浅析水泥深层搅拌桩在软基加固中的应用

何 青

（江苏金堰交通工程有限公司，江苏 泰州225500）

0 引言

随着工程施工技术的发展，需要在滨海、湖沼、谷地、河滩等地开发建设。在各种软土中修建建筑物，首先要解决的是软土地基问题。软土地基主要是由粘土和粉土等细微颗粒含量的松土、空隙率的有机质土、泥炭或松散砂土等土层构成。相对来说，软土地基的地下水位高，其上的填方及构造物稳定性差且容易发生沉降，从而导致上层路基或建筑物不平整、开裂，造成大量的经济损失和资源浪费。因此，提高软土地基的处理技术是工程界所要解决的重要课题。

水泥深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种较新的方法，它是利用水泥等作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地与软土强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反映，最终使软土硬结成抗压强度比原状土高得多，并具有整体性、水稳定性和一定强度的优质复合地基，从而提高地基承载力，达到加固地基的目的，最终达到设计和使用要求。

由于水泥深层搅拌法加固地基具有施工工期短、施工简单、材料来源广、造价低和加固效果明显等特点，因此自20世纪80年代初进入我国以来，被广泛地应用于公路、水利、港口码头、机场等建设工程的软土地基加固。

1 水泥深层搅拌桩在我市沿江地区的应用

1.1 泰州市沿江地区地质水文情况

泰州市沿江地区位于长江北岸，是典型的长江漫滩地区，地势平坦低洼，软土分布广泛。根据地质勘测成果表明，本地区地下水水质良好，软土为淤泥质亚粘土及粘土，饱和，呈流塑状，高压缩性，高孔隙比，厚度较大，呈层状分布，层厚1.5～9.0m不等，最大达22m。

1.2 应用情况

近年来泰州在沿江地区陆续新建了一批公路工程项目，对深、厚软土地基的处理广泛采用了水泥深层搅拌桩技术。一般来说，当软基处理深度大于15m，均采用深层搅拌桩，桩径一般为50cm，呈梅花型布置，桩心间距根据置换率不同介于1.0～1.5m之间不等，水泥土无侧限抗压强度设计值≥1.5MPa。

2 水泥深层搅拌桩的施工

2.1 施工准备

深层搅拌桩是隐蔽工程，质量管理难度很大，其质量控制应贯穿在施工的全过程。施工单位在开工前，应根据工程地质勘察报告和搅拌桩的设计资料，在原投标文件的基础上，编制更为详细具体的施工组织设计，在质量控制、安全保障、工期、人员、设备、材料等方面提出完整的实施计划和措施。

2.1.1 设备要求

进场后，应对施工机械设备配套情况、完好率情况等进行检查，认真核查桩机的技术性能，确保所用机型能满足施工要求。施工机械动力应大于45kW，钻头叶片三层，每层两片，上下层间距300mm，水平两片叶片夹角30度，每片叶片宽100mm，并应配有电脑记录和打印喷浆量设备。

2.1.2 材料要求

水泥深层搅拌桩采用32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。使用前，承包人将水泥的样品送中心试验室（主要检验水泥标号、凝结时间、安定性等）或监理工程师指定的试验室检验，合格后方可使用。

2.1.3 技术准备

施工人员必须熟悉设计图纸、技术规范、施工方案、工艺要求等。按要求在室内进行配比试验，确定满足设计要求的最佳水灰比、水泥掺入量。应做好测量放样工作，绘制出水泥搅拌桩平面布置图，标出醒目标志以利查找。

2.1.4 场地准备

施工段落在清表后应将场地整平。当地基表层有淤泥或软弱层时，应清淤后回填。场地应做好排水坡，挖设排水沟，保证场外不积水。

2.1.5 室内配方试验

实际使用的喷浆量必须通过室内配合比试验确定，根据土样天然含水量，孔隙比的不同，应做不同配合比的试验，确定最佳喷浆量。喷浆量在室内试验的基础上，每米提高水泥用量5kg，并控制最小水泥用量≥50kg/m。

