软基施工控制浅见

李跃斌

（常熟市公路管理处）

随着交通的大发展，据《中国公路网》介绍至2019年底全国公路通车里程已达 501.25万公里，高速公路总里程达 14.96万公里，公路建设正向长、宽、高方向发展，长是里程长单条公路里程越来越长，2017年开工建设的京新高速总里程达2768公里；宽是公路越来越宽，很多新建公路均达双向 6车道、8车道；高是公路建设的等级越来越高。公路往往穿过河流、湖泊、沙漠、戈壁、沼泽等软弱地基段，这就需要在建设过程中对其进行处理。在长期的施工过程中总结出了很多软地地基的处理方式：1 换填垫层类：素土换填法、灰土换填法、强夯挤淤法、抛石挤淤法、垫层法。其中垫层法根据所用垫层材料的不同又可分为粉煤灰垫层、砂垫层、干渣垫层、碎石垫层、土(灰土、二灰)垫层等几种方法；2 深层密实类：旋喷桩、粉喷桩、CFG桩、石灰桩、砂桩、土桩、强夯法、爆破法等几种方法；3排水固结类：塑料排水板、袋装砂井、砂井、堆载预压、真空预压、电渗排水法、井点降水等几种方法；4化学加固类：水泥土搅拌桩、旋喷桩、粉喷桩、注浆法、硅化法等几种方法；5. 加固路基类：柴(木)梢排、树根桩、土钉、土钉墙、土工聚合物、土层锚杆、加筋土路基等几种方法；6. 其它加固类：侧向约束、桩基、反压护道、沉井等几种方法。本文着重对水泥土搅拌桩的质量控制进行介绍。

1 失败案例

福州营浜路全长25.241公里，工程总造价8.13亿元，2016年建成通车，短短 3年这条年轻的道路就变成了问题路，各种波浪、龟裂、沟槽、 “跳车”和车辙。最大沉降达30～50cm。应该是一条高质量、高标准的小康路，却建成了一个“豆腐渣”工程，造成重大经济损失和恶劣的社会影响。致使2名高管被公诉，多名官员落马，政府公信力也受到影响。究其原因是 1、工程监管严重缺位；2、违规招标；3、施工偷工减料。大面积围标后高价倒卖、转包，施工队为了保证利润而偷工减料。通过第三方检测，全线六个标段的桩基检测合格率为 0，等于是放弃了工程质量的第一道防线，所以工程出现各种病害也就不足为奇了。

2 工程实例

2.1 工程概况

常熟段G204国道改扩建工程A4标全长约8.3公里，新线段所经区域均为河湖冲程平原，东低西高，纵断面高程从东部的黄海高程2米左右上升至西部的3～4米，软土层分布较浅、固结慢、变形高、压缩大。对路基变形和工后沉降的控制非常不利，设计认为必须对A4标的三个段落进行软基处理。这三个段落分别是20K到21K500、22K到23K500、24K300到26K，该三个段落均地势平坦，河塘沟渠密布，原地面黄海高程在1.5米至2.1米之间。

地层上部为第四系全新统新近沉积的亚粘土、淤泥质亚粘土，其下为第四系全新统一般沉积的亚粘土、淤泥质亚粘土等；下部为第四系中上更新统沉积的亚粘土、亚砂土等。其中浅部分布有厚软土，层厚5.00-25.40米，主要为淤泥质软粘土，流塑状态，其主要物理力学性质指标见表1。

表1土层的主要物理力学性质指标

本次软基加固经设计验算对比，拟采用东南大学刘松玉教授发明的双向水泥土搅拌桩进行软基加固，设计桩长为23.5m和21.5米二种，桩径统一采用60cm，桩位采用梅花形布置，设计桩间距为1.5 m。水泥掺量经试验确定为70Kg/m，掺加的水泥采用普通325硅酸盐水泥。

2.1.1 双向水泥土搅拌桩的加固机理

相对于常规水泥土搅拌桩，双向水泥土搅拌桩在施工工艺和施工机械方面进行了改进，但从固化剂和软土相互作用的角度来看，其加固机理基本与常规桩相同：

（1）水泥的水化反应和水解

水泥遇水后会发生缓慢的水化与水解反应，生成化合物有含水硅酸钙、含水铝酸钙、氢氧化钙等产物。其中含水铝酸钙CaOAl2O3和氢氧化钙Ca(OH)2等可溶解于水化合物，随着水化与水解的持续反应，化合们溶液达到饱和度达到饱和之后，水泥与水继续进行反应生成凝胶。

（2）离子交换

表面带有负电荷粘土颗粒，在天然状态下呈胶体微粒状，其反离子层为阳离子。反离子层中包含的钾阳离子和钠阳离子能同氢氧化钙Ca(OH)2溶液中的钙阳离子交换阳离子，该过程使土颗粒的水化膜变薄，土颗粒之间的作用力相对变大，集合能力变强，于是集合成更大的颗粒。另外，呈分散状的水泥水化凝胶颗粒，其比表面积变得更大，约为原来的原颗粒的1000倍左右，表面能因而产生很大，具有更强烈的表面吸附活性，能进一步使较大的土团粒结合起来，同时封闭了土颗粒与土颗粒之间的微小孔隙，形成坚固的联结的水泥土的团粒结构，，使水泥土强度和承载能力得到大幅提高。

