机械设备进行保养。

2.10.6 对环境有污染的设施和材料，应设置在远离人员居住的较为空旷的地点。各种废弃物要妥善处置。

3. 结语

（1）深层搅拌桩是处理软土地基是目前最常用的方法之一，它具有设备简单、操作方便、工艺合理、技术可靠、效果好等特点。但由于深层搅拌桩属隐蔽工程，必须要紧抓施工环节，严守施工过程的管理，实行全天候，全方位监督，以确保施工质量达到设计要求。

（2）本工程深层搅拌桩软基处理如果施工质量不好，就会构成重大隐患，将直接影响到太湖大堤的整体坚固性，所以一定要贯彻“百年大计，质量第一”的方针，确保大堤工程质量，为东太湖综合整治建设做出应有的贡献！