水泥土搅拌桩原理及施工方法

邢世强

【摘要】工程制作的水泥制板状，一般是利用水泥作，并通过深层搅拌机械对地基深层的软土及地基搅拌后，使其与加固剂（浆体或粉体）混合，经过一定的化学物理反应，提高软土或软弱土的强度。这种方法，可有效提高地基承载力，并减少地基沉降。这种施工方法的特点为工期短、效率高，以及施工中无振动、噪声等，且地面不隆起、排污，对环境产生污染，费用低廉等，所以在各类建设工程中得到广泛的应用。

【关键词】水泥土；搅拌桩；原理；施工技术

随着经济社会的发展，公路建设事业取得新成就，公路建设项目和投资规模不断扩大，在拉动内需，促进经济发展方面，具有重要的意义。在公路建设中，经常遇到软基情况，如何提高路基的承载力，成为施工单位面临的一个问题。在本文中，笔者沧州段高速公路实际情况，探讨了水泥土搅拌桩的原理及施工作业方法。

一、工程简介

沿海高速公路沧州段，由于该段全线均为天然地基地质，地质条件均无法有效满足高速公路施工要求。在沧州段的岩性，软弱土、软土等占部分，软土层厚度比较大，且地基土容许承载力比较低，加荷后地基沉降量也是比较大，因此必须通过对地基进行加固处理，本工程采用软基处理方式，主要是堆载预压、堆载预压+袋装砂井、水泥土搅拌桩和CFG桩方法[1]。

水泥搅拌桩的施工流程依其工法的不同，一般分为浆喷（或湿喷）和粉喷（或干喷）两种。本工程主要施工设备及其技术参数

按照设计规范的要求，本工程选择的是PH-5A型深层搅拌桩机，以及深层搅拌机的配套设备，这种设备具有灵活、成桩质量高和速度快的优势，具有良好的效果。桩机型号：PH-5A型；搅拌头转速： 2挡（29转/min）、3挡（52转/min）、4挡（82转/min）；最大施工深度：18m；额定扭矩：8500 N.m[2]。

二、水泥搅拌桩施工

施工工艺流程如下：

（1）将工作面找平；

（2）按照桩位平面图放出实地桩位，打上竹签标明，并报监理复核、确认。

（3）水泥搅拌桩机就位，钻机调平后将钻头对准桩位，桩位偏差保证在5cm以内，桩身垂直度偏差1.5%以内，施工过程中随时对桩机的定位及垂直度进行认真检查，填写检查记录；

（4）启动主电机下钻，待钻头接近地面时开始记录下钻时间，空压机送气，并钻头按2挡（29转/min）或3挡（52转/min）钻进。钻头下沉至设计深度后停止钻进。

（5）钻头下至设计深度后，钻头按2挡（29转/min）或3挡（52转/min）反钻提升至设计桩顶。

（6）水泥浆拌制与钻机开钻同时进行，拌浆按照一桩一罐的原则，拌制时可稍有富余但决不允许少拌；制浆容器采用铁桶制作，按0.5的水灰比进行水泥漿拌制。水装盛装于直径1m的铁桶内，用卷尺显示水位刻度，比如当掺灰量15%时，需要加水27L/m，桩长8m时总需水216L，则水位需要下降27.5cm。水泥浆搅拌时间大于3min，浆液搅拌均匀，不离析、不沉淀[3]。拌制完成后提样检测。

水泥掺入量15%时计算如下：每延米水泥用量：r2×∏×土密度×15%=0.25m×0.25m×3.14×1.84g/m3×15%=54kg

每延米水用量：54kg×0.5=27kg

每延米喷浆量：（54+27）/泥浆密度=81kg÷1.77g/m3=45.7L

（6）水泥浆搅拌均匀后现场进行试验检测，主要进行比重检测。

（7）检测合格后开启送料阀门，钻头空转待水泥浆到达喷口是开始下转。带浆下钻至设计桩底后持续搅拌片刻，然后继续带浆反钻提升，提升至设计高度均按4挡（82转/min）的转速搅拌，在桩顶以下3m范围内适当增加喷浆量[4]。第一次喷浆量约为总量的60%，第二次喷浆量约为40%。在喷浆搅拌过程中，送浆连续足量，不得中断。由专人对水泥浆的下降深度、喷浆量及泵送时间、压力等进行详细记录。

（8）再次搅拌下沉至设计深度，然后再反钻提升至设计桩顶，按4挡（82转/min）的转速搅拌。

（9）搅拌钻头提出地面，停止主电机和空压机，同时打印原始资料。此桩完成作业，清洗钻具。

（10）移动水泥搅拌桩机到下一桩位。

三、喷浆型搅拌桩施工技术要点

喷浆型搅拌桩的制作工艺：就位→预拌下沉→制备水泥浆→喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉→清洗→移位[5]。

（一）施工技术要点

（1）在预拌下沉时，严控下沉速度，完全切割土体，保证水泥搅拌的均匀性和密实度。如果遇到粘土夹层，如果下沉速度过快，则无法完全切割土层，就会出现大量游离的土块。这时，再行搅拌便会无法消除这些土块，降低桩身的强度和合格率。因此，为了防止出现这一状况，叶片每旋转一周的下沉量需控制在设计范围内，同时严格控制提升速度。