（3）硬凝反应

随着水泥水化反应持续深入进行，溶液中将大量析出的游离的钙离子，当游离的钙离子数量超过交换离子所的需要阳离子量以后，游离的钙离子可在碱性环境中与组成粘土矿物的一部分或大部分二氧化硅及三氧化二铝，进行缓慢化学反应，生成不可溶于水的结晶，该化合物非常稳定。并且在空气中和水中该结晶化合物能逐渐硬化，达到很大的强度，从而增大了土体强度、稳定性和承载能力。

（4）水泥碳酸化作用

能吸收空气中和水中的二氧化碳的水泥水化产物，游离的氢氧化钙，与二氧化碳发生碳酸化反应，生成碳酸钙CaCO3，碳酸钙CaCO3不溶于水，且硬度较高，结构稳定，能小幅、缓慢增长土体的强度，从而使水泥土强度增加。

从水泥土的加固机理分析，由于搅拌机械的切削搅拌作用，不可避免会留下一些未被粉碎的大小土团，使得水泥土中不可避免产生强度较大及水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区。研究表明，双向水泥土搅拌桩由于施工机械的特点，桩机钻头有正反向旋转叶片同时双向搅拌，把水泥浆控制在两组叶片之间，可使水泥土充分搅拌均匀，从而使得水泥土结构强度的离散性减小，宏观的总体强度提高。

2.1.2 双向水泥土搅拌桩的施工工艺

从问题分析本质，通过分析水泥土搅拌桩成桩后的质量隐患，东大刘松玉教授分析了影响桩身质量的因素、影响成桩质量和加固机制机理研制出如图1的双向水泥土搅拌桩成桩机器(专利号200410065862)及其施工工艺，双向水泥土搅拌桩在成桩过程中，通过动力头带动设在同心钻杆上的二组正反向搅拌叶片，切土下潜时，对土体进行预拌，喷浆提升时，上叶片继续搅拌，同时对浆液上涌有一个压制作用，使水泥浆只能在预设的空间被拌和，下叶片同时对浆液和土体进行搅拌，加强土体。通过双向水泥土搅拌桩的设备改良，一是改变了常规桩施工时的冒浆现象，二是改善了常规桩搅拌不均匀的现象，三是由于二组叶片正反转平衡了，因旋转产生的钻杆侧向偏移，使得搅拌桩能垂直打入土体。

图1 双向水泥土搅拌桩桩机钻头示意图

2.2 工程质量控制

双向水泥土搅拌桩的质量控制主要有桩位、桩长、桩径、成桩质量等，为了保证工程质量，项目经理牵头，由总工室、质检部、测量组共同组建Q C小组，制定如下质量控制措施：1、项目经理部通过企业经营科采用招标的形式选择有施工经验的承包商，进行劳务分包，只包劳务，原材料项目部提供，并严禁施工队转包和分包；2、项目经理部通过企业机料科采购价优的合格水泥；3、由项目总工室编制施工作业指导书，并在巡查过程中，由巡查小组监督施工队的执行情况，确保施工队能严格按指导书进行作业；4、由QC小组组成巡查队，因施工队是3*8的施工班制，巡查队也分三班，24小时对施工队进行巡查监督；5、由项目部测量组在施工前对桩位进行放样；6、由质检部委托第三方进行桩基质量检测，这样通过企业自检、监理抽查和质监站的社会监督，确保桩基施工质量。

2.3 原因分析

桩基施工质量的好坏取决以下几个方面：1、施工技术；2、施工工艺；3、原材料质量；4、桩基施工位置。解决好上述几个问题，桩基的质量基本也就得到了保证。项目经理部通过企业经营科采用招标的形式选择有施工经验的承包商，进行劳务分包，只包劳务，原材料项目部提供，并严禁施工队转包和分包。这样就拒绝了人情关系户和施工技术水平较低的施工队伍，保证参与建设的施工队伍均有较高的技术水平；由项目总工室编制施工作业指导书，并在巡查过程中，由巡查小组监督施工队的执行情况，确保施工队能严格按指导书进行作业。这既保证了队伍能按统一的施工工艺施工，又保证了施工用的水泥浆液配合比的准确，还保证了施工过程中搅拌的均匀性，使成桩上下质量一致；项目经理部通过企业机料科采购价优的合格水泥，统一配送，散装水泥由机料科在现场收料，既保证施工环保，无包装袋污染问题，又保证了水泥的品质一致，还保证了施工队伍无法偷卖水泥；由项目部测量组在施工前对桩位进行放样，保证了施工位置的准确性。这样施工过程中影响成桩质量的几个方面都得到了控制，工后三方分别检测，所得结果均为100%。运营至今已有10年时间，工后沉降均满足设计要求。

3 结语

软基工程是隐蔽工程，其质量的好坏决定了工程工后沉降和使用过程中的病害数量，因其施工后看不见摸不到，所以也称良心工程，其质量的好坏完全取决于管理者的责任心和施工者的良心。施工者的良心是管理者无法控制的，所以我们只能用管理者的责任心和担当去控制工程施工过程中的工艺和施工质量，确保工程建后是优质工程、精品工程。