软土地基处理深层水泥搅拌桩施工技术探究

孙 鹏

中铁二十一局一公司

1 引言

通过深层水泥搅拌法处理软土地基在我国已经有较长时间的历史，近年来随着时代与科技的发展，深层水泥搅拌桩施工法在各种高速公路、铁路、市政道路等建设上的应用越来越广泛。虽然深层水泥搅拌施工法在我国的应用时间长、普及面广、技术非常成熟，但是在实际的施工过程依旧会由于多种设备简陋、工艺流程不规范的一系列因素导致工程建设质量差，甚至是事故发生的情况。相关部门与施工单位必须要对此给予足够的重视，应积极采取多种优化策略措施，不断强化软深层水泥搅拌桩施工的质量控制水平，从而保障软土地基处理效率与质量。

2 水泥搅拌桩加固

水泥搅拌桩一般用于软土地基的处理以及加固，其主要是通过添加水泥加固后让其产生相对应的物理以及化学反应，从而达到满足工程需求的目的。以下简单分析与介绍水泥搅拌桩的加固原理[1]。

2.1 水解反应

水解反应的原理是利用水泥搅拌桩进行软土加固，通过软土与水泥的充分搅拌，然后结合在水泥表面的多种矿物质与水进行接触后就会产生水解反应，水解反应后水泥的表面必会形成多种化学物，从而有效地降低软土中的含水量，起到软土加固的效果。

2.2 硬凝反应

如果大量的二氧化硅与三氧化二铝存在黏土矿物质当中，一旦其一水泥进行接触，即可与水泥水化产生大量的钙离子进行反应，从而形成不溶于水且具有良好稳定性的化合物。这些化合物随着时间的推移可在逐渐硬化的同时，有效对水分形成阻挡的作用，从而充分提升水泥土的强度，形成具有良好硬度与稳定性的水泥硬化土。

2.3 团粒化与粒子交换

团粒化与粒子交换的主要原理是，当土壤中的水分含量较高时，其表现为胶体的特点，黏土颗粒会通过某些从而形成胶体微粒。通常这种胶体微粒主要指的是大量钠离子和钾离子附着在二氧化硅表面的胶体微粒，其存在的主要作用是提升软土的强度。胶体微粒的出现使得凝胶粒子所能附着的水泥颗粒数量大大提升，使凝胶粒子的表面形成强大的吸附能力，将周围的土壤颗粒紧密的团化在一起，从而形成结构稳定且密闭空隙小的软土。

3 深层水泥搅拌桩的应用

3.1 工艺试桩

在充分考虑深层水泥搅拌桩适应性的前提下，为保障工艺的科学性与合理性，满足软土地基加固的实际需求，在正式成桩钱应通过工艺试桩的形式对深层水泥搅拌桩进行可行性检测。此外，还应通过工艺试桩的形式，获取多项施工参数，并且以此为参考对施工工艺进行优化处理[2]。

第一，影响水泥喷浆量的因素有：喷浆压力、喷浆速度、喷浆时间等。第二，需要对预定的流程以及搅拌的均匀性进行充分的验证，从而提升水泥搅拌的均匀性。第三，根据下钻时的压力与提钻时的压力参数对相关技术措施进行优化。第四，测试出最合理的胶体与水泥的配比用量。第五，根据单桩承载力测试出科学合理的施工掺入比，并且对地基的承载能力进行测试与校对。

3.2 相关技术要点

在实际开展水泥搅拌桩施工应用时，应注意以下技术要点：第一，在进行钻机安装时，应确保钻机的稳定且稳定，还需对水平偏差以及垂直偏差进行有效的控制，还需要配备相对应的喷浆记录仪对喷浆进行记录。第二，严格控制搅拌时间，在完成水泥浆制备后应进行过筛处理，从而保障水泥浆的稳定性与质量。如果需要额外加入添加剂，应通过试验的方法确定添加剂的用量。第三，在进行预搅拌下沉前，启动钻机时应调制钻机的速度。再下沉过程中应严格对速度进行控制，等待钻机参数调整至合适参数时，应持续钻到设计深度要求。在进行是否钻进行层判断时，应根据钻进速度以及相关度数进行综合性的分析，确保达到设计要求。第四，当下沉至预期深度时，应及时开启喷浆以及搅拌，在搅拌均匀后保持喷浆同时反转钻头，然后将钻头提升至地表。为保证桩头的强度，在喷浆距离地面还有0.3m～0.5m时应停止喷浆且持续搅拌30s。第五，当结束喷浆搅拌后，如果喷浆量达到预期目的时，应保障混合物的搅拌均匀。施工人员应在关闭喷浆有在此将钻头下沉至设计深度，然后通过反向旋转的形式将钻头提升至地表。如果喷浆量没有达到预设目的，应在钻头二次下沉是打开喷浆口进行补浆，等喷浆量满足预设目的时再重复上述步骤。

