水泥搅拌桩水泥掺量及搅拌次数对成桩质量的影响研究

杨云鸿，赵同宇，郭 腾

(1.中国水电第十四工程局有限公司 昆明市 655000； 2.辽阳市政设施管理处 辽阳市 111000； 3.锦州市政工程总公司 锦州市 121000)

水泥搅拌桩在软基地区是一种有效的软基处理方式，其主要原理是将水泥作为固化剂的主要原料，采用搅拌桩机将水泥喷入土体中，使其充分搅拌，使水泥和土体产生一系列的物理化学作用，从而形成强度相对较高的桩体。水泥搅拌桩施工搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥颗粒矿物的反应越充分，水泥的强度也就越高。但是搅拌的次数越多，施工时间也越长，工效也就越低，因此需要通过试桩确定合理的搅拌次数、水泥掺量等参数。本次研究以华南某路基软基处理工程为依托，开展不同水泥掺量、不同搅拌次数对桩体质量的试桩研究。

1 工程概况

某项目位于某三角洲平原区，地面坡度平缓，高程在2.2～5.4m，根据地质勘察报告：本项目特殊路基主要为软土路基，项目所在区域存在的不良地质为局部分布的饱和砂土地震液化和软土震陷。项目区普遍存在软土的分布，层厚不均匀，厚约0.90～24.20m，平均厚度为6.51m。层面起伏很大，厚薄不均。

综合考虑本项目沿线路段的特点，针对上述软基处理方法进行综合比选，本项目主线拓宽范围采用水泥搅拌桩复合地基处理，主线桥头引道路堤高度Hw<2.0m路段旧路范围不处理，加宽范围采用水泥搅拌桩处理。

2 实验及检验过程

2.1 试桩方案

试桩编制专项方案并已通过审批，于2018年11月8日在参建各方代表现场监督下，根据方案开始组织进行试桩施工，试验桩根数50根，其中四搅四喷70kg/m和80kg/m各为15根，两搅两喷70kg/m和80kg/m各为10根。待达到28d龄期后进行标准贯入、钻芯法试验检验工作，及时完善试桩总结报告，并作为指导后期大面积施工的依据。

2.2 试桩目的

(1)确定水泥搅拌桩水泥掺量(kg/m)；

(2)确定水泥搅拌桩施工工艺：四搅四喷、两搅两喷；

(3)确定喷浆提升速度、单根桩施工时长、水泥搅拌机搅拌转速；

(4)确定水泥搅拌桩质量检测方法及标准。

2.3 主要技术参数

在路线桩号K51+120～K51+240段进行试桩，本次试桩共计50根，其中四搅四喷70kg/m和80kg/m各为15根，两搅两喷70kg/m和80kg/m各为10根。水泥搅拌桩桩径为50cm，桩体所用水泥为42.5R级及以上的普通硅酸盐水泥，水灰比宜为0.45～0.55，水泥掺量为20%～25%，设计推荐水泥量70kg/m，纯水泥浆试桩参数见表1，试验段典型地质类型见图1。

表1 纯水泥浆试桩参数表

2.4 标准贯入、钻芯法试验

2019年1月9日-19日，试验组对试验桩分别进行了钻芯检测和标准贯入试验检测，并形成《水泥搅拌桩标准贯入试验检测结果通知单》和《基桩钻芯法试验检测初步结果通知单》，根据检测结果，对数据进行统计分析、标准贯入试验结果分析。

图1 XLZK-57地质勘探柱状图

根据检测报告分析总结，得出施工工艺、水泥掺量和标贯贯入击数的关系，详见图2。

图2 施工工艺、水泥掺量和标贯贯入击数的关系图

其中四搅四喷80kg/m水泥掺量的搅拌桩平均击数为33.42次，四搅四喷70kg/m水泥掺量的搅拌桩平均击数为30.76次，两搅两喷80kg/m水泥掺量的搅拌桩平均击数为29.9次，两搅两喷70kg/m水泥掺量的搅拌桩平均击数为27.28次。

根据检测报告分析总结，得出施工工艺、水泥掺量和桩身混凝土强度代表值的关系，详见图3。

图3 施工工艺、水泥掺量和桩身混凝土强度代表值的关系图

四搅四喷80kg和70kg的水泥掺量的平均代表值分别为8.4MPa和6.9MPa，两搅两喷80kg和70kg的水泥掺量的平均代表值分别为7.8MPa和5.4MPa，经分析得出，两种工艺、两种掺量组合的试桩无侧限抗压强度均符合设计要求。

2.5 桩身质量试验结果分析

通过对试验结果分析可知，四搅四喷80kg掺量的水泥桩身均匀性相对最好，四搅四喷70kg掺量的水泥桩身均匀性次之，两搅两喷的水泥桩身均匀性相对最差，具体试验结果见表2。

表2 桩身完整性评价统计表

2.6 综合评价和总结

(1)通过本次水泥搅拌桩试桩工作，31组标贯数据分析对比，以标贯击数为标准，施工工艺和水泥掺量效果程度依次为：四搅四喷80kg/m>四搅四喷70kg/m>两搅两喷80kg/m>两搅两喷70kg/m。

(2)本次水泥搅拌桩试桩工作，21根桩中有13根桩桩身水泥土芯样均匀性较差，有8根无法完整取样制作试件；芯样28d无侧限抗压强度代表值均满足设计要求。以抗压强度为标准，施工工艺和水泥掺量效果程度依次为：四搅四喷80kg/m>四搅四喷70kg/m>两搅两喷80kg/m>两搅两喷70kg/m。

根据设计图纸，本条线路的软土大部分为淤泥质粉质粘土，饱和、流塑状，分布不均，考虑全线软土性质的不均匀性，根据试桩结果，为了确保施工质量，水泥用量为80kg/m，采用“四搅四喷”工艺。

3 结语

目前在国内软土路基施工中，采用水泥搅拌桩处理地基的工程较多，通过本次试验得知，在水泥用量掺入比方面，掺入比过低或造成强度不达标，不能满足设计及强度要求；掺入比过高造成费用成本高，而起到的效果却和正常范围内的效果差不多。在搅拌次数上来讲，搅拌次数越多越充分，质量也越稳定，但是过多的搅拌次数在功效、成本上难以满足要求，所以实际施工过程中都根据实际情况做试桩实验来确定参数，以便于技术上可行、经济上合理。