水泥搅拌桩在软基处理施工中的应用及质量控制

李思勇

厦门市东区建设监理有限公司（361000）

水泥搅拌桩在软基处理施工中的应用及质量控制

李思勇

厦门市东区建设监理有限公司（361000）

结合某工程实例，介绍了采用水泥搅拌桩围护形式的基坑支护在遇到特殊地质情况的一些处理方法。

深层水泥搅拌桩；钢花管；锚管；工期；造价

0 前言

近年来，水泥搅拌桩在地基加固中得到了广泛的应用。水泥搅拌桩支护具有造价低、设备简单、无噪声、止水效果好、无振动、无污染、工期短等优点，在基坑支护工程中起到广泛的应用。

1 工程概况

厦门某住宅小区场地位于厦门市集美区集美新城核心区。总建筑面积138 197.608m2,建筑层数地上14～33层，地下1层。主要结构型式为剪力墙结构。

2 施工准备

1）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）。场地低洼处应回填黏土，不得回填杂土。

2）水泥搅拌桩应采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。

3）水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。监理工程师每天收集电脑记录一次。

4）水泥搅拌桩施工机械必须具备良好的稳定性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。

3 地质情况

场地原始地貌类型属港湾滩涂或浅滩，原地势较低洼平坦，并大多被人工改造为养殖鱼塘。现场地除东部靠近和源路原池塘的部分地段尚未完全回填到位（现为淤泥堆积）外，大部分已被回填，其中在西北部部分地段堆放有土堆。

本基坑支护的土层主要由素填土、淤泥、粗砂、粉质黏土和残积砾质黏性土等组成。拟建场地周边环境：场地四周市政道路均已形成，在人行道埋设有雨、污水管道等市政管道。拟建场地各侧基坑开挖范围内均含有软土、淤泥，地质条件较为复杂，所以支护设计采用较为安全、合理的水泥土墙结合大放坡的支护方式进行支护。

4 水泥搅拌桩的设计要求

水泥搅拌桩直径为600mm，桩间距为500mm。水泥搅拌桩典型剖面施工顺序要求:基坑外侧表层淤泥置换→搅拌桩施工及养护→土方开挖至冠梁底标高、放坡喷面和冠梁的施工→土方继续分层开挖到基坑底→基础及地下室施工→土方回填。基坑支护形式详见图1。

图1 原设计典型剖面

水泥搅拌桩施工前，须将场地旧基础及浅层石块清除干净。施工时应采用至少两搅两喷的施工工艺。水泥搅拌机功率要求不小于45 kW。冠口梁施工前，应将搅拌桩上部质量较差的桩头砍除。在内、外排水泥搅拌桩中间均设置有钢花管，钢花管采用振冲法或引孔法进行施工。水泥搅拌桩的提升速度≤0.5m/min。

5 施工过程中出现异常情况的处理

在水泥搅拌桩施工过程中，水泥搅拌桩钻至粗砂层时，粗砂层钻进速度平均10 cm/小时，进入砂层0.5m左右后就无法继续钻入，且钻头磨损严重，导致水泥搅拌桩的有效桩长无法达到设计要求。在水泥搅拌桩施工完后，初凝前，按设计要求采用振冲法施压钢花管，直至送桩器压弯仍无法将钢花管压至设计要求的深度，仅能穿透淤泥层，无法进入粗砂层。以上两种工艺均无法按原设计要求进行施工。后来，施工单位及时调整施工方法，将沟槽挖深至冠梁顶标高上约50 cm，先减少空孔长度,再进行水泥搅拌桩及钢花管的施工，效果有些改善,但是入土深度还是无法达到设计要求[1]。于是根据现场施工情况,报请设计和勘察单位到现场开会处理，经过比照地质勘查报告，得出以下结论:

1）场地内粗砂层标贯较高，标贯击数达到17击，砂层密实度高，且粗砂层较厚，导致水泥搅拌桩施工困难。

2）现有场地平整时比原设计填高了约3m，水泥搅拌桩施工空孔较长,钢花管施工定位不准，导致施工困难。

鉴于以上原因分析，经设计变更，取消原设计钢花管，在水泥搅拌桩悬臂部位中间段加设一排锚管，具体设计变更做法见图2。

图2 设计变更典型剖面

表1 岩土设计参数建议值

6 基坑监测情况

在基坑开挖及地下室施工过程中，主要对本工程支护结构水平位移、周边道路及坡顶垂直位移、地下水位变化、深层水平位移、周边已有市政管线的变形进行监测。本基坑围护工程的设计预警值为：基坑的支护结构水平位移累计值达到35mm或变化率为3mm/d；基坑周围地面沉降量累计值达到40mm或变化率为4mm/d；深层水平位移值累计值达到35mm，或变化率为3mm/d。监测期限从基坑开始挖至地下室土方回填期间[2]。