2.1.6 工艺性试桩

为确定各种技术参数，按首件工程认可制要求进行工艺性试桩，搅喷桩成桩工艺试验由施工单位进行，监理全过程旁站。试桩结束后由施工方对试桩进行总结，作出“湿喷成桩工艺的试验总结报告”（包含工程名称、参加试桩人员、工艺流程、施工参数等内容），上报监理组，批准后方可进行大面积施工。同时将取得的施工参数挂牌标明在机架上，以便执行及检查。

成桩试验应达到下列目标：（1）检验室内试验的水泥土的配合比，是否适用于现场。（2）满足设计水泥用量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷浆压力、单位时间输浆量等。（3）检验桩身的无侧限抗压强度（28d）是否满足设计要求。（4）检验加固剂分布的均匀性和有效加固长度能否符合设计规定。（5）掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。

2.2 施工工艺流程

水泥深层搅拌桩的施工流程为：场地平整→施工放样→钻机定位→制备水泥浆→预搅下沉→提升喷浆搅拌→重复喷浆搅拌→成桩→钻机移位。

2.2.1 钻机定位

钻机安装调试，检查转速、空压设备、钻杆长度、钻头直径等，并连接好输浆管路，将钻机移到指定位置；钻杆端必须对准桩位中心，垂直度偏差小于0.5O。

2.2.2 制备水泥浆

水泥浆液应按设计配合比拌制，水泥浆拌和时间不得少于5min，不得离析、沉淀，停置时间不得超过2h；灌入浆液时应加筛过滤。

2.2.3 预搅下沉

待搅拌机及相关设备运行正常后，启动搅拌电机，使搅拌机旋转切土下沉。钻进速度一般应控制在0.4～0.7m/min。拌机下沉时，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转。

2.2.4 提升喷浆搅拌

提升喷浆搅拌，搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转；提升喷浆过程中的喷浆量应达到设计要求，并按以50～60r/min的转速和v=0.7～0.8m/min的速度，边提升边注浆，直至设计桩长。成桩要控制搅拌机的提升速度和转速，使连续均匀，以控制注浆量，保证搅拌均匀，同时泵送必须连续，喷浆压力应不小于0.4MPa。

2.2.5 复喷复搅

当钻头提升到距离原地面50cm左右时，再重新边喷浆边搅拌至桩底，在桩底搅拌、连续喷浆1～2min，搅拌头自桩底反转，边喷浆边旋转，并以50～60r/min的转搅拌轴转速和v=0.7～0.8m/min的速度提升搅拌机，最后搅拌提升至地面，并做好施工记录。

2.2.6 机具移位

钻机移位，重复以上步骤，进行下根桩的施工。

2.2.7 机具清洗

当施工告一段落后，清洗全部管路中的残存水泥浆，并将黏附在搅拌头上的软土清洗干净。

2.2.8 桩头处理

桩体强度达到设计强度70%后，人工对搅拌桩桩头超灌部分进行凿除，并清除现场多余土层；待满足各项检测设计要求后，填筑卵、砾石垫层。

根据本地区试桩结果，要高度重视复搅的作用。早期施工中，我们曾发现有桩体成型不好的情况，最初我们试图通过增加单位喷浆量来解决，但效果却并不理想，后来在并未增加单位喷浆量的情况下，通过增加复搅次数，取得了较好的成桩效果。本地区复搅次数一般都达到超过2次，有些段落复搅次数甚至达到6次。一般来说全程复搅次数越多，拌和越均匀，成桩效果也越好。

2.3 施工中的质量控制要点

1）进入施工现场的水泥应具备出厂合格证、质保书等质量证明文件。水泥的堆放必须符合防雨、防潮的要求，不使用过期、受潮、结块的水泥。

2）开机前必须先检查导向管的垂直度，施工中要随时观察和保持搅拌机底盘的水平和导向架的竖直。搅拌桩垂直度偏差≯1%，桩位偏差≯50mm，搅拌头的直径应每天检查一次，确保桩头磨损量不超过10mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。