（2）在制备水泥时，水泥浆禁止离析。这主要是为了确保搅拌机搅拌的连续性，在压降过程中，再将水泥浆缓慢注入集料中。

（3）在预拌下沉过程中，尽量不采用水冲下沉方式，适量冲水，一般只有在遇到硬土层时方采用水冲下沉的方式。

（4）如果在预拌下沉时，开启压降则易造成涌浆或水泥浪现象。在这种情况下，输浆管易发生堵塞，所以需要严格控制搅拌机的提升速度。如果出现了断浆，则在搅拌头下沉0.5m时重新压降、提升。其中，提升速度需通过试验确定，而不能随意设定，否则容易出现问题[6]。

（6）桩顶设计标高与地面等高时，应密切注意和严格控制桩头搅拌的质量。这时，在搅拌头提升到地面以上后，方可对桩顶加固土进行压实，进而确保桩头的密实性。同时，水泥量采用单桩控制方式，水灰比适合。

（二）成桩效果分析

成桩30d后开挖，对于状体外形尺寸的要求为，其轮廓与搅拌叶头片的尺寸大小一致。搅拌桩的强度，周围软土与天然土强度相同，用铁锹能够挖动，如果含灰量为8%，则需用力挖掘，而含灰量为15%时，则即便用镐也无法刨动。断面：断面均匀，不过仍旧能够看到局部水泥“结核区”[7]。强度对比：在桩身上取下十块，与同水泥掺量、同龄期的试验块相对比，前者强度约为后者强度的1/2～1/3。

四、粉喷桩的制作和施工技术要点

粉喷桩的制作工艺：就位→钻进→喷粉提升→搅拌头提升至桩顶时打开送气阀，转动2min→重复搅拌→移位。

（一）粉喷桩的施工技术要点

（1）判断机身是否调平，主要是靠钻杆的垂直度。在操作过程中，需要严格控制钻锤吊线的垂直度，

（2）钻头在到达设计深度后，一般会滞留一定的时间，通常为2～3min，以保证水泥粉体能够顺利到达桩底；

（3）在喷气或者喷粉时，如果气压达到了0.4MPa，则可能出现管路堵塞现象，这是适宜立即停止喷粉，将钻头提升至路面以上，查找堵塞的原因。如果管路堵塞，管路内的气压将急剧上升，可能出现“放炮”现象，在高压作用下，大量的水泥粉体将流失，降低桩体的整体强度。

（4）在制作桩体过程中，不能中断喷粉作业，如果气温高、喷气压力大及粉体的流动性较差时，应及时开启回灌进气阀，对料管进行加压。但是，如果由于操作不慎而出现断粉现象，则应及时补喷，长度控制在0.5m以上。

（5）粉体固化料入罐之前，需经过筛除，将最大粒径控制在5mm以下，保证没有石块、纸屑等杂物。同时，在开始喷粉时，将电子秤调整为0，随时记录其变化情况，保证喷粉的均匀性。

（二） 成桩后的检查工作

成桩后的检查工作分为三部分：一是开挖检查：成桩1周后可开挖检查，主要是检查桩体的成形及搅拌的均匀度，无侧限抗强度不得低于1700kPa；二是强度检查，与同龄期、同水泥含量的室内试块相对比，检查桩身的强度是否符合要求；三是检测桩身的完整性及承载力：成桩7d后，应对桩身完整性进行检测；成桩14d后，通过钻孔取芯的方式，对桩身的抗压强度进行检测，并换算成标准抗压强度；30d后檢测单桩承载力，检测的方法为静荷载法。

与此同时，由于软土地基基础的公路建设，对地基加固要求比较高， 所以必须严格控制施工的质量，采取有效的措施，确保施工质量符合设计规范的要去。在施工过程中， 必须对每根桩的水泥用量、水泥浆稠度及比重、桩长、搅拌头转数和提升速度、喷浆压力、喷浆时间、复搅次数和复搅深度及停浆处理方法等严格按操作程序及技术标准去操作完成。对于这些质量控制点，必须严格根据技术监督的要求进行检查， 如果出现质量问题，则及时予以纠正，防止出现重大的质量事故。总之，在施工之前，需明确技术要点，做到心中有数，在施工中，严格控制施工质量，保证不出现质量问题。

结语：

当前，水泥土搅拌桩有两种，一种是粉喷搅拌桩，一种是喷浆型搅拌桩。这两种类型的搅拌桩尤其各自的优缺点，在施工过程中，需要结合工程实际与施工难易程度，合理进行选择。沿海高速公路在促进沿海地区经济发展中，发挥着重要的作用，沧州段软土地基情况较多，在本文中笔者结合这一路段的实际情况，探讨了水泥土搅拌桩的原理及施工工艺，主要是分析了两种类型搅拌桩的施工技术要点。

参考文献：

[1]郭红霞.水泥土搅拌桩的基本原理及施工工艺[J].山西建筑，2011，13：109-110.

[2]胡发宗，张海龙.软土地基处理方案的经济技术性对比[J].铁路造价工程管理，2010，23：1124-1125.

[3]刘慧君.西格达底层、工程特性与用作高速公路路堤填料工艺研究[D].成都理工大学，2014，

[4]吴新峰.公路软基水泥土搅拌桩施工及检测方法[J].现代公路（公路技术），2013，15：113-114.

[5]孙大权.公路工程施工方法与软土地基处理方案的确定[J].黑龙江交通科技，2010，14：245-246.

[6]王晓刚，张艳龙.浅谈水泥土搅拌桩的原理及主要施工工艺[J].广东科技，2011，14：109-111.

[7]张震，毛卫东.浅谈粉喷桩的施工工艺及质量控制方法[J].山东交通科技，2010，16：24-25.