1）垂直位移监测结果

监测期间，周围地面最大沉降量为8mm，最小沉降量为1mm。

2）桩顶水平位移监测结果

监测期间，东北角因地下淤泥层较厚，桩顶水平位移为整个场地最大的区域。水平位移最大值为10mm，最小值为1mm。其余位置的桩顶水平位移量较小。

3）深层水平位移

监测期间，东北角因地下淤泥层较厚，深层水平位移为整个场地最大的区域，深层水平位移最大值为6mm，最小值为1mm。

经过6个多月的监测，所有变形监测指标均未超过设计计算预警值,地下室底板施工完成后，基坑变形趋于稳定，现地下室已全部回填，因此，该变更后的设计方案是安全、可行的。

7 质量问题原因分析及控制措施

7.1 水泥搅拌桩喷粉量不足

1）质量问题及现象

粉喷桩和旋喷桩均是对软土地基深层加固的有效方法。由于加固料（粉体固化剂和浆液固化剂）的喷入剂量达不到设计要求，使得桩体强度达不到设计要求。

2）预防措施

①每个工作班开工前认真检查设备，特别是检查空压机运行状况和输气管道的密封情况，及时对喷嘴进行清理。

②在操作过程中，随时记录压力、喷入量、提升速度等有关资料，随时进行检查分析，发现喷入量不足时，立即进行下沉复喷。

③严格检查粉体（水泥、石灰粉）的质量及液浆的浓度，不允许使用过期、受潮变质的材料。

④使用可以自动记录喷入量的设备，记录喷入量和喷入总量。

⑤施工人员不得无故在喷射过程中停机，严禁在没有喷射的情况下进行钻杆提升。因停电或机械故障等中断喷浆时，应采取复钻措施，复钻时桩身要与中断的成桩重叠重叠部分不小于1m[3]。

7.2 搅拌桩强度不均

1）质量问题目及现象

对成桩进行强度检查时，往往会发现一些桩体的强度很不均匀，虽然有的部位（深度层次）强度很高，但是有的部位强度达不到设计要求，只好进行补桩处理。

2）预防措施

①开始施工前,对机械各部进行详细检查，不得使用带病机械进行作业。

②对所要处理的软土层各层密度情况详细掌握,控制好不同密度层次的粉体或浆液的喷入量，不可笼统地控制匀速提升钻头。

③严格控制原材料的质量和浆液的浓度。

④杜绝使用过期、受潮变质的材料。

⑤在喷入过程中，仔细观察和记录气压和喷入量的情况，有问题及复喷。

7.3 水泥搅拌桩断桩

1）质量问题及现象

对已经处理完毕的桩体进行质量检查，出现桩体在一定深度层次上没有强度。

2）预防措施

①施工前对机械及管道进行详细检查，确保施工正常连续进行。

②严格检查控制粉体质量和浆液的浓度与质量。

③杜绝使用过期、受潮变质的材料。

④正式施工前进行试桩施工，确定各项技术参数，并经设计、质检部门签字认可。特别是要确定不同深度的钻头提升速度。

⑤保证粉体或浆液的储备量。

⑥经常检查钻头，磨损严重时容易堵塞，要及时更换。

⑦软土层中有黏土层时,在钻进和提升钻头时，严格控制速度，逐步缓慢提升，保证将黏土搅碎并拌和均匀[4]。

8 质量检验

水泥搅拌桩成桩7d可采用轻便触探法进行桩身质量检验。

检验搅拌均匀性:用轻便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。

9 工期比较

合同约定的水泥搅拌桩施工工期为60日历天，水泥搅拌桩有效桩长共计约50 000m，选用双轴水泥搅拌机设备3台。钢花管采用振冲法进行施工，每台机械每天预计施工有效桩长米数约350m。

工程施工过程中遇到特殊的地质情况，如采用引孔法进行钢花管施工的话，工程造价不仅会增加，而且施工工期至少延误50日历天。综合考虑以上因素,设计单位对原设计方案进行了调整。变更设计后，取消钢花管，增加锚管施工工艺。施工单位根据调整后的设计先进行水泥搅拌桩施工，每台机械每天施工有效桩长米数约500m。同时,锚管和腰梁施工结合土方开挖同步进行，基本上不占用施工主要工期,大大加快了整体施工进度。按照基坑支护完工后进行工期统计，实际施工工期为53日历天，不但未发生工期延误,甚至比合同工期提前7日历天。

10 造价比较

将以上两个设计方案进行比较:虽然增加了水泥搅拌桩排数,但是缩短水泥搅拌桩有效桩长，取消钢花管，增加锚管及腰梁施工，这样就大大减小了施工难度系数。经统计，变更后的设计方案工程造价比原设计方案的工程造价略增加成本20万元。但工期缩短约2个月,财务成本节约了约180万元。

11 结语

采用水泥搅拌桩重力式挡土墙支护方案，在经济和安全方面均取得了良好的效益。基坑设计原则是力求达到安全和经济的和谐统一，同时贯彻基坑支护“动态设计、信息施工”的原则，尽量作到设计合理，施工方便。总之，在现场施工遇特殊地质情况，经各参建单位现场处理后，设计单位提出了设计修改方案，施工后的基坑监测数据表明，修改方案是可行性。在满足基坑边坡支护安全的前提下，虽然工程造价略有增加，但缩短了工期，能提前达到商品房的预售条件，节约了财务成本，达到了进度和投资两方面控制的目的。

[1]JGJ 120-2012,建筑基坑支护技术规程[S].

[2]JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[3]俞跃平.深层搅拌桩法在深基坑围护中的应用[J].2011(12).

[4]刘建伟.水泥搅拌桩在高层建筑地基处理中的设计与应用[J].2009(06).