砼芯水泥搅拌桩在常溧高速软土地基中的应用

王爱青

摘要：砼芯水泥土搅拌桩是在单向水泥搅拌桩插入预制钢筋混凝土芯桩而形成的一种高强度桩体，以其新型的设计和独特的施工工艺在常溧高速软土地基中应用，实践证明，砼芯搅拌桩工艺简单，单桩承载力高，地基工后沉降量小，且施工对周围环境扰动小，在软土地基施工中具有广泛的应用价值。文章主要对砼芯水泥搅拌桩在常溧高速软土地基中的施工工艺进行了介绍。

关键词：砼芯水泥搅拌桩；软土地基；常溧高速

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0091-02

单向水泥搅拌桩是一种工艺较为成熟的软基处理方式，但其搅拌均匀性差、浆液上冒、桩身强度不均等难题在施工中日显突出，砼芯水泥土搅拌桩是在单向水泥搅拌桩中插入预制钢筋混凝土芯桩而形成的一种新型复合材料桩，工艺简单，施工方便，尤其对黑色淤泥状粉质粘土有十分明显的加固效果。在常规水泥搅拌桩桩体中心处插入高强度的预制钢筋混凝土桩，可以大幅度提高强度，减小地基工后沉降量。

1 工程概况

常溧高速CL-7标段水文地质情况相对较差，沿线主要水塘、鱼塘、蟹塘占沿线面积70%，沿线土质均为黑色淤泥状粉质粘土，针对本标段软土和液化土的地质特点，设计全线采用单向水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩、PC管桩、高压旋喷桩及砼芯水泥搅拌桩等处理，其中K52+410-K52+490段采用砼芯搅拌桩新型软基处理方式，砼芯搅拌桩设计总量1.8万延米，桩长17m，桩径500mm，采用梅花形布置形式。

2 砼芯混凝土搅拌桩施工

2.1 桩型构造

砼芯水泥搅拌桩由单向水泥搅拌桩外芯与预制混凝土方桩内芯组成。

（1）单向水泥搅拌桩外芯。单向水泥搅拌桩采用常规成熟的施工工艺，桩径500mm，桩长L1=17m，水灰比1.0，外加剂采用生石膏粉及木质素磺酸钙，施工过程中严格按照常规水泥搅拌桩“四搅两喷”工艺施工，过程中加强垂直度、桩长、桩径、钻进提升速度、段浆量等质量指标控制，确保单桩成桩施工质量，为砼芯搅拌桩桩体质量提供保障。

（2）小直径预制混凝土方桩内芯。预制混凝土方桩采用C30钢筋混凝土，在预制场集中制作，砼芯采用200mm×200mm截面尺寸，砼芯长度L2=13m，分上、中、下三段预制，长度分别为4m、4m、5m，胶接方式采用硫磺胶泥胶接。

2.2 砼芯水泥搅拌桩的优点

砼芯搅拌桩内芯采用预制混凝土方桩，施工方便，预制成本低，结合常溧高速公路工艺性试桩情况，砼芯水泥搅拌桩具有提高复合地基承载力，减小路基不均匀沉降，降低工程造价等优点，具体表现在以下方面：

（1）作为受力重心，预制芯桩具有强度高，弹模高的特点。预制混凝土方桩强度高，弹性模量高，压缩量小，根据常溧高速河海大学检测资料证明，砼芯搅拌桩上部荷载主要由预制方桩承担，该荷载向下传递的同时，应力也逐步向外扩散，通过水泥搅拌桩外芯扩散到整个桩周土层中，以起到复合地基加固软土地基的作用。

（2）以大面积的水泥土搅拌桩提供摩擦力。结合本标段水文地质情况，原地面以下0～20m均为黑色淤泥状粘土，20～35m为强风化砂岩持力层。本标段砼芯水泥搅拌桩设计桩长17m，作为软土层上的摩擦桩使用，在一定程度上对软土层强度提高有限，而在水泥搅拌桩中插入预制方桩内芯，提高了桩体对软土层的作用强度，因此砼芯搅拌桩在复合地基处理中具有以大面积的水泥土搅拌桩提供摩擦力。

（3）中间强度高，四周强度逐渐降低，受力均匀，桩身结构合理。内芯采用钢筋砼预制方桩，强度远高于四周普通水泥土强度，同时预制方桩内芯长度小于水泥搅拌桩外芯长度4m，造价低廉，桩身结构合理。