4 深层水泥搅拌桩施工问题及措施

4.1 深层水泥搅拌施工存在的问题现状

由于搅拌桩的强度和水泥及土是否混合均匀的息息相关，其混合均匀度越高，搅拌桩的强度则越好。而混合均匀度主要是由施工设备及工艺决定的，以下从设备、工艺等各方面对当前的水泥搅拌施工存在的问题现状进行分析。

4.1.1 施工设备存在的问题现状

第一，当前绝大部分的施工单位使用的水泥搅拌桩施工设备存在简陋、滞后、设计简单等问题。其钻头依旧是传统的钻头，并未与时代相匹配第二，钻头的材质也存在较严重的问题，部分施工单位的水泥搅拌施工钻头大多为废旧金属制作而成，其材质较差。绝大部分的施工单位都没用使用专业、专用的钻头。因此，在下钻时产生的摩擦与磨损都非常大，其中拨土筋的磨损最为严重，实际施工往往只能坚持下沉几百米。第三，目前，大多数的施工单位的搅拌桩施工设备均存在功率较低，动力不足的情况。由于搅拌下沉主要依靠叶片地拨土筋旋转以及电机的栋梁，缺少足够的下驱力，此种做法会直接导致搅拌桩的下沉深度与搅拌深度都无法满足实际需求，一旦遇到较为复杂的软土地质时，其下沉过程则会出现各种困难与问题。

4.1.2 施工工艺存在的问题现状

在实际施工是需要根据地质的实际情况合理的调整施工速度，但绝大部分的施工企业都只是采用传统的工艺控制来控制施工速度，并未根据施工现场地质的情况进行分析与调整施工速度。因此，盲目的按照传统工艺控制进行施工时，无法很好地保障搅拌桩施工质量，由于下沉速率、喷浆量、喷浆速度等因素都对施工质量有着重要影响，如果不对施工现场进行详细的分析与研究是无法达到最佳的施工质量，从而直接软土质量的质量无法达到设计要求，对资源造成严重浪费，还无法保证工程的建设质量与安全。

4.2 深层水泥搅拌施工技术的改进措施

施工技术的改进是有效提升软土地基处理质量的重要措施，因此相关部门应积极对当前存在的问题进行研究与分析，采取科学有效的改进策略措施有效强化深层水泥搅拌施工质量[3]。

4.2.1 改进施工设备

为了有效解决水泥搅拌桩施工存在的困难与问题，首先应对当前的施工设备进行改进。施工单位应积极引进国外先进的施工设备，或者根据实际的情况自行研发施工设备。在自行研发是可从提升电机功率、改进钻头强度等方面进行针对性的研究。此外，我国绝大多数的施工设备其输出功率都是恒定的，因此在对搅拌机钻头进行设计时可考虑根据实际需求对钻头功率进行调整的系统控制内容。

4.2.2 改良施工工艺

对于施工工艺的改良，应在保证施工质量基础上，达到加快施工进度的目的。传统的施工工艺是基于20世纪末的规范进行设计的，当下时代与科技在发展，传统的施工工艺已经无法满足当下群众对于施工效率的需求。当前，部分专业人士已经对施工工艺进行提出了针对性的改良措施，但由于部分因素并未能进行全面的推广。国家、政府、施工单位等各个部门都应对这些新技术与发明给予高度的重视，通过制定相关政策等措施，将高质量、高效率的施工工艺进行全面的推广与实践。

4.2.3 完善设计与管理

实际上，施工人员普遍觉得水泥搅拌桩施工存在较大的困难，尤其是对于含水量较高的软土地基。实际的施工钻进非常的困难，施工的进度也极其缓慢，其搅拌桩的施工质量也无法做到有效的控制。此现象直接表面了设计构思与实际施工往往存在严重的脱节。想要有效解决这一现象，则必须要对当前的设计与管理进行改良与完善。设计人员应积极去了解与分析施工现象，不能一味地纸上谈兵，照抄设计规范，应根据施工现场的实际情况，还需与施工人员进行充分的沟通，从而不断完善设计与管理质量。

5 结语

综上所述，当前我国软土地基的深层水泥搅拌桩施工存在一定的问题，例如设备简陋、工艺不完善等。想要有效强化其施工质量，施工单位则必须要积极采用改进施工设备、改良施工工艺、完善设计与管理等科学合理的改良策略措施，从而有效的强化施工技术的应用水平，提升软土地基处理质量。