3）水泥浆液应按预定的配合比搅拌均匀，加入缓凝剂防止初凝现象，保证每根桩所需浆液一次单独拌制完成，并应有专人记录每根桩的水泥用量，制备好的浆液不得离析，倒入集料时应加筛过滤，以免结块，损坏泵体，泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。

4）钻进喷浆搅拌至设计桩长或硬土层后，应原地喷浆搅拌30s。如局部位置存在喷浆不足的情况时，应在反转提升的过程中进行补浆。

5）钻头提升至地面后，应立即反向钻进复搅，复搅深度原则上应为桩身全长。在复搅拌过程中，应对局部喷浆不足的桩身部位进行补浆，并防止喷浆口堵塞。

6）严格控制钻机下钻深度、浆喷高程及停浆面，确保搅喷桩长度和水泥浆液喷入量达到设计要求，桩长不得小于设计桩长或监理工程师现场确认的施工桩长，全桩水泥用量不得小于试桩时确定的水泥用量，每米用浆量误差不得大于5%。

7）重复搅拌：在水泥掺入比达到一定程度时（一般为10%～15%），保证搅拌程度比增加水泥含量对承载力的提高更有效。为了保证水泥浆与土充分拌匀，在电动机功率允许的前提下，应尽量多装几把叶片。在水泥掺量、喷浆压力和机具转速相同时，提升速度慢的桩身强度较高。

8）深层搅拌桩施工完毕后需养生28d，达设计强度后才能填筑路基和进行构造物的施工。

3 质量检验

3.1 施工原始报表检查

施工原始报表应详尽、完善、如实地记录施工时间和工艺参数，完整地反映施工全过程。

3.2 人工开挖验桩

一般在每个段落最后一根桩完成一周后进行，开挖时对桩头必须小心处理，不准用重锤敲击。要求桩体圆匀，无缩颈和回陷现象；拌和匀称，凝体无疏松；群桩桩顶整齐，间距匀称。

3.3 钻孔取芯和标准贯入试验

钻孔取芯试验和标准贯入试验按照 《岩土工程勘察规范》（2009年版）（GB50021-2001）、《软土地基深层搅拌技术规程》（YBJ225-1991）等有关规定执行。

3.4 载荷试验

桩的载荷试验是较接近桩的实际工作条件的试验，用以检查桩的沉降及地基承载力。是否进行载荷试验根据设计文件要求或现场实际情况确定。

4 结束语

从我市沿江地区公路工程项目的施工和运营期间地基沉降观测结果来看，水泥深层搅拌桩对我市沿江地区深、厚软土地基的处理达到了预期效果，取得了良好的社会经济效益。在多年工程建设实践中，通过对该项技术的质量管理，有如下几点建议供工程界同行参考：

1）软土地基处理在工程建设中为首要环节，软基处理属于隐蔽工程，且被构造物覆盖，构成隐患不便检查与补救。水泥搅拌桩是一种有效处理软基的办法，对工程建成后降低工后不均匀沉降有显著的效果。

2）根据水泥土反应机理和施工的实践结果来看，水泥掺入量达到一定值时，单纯提高水泥用量对强度提高不显著，提高搅拌的均匀性对桩的强度影响较大。对于不同的类型和不同性质软土，必须在现场采取有代表性芯样进行配合比试验，才可以达到设计的加固效果，如实反映设计要求。

3）施工前做试验桩是必要的，以此确定的施工参数对大面积施工的质量控制很关键。制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人真实记录。

4）施工过程中的搅拌质量（钻杆转速和复搅次数）对成桩质量影响大，作为质量控制的关键除了水泥用量以外，搅拌质量应作为重点来管理。因软土地基在不同地段、不同土层土质不同，为了能客观有效地评价深层搅拌桩施工质量和处理效果，质量检测宜采用多种方式综合测定、综合评分。

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