3 施工工艺

本标段砼芯水泥搅拌桩利用了单向水泥搅拌桩的施工机械和施工方法，采用新型专用砼芯搅拌桩机，将水泥搅拌桩机和静压桩机的功能有机地结合在一起，只是在原来的搅拌桩桩机上增加一套预制芯桩静压设备，通过导槽把静压装置中的导向架恰好移位至水泥搅拌桩的中心，即可完成成桩过程，施工流程具体如下：

搅拌机械就位、调平→预搅下沉至设计加固深度→边喷浆边搅拌提升至预定的停浆面→重复搅拌下沉至设计加固深度→静力压入预制钢筋混凝土芯桩→移位重复上述步骤进行下一根桩施工（施工结束28d后进行复合地基静载试验，以确定地基承载力及荷载传递机理）。

3.1 施工工艺

（1）清表。原地面清除地表15cm耕植土，场地平整，清除时必须清除一切地表障碍物。

（2）放样。用小竹签准确定位每根基桩桩位，并按施工顺序在施工布桩图上编出行列编号。

（3）桩机就位。设置起吊塔架，安装起吊装置和导向架，吊装砼芯水泥搅拌桩机，安置喷浆机等设备，然后试运行。注意起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，垂直度偏差不大于1.0%。

（4）浆液配制。水泥浆在浆液搅拌机内搅拌，先加入试验确定的用水量，按照水灰比加入相应量的水泥，同时加入相应的生石膏粉和木质素磺酸钙配置水泥浆，搅拌时间>4min，搅拌均匀后注入喷浆池内，注入时水泥浆应过筛，防止水泥块损坏泵体、堵塞输浆管。

（5）钻进。预搅下钻，钻进速度≤1.0m/min。

（6）提升喷浆。钻进至设计高程后，开动灰浆泵进行送浆，间歇30s后再提升钻机，确保底部有足够的灰浆量。提升速度0.6～0.8m/min，喷浆搅拌提升至地面以下1.0m时，用慢速，提升至地面0.25m时，停止喷浆，搅拌数秒以保证桩头均匀密实。

（7）复搅下沉并局部补浆至桩底，进行桩身全长复搅。

（8）重新搅拌提升，直至离整平高程0.25m（或规定停灰面高程）处。

（9）关闭搅拌机械，静力压入预制钢筋混凝土芯桩。完成后移位至下一桩位处继续施工。施工中下沉或提升的时间设置专人记录，时间误差不大于5s。

（10）砼芯水泥搅拌桩施工结束28d后进行复合地基静载试验，以确定地基承载力及荷载传递机理。

3.2 芯桩的制作、接桩

芯桩预制厂统一预制，模板采用钢模；混凝土强度达到设计强度的70%方可起吊，达到100%才可以运输；桩段之间采用硫磺胶泥锚接，硫磺胶泥配合比通过现场试验确定，为了保证硫磺胶泥铆接质量，应做好以下几个工作：锚筋清刷并调直，锚筋孔内做好螺纹，无积水、杂物和油污，接桩时接点的平面和锚筋孔内灌满胶泥，硫磺胶泥的灌注时间不超过2min，灌注后停歇时间控制在5min之内，胶泥试块每班组不少于1组。

4 砼芯混凝土搅拌桩质量检测

对于砼芯混凝土搅拌桩成桩质量检测，与单向水泥搅拌桩一样，常规方法主要有以下四种：

（1）强度检测：对部分桩体不插入预制方桩内芯，通过钻芯取样，对外芯水泥搅拌桩28d无侧限抗压强度和标贯试验进行检测。

（2）低应变检测：采用低应变反射波法对混凝土芯桩完整性进行检测。

（3）静载荷试验：对单桩承载力进行检测。

（4）复合地基承载力载荷试验。

结合水文地质情况，本标段采用复合地基承载力载荷试验进行检测。本标段静载试验3组，主要选取在双向水泥搅拌桩及砼芯搅拌桩过渡段路段，桩间距2m。砼芯搅拌桩施工结束28d后方能进行静载试验，复合地基承载力极限值280kPa，上部堆载500kN，载荷板面积1.6m2。

5 结语

砼芯水泥搅拌桩综合了水泥搅拌桩和预制混凝土方桩的优点，既利用预制混凝土芯桩压缩量小、强度高的特点承担荷载，又利用常规水泥搅拌桩的大面积来提供摩擦力，其内外芯分工尽可能地充分发挥了桩身材料的强度，同时砼芯水泥搅拌桩施工噪音低、无振动、无挤土破坏和造价低等优势，能有效控制工后的沉降问题，具有一定的经济和社会效益。

参考文献

[1] 董平，陈征宇.砼芯水泥土搅拌桩理论与应用

[M].南京：南京大学出版社，2010.

[2] 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S].北

京：中国建筑工业出版社，2012.