水利工程软基中水泥搅拌桩的设计及施工探讨

胡永安

（河北省秦皇岛市昌黎县水务局，河北 昌黎066600)

我国经济发展迅速，对各类基建设施的要求也越来越高，水利工程建设规模逐年增加。在水利工程建设中不可避免地需要面对软土地基的处理问题，水泥搅拌桩技术能够达到良好的处理目标。水泥搅拌桩利用水泥作为固化剂，使用专用钻头在地基深处进行强制拌和，配合其他材料在一定范围内将软土和固化剂混合在一起形成桩体，软土硬结达到提升地基整体强度的目的。采用水泥搅拌桩处理软土地基效果非常显著，且处理完成后可以快速投入使用。

2 水泥搅拌桩技术概述

2.1 水泥搅拌桩加固软基的基本原理

水泥搅拌桩利用深层搅拌设备，将固化剂、软土、掺合剂进行强制搅拌，促使固化剂、土体之间能够充分发生理化反应，形成一定强度的水泥土加固体，最终使软基发生硬结，进而提升水利工程地基强度。水泥搅拌桩技术相较于其他地基处理方式，具有施工成本较低、环境污染小、作业周期短等特点[1]。

2.2 水泥搅拌桩技术成桩工艺的类型

水泥搅拌桩与天然地基共同形成深层搅拌桩复合地基，其主要的成桩工艺包括以下3 种类型：

1）水泥浆液搅拌成桩。施工前在地面将水泥调制成水泥浆，然后将调制完成的泥浆通过管道输送至地下，与地基土进行拌和，待拌和完成地基会逐步凝固，最终达到提升软土地基物理特性的目标。

2）水泥粉搅拌成桩。使用压缩空气将松散干燥的水泥粉通过管道输送至地下，与地基土进行拌和，借助软土地基中的孔隙水形成水化反应后逐步凝固，最终达到提升软土地基物理特性的目标。

3）水泥土桩夯实：选择单一土质材料，与水泥按照一定比例进行均匀混合，然后将混合后的水泥分层回填注入到桩孔内，然后进行强力夯实，最终形成质地均匀的水泥土桩，其强度主要受水泥胶结作用影响。

3 水利工程软基中水泥搅拌桩技术应用

3.1 水泥搅拌桩技术设计应用过程中的注意事项

水泥搅拌桩技术应用前要进行试桩，检验复合地基是否满足水利工程建设设计标准，并结合现场试桩结果确定桩基制作工艺流程、水泥掺入比例，关注桩基的均匀性。试桩可以选择非主要的地基部位进行作业，且不少于4 根。试制桩间距要满足水利工程标准建设要求。现场进行试验时，要提交相应的生产性试验计划，并报送相关人员进行审批，设计人员要关注试验成果，关注其制桩工艺要求、试验数据等内容。水泥搅拌桩及处理后的复合地基相关参数应满足工程设计标准，所采用的设备、成桩机具等性能、指标、参数必须满足水利工程施工标准要求[2]。

3.2 水泥搅拌桩技术施工应用

3.2.1 施工前准备

事先平整施工区域，将桩位地上、地下的障碍清除干净，对于低洼处要及时进行黏土回填，不得使用杂土回填。选择等级强度、质量满足要求的普通硅酸盐袋装水泥，并提前将水泥样品送至指定试验室进行检验。施工过程中涉及的各类设备、机具要配备完善的监测控制设备，以便能够有效控制水泥浆用量，各类施工机械要具备良好性能，及时安排专人进行设备维保，确保设备运行稳定，在设备正式投入使用前，要经监理工程师和项目经理部进行检查验收。

3.2.2 现场施工工序

现场施工的具体工序如下：

1）根据桩位设计平面图进行桩位放样，确定每一处桩基的具体位置。

2）根据桩位放样结果确定钻机位置，检验、调整钻机，待钻机定位后钻头应正对桩位中心。

3）启动钻机钻进至设计深度，同步启动高压注浆泵，使水泥浆通过管道进入被搅动的土层当中，搅动使水泥、土层能够充分拌和，现场搅拌过程中要安排专人进行读数记录，掌握现场钻进变化情况。重复搅拌、提升钻至设计深度，并确保水泥浆能够到达桩体顶部，然后关闭高压注浆泵，停止搅拌成桩结束，然后钻机移动到下一个桩位重复以上过程进行现场施作[3]。

3.2.3 施工注意事项

开钻前应清洗管道，并检查是否存在堵塞现象，待冲洗用水排放干净后才能正式开始下钻。开钻前要在钻机上悬挂吊锤，确保桩体垂直度满足设计标准要求，钻进过程中可以通过吊锤与钻杆上、下、左、右距离控制钻进角度。

检查成型搅拌桩水泥用量、泥浆拌制罐数、压浆期间是否断浆，合理控制喷浆搅拌、提升时间及复搅次数。控制桩体水泥浆用量、每米掺合量，在施工现场设置水泥浆比重测试仪器，以便现场工作人员可以随时对水泥浆水灰比进行抽检，确保水灰比能够满足设计标准要求。水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺，首次下钻为避免堵管可带浆下钻，控制喷浆量即可，严禁带水下钻，每根成桩时间应不少于40min，喷浆压力不小于0.4MPa。为保证水泥搅拌桩整体质量，首次提钻喷浆时要在桩底进行短暂停留磨桩端，上提钻机时将余下水泥浆全部喷入桩体，在到达桩顶时要磨桩头。

搅拌桩施工使用叶缘喷浆搅拌头，浆液离开叶片可以向桩体中心移动，随叶片转动，浆液在桩体土层中的分布较为均匀。现场施工要严格控制喷浆和停浆时间，开钻后要保持连续作业，严禁未喷浆情况下进行钻杆提升作业，并严格控制储浆罐内浆液储量。施工中若发现喷浆量不足，需要依照标准进行整桩复搅、复喷，若遇不可控因素导致喷浆中断，应记录相应深度数值，12h 内补喷处理，超12h 应进行补桩。

3.3 质量检查措施

在水泥搅拌桩成桩7d 后可以使用轻便能探法对桩体质量进行检验。使用轻便触探器的勺钻在桩体中心钻孔取样，观察样本颜色变化情况，了解搅拌均匀程度、水泥土强度等方面的参数，确保水泥搅拌桩的整体强度能够满足水利工程设计标准要求。采用轻便触探法的深度一般不宜大于4m。在成桩完成后，横向承载水泥土28d 后、竖向承载水泥土90d 后，使用钻芯取样的方式检查桩体完整性、搅拌均匀度、桩基整体强度、桩体垂直度等方面参数。

一般情况下，钻芯取样频率为1%～1.5%，单轴水泥搅拌桩桩径为500～550mm，最大600mm，固化剂常用等级强度为32.5/42.5。水泥掺量除块状加固时可用被加固湿土质量的7%～12%外，其余宜为12%～20%。加固深度：湿法小于20m，干法小于15m[4]。

4 结语

地基处理是水利工程建设期间必须重视的问题之一，特别是对于部分软土地基，需要利用水泥搅拌桩技术来保证地基的稳定性。水泥搅拌桩技术应用成本较低、设备要求简单、施工周期较短，有利于提升水利工程建设效率，降低建设成本，是一种相对较好的软基处理方式。因此，需要充分了解水泥搅拌桩在水利工程设计和施工中的应用情况及具体要求，才能更好地发挥其作用，确保水利工程建设顺利开展，为经济、社会发展贡献应有的力量。