浮筒式水泥搅拌桩在超软土地基处理中的应用

戴剑云

（厦门市建设工程质量安全站）

0 引言

软基处理的方法很多，常用的有排水固结法、强夯法、换填法、CFG 桩、搅拌桩、旋喷桩等多种方法。而对于吹填土地区的吹填淤泥质软土路基在进行加固处理时，具有施工设备需要借助施工平台进场、施工进度与工期不匹配以及工程量大等特点，相对普通的软土地基处理存在更大的难度。在地基处理过程中，需要综合考虑地质条件、场地环境以及造价等相关因素，合理选择处理方法。浮筒搅拌桩机主要由海涂面行走系统、高压原料输送系统、旋转旋喷搅拌系统、双动力驱动系统组成，高压原料输送系统将连接旋转+高压旋喷搅拌系统，搅拌系统将固结剂与超软基础进行充分混合搅拌，在双动力驱动系统的作用下，滩涂面行走系统根据施工流程在软基上连续作业，最终实现软基的快速固结处理。

1 工程概况

某道路项目位于吹填区，由于该场地主要为未经过预处理的吹填淤泥，含水量大，为流塑状淤泥且部分为浮淤，为高压缩性土，具有流变性，有开挖易变形、成孔易缩径等现象，力学性能差，目前场地机械难以进场。原设计为二次处理，即造地工程处理至地表承载力≥60kPa 后，再交由施工单位根据设计结构所要求的地基承载力及工后沉降进行二次处理。由于时间紧迫，采用一次处理，即造地未进行预处理即交由项目施工单位进行地基处理。针对未经过处理的吹填区，综合考虑工期、造价、环境等因素，此工程采用浮筒搅拌桩机。

2 设计要求

本工程主要采用浮筒式搅拌桩施工，桩径采用0.8m，桩身胶凝剂采用规格为P.O42.5 的普通硅酸盐水泥，胶凝材料掺灰量在初次进行设计时暂定为加固土体重量的18%，水灰比0.7，要求取芯桩体水泥土28d 龄期室内无侧限抗压强度≥0.6MPa，单桩承载力≥88kN，复合地基承载力≥80kPa。大面积开展作业时的水泥掺量以不同掺量的试验桩经检测后根据结果进行确认。

搅拌桩提升速度为1.0～1.5m/min，喷浆压力为0.5～1.0MPa，设计初定水泥用量149.2kg/m，对应灰浆用量253.7kg/m。

根据设计文件，此项目软基处理施工要求采用在线实时监控系统，通过加装专用监控设备，配套对应的监控平台，对施工关键控制指标——深度、流量、泥浆密度、倾角、钻速等，通过相应传感器采集，同步实现云端共享、分析、展示。可进行施工过程动画模拟，对施工数据及时反馈，纠正施工，指导后续施工及检测工作。实时施工数据收集及自动化报表、智能化工程质量监控、全生命周期质量可追溯，见图1。

3 工艺流程

⑴测量员需要根据设计施工图纸进行坐标计算，并依据坐标进行桩位放样，将桩机与施工边线对齐，保证桩位施工的准确性。施工边线插彩旗作为标记，桩位中心插竹竿作为标记，搅拌钻杆头中心对准相应桩位中心。

图1 前台施工监控系统示意图

⑵钻头钻进及喷浆搅拌：启动空压机、搅拌机及桩机钻杆，其钻头向下进行钻进，并保持一边喷浆一边搅拌，按照设计文件要求对下钻速度和喷浆流量进行有效控制，当搅拌头达到设计深度时，需要进行提升。在下钻过程中，应有施工人员对设备运行情况以及底层出现的变化情况进行实时监控。

⑶钻头提升及喷浆搅拌：在钻头下钻达到设计桩底标高后，完成定喷过程，需要提升钻头并保持喷浆，按照设计规定提升速度及喷浆流量提升喷浆，确保土体能够和固化剂浆液有效拌和；钻头上升到设计桩顶标高+500mm 后停止喷浆。

⑷钻头下钻及提升复搅：为了确保软土层和固化剂材料能够充分均匀搅拌，钻头需进行重复下钻和提升，此过程不喷浆，也就是下钻过程进行搅拌和提升搅拌不喷浆，但应控制钻头下钻和提升速度。

⑸桩机移位：施工人员结合施工顺序将机械转移到下一个桩位，并对以上步骤进行重复施工。

浮筒搅拌桩截面为“8”字形，建议采用双轴水泥（固化剂）搅拌桩，桩直径为800～1000mm；提升、下转速度速度为1.0～1.5m/min；相邻桩体可相离，可相互搭接10～20cm；成桩无侧限抗压强度、单桩承载力特征值、复合地基承载力特征值要求根据工程要求而定。

4 施工要点

⑴在施工实体前，需要平整原地面并清除地上地下的相关障碍物。需要在路基外侧开挖临时排水沟以避免施工期间长时间积水，并禁止同农田排灌沟渠共同进行使用。

⑵开工前需要调试相关设备，并检查桩机运转、输料管的畅通情况及临电是否符合要求，以保证设备性能的可靠性。施工过程中如有机械及临电故障，应及时安排修复，避免长时间停滞出现堵管现象。

⑶在具体施工过程中，停浆面的设计高度需要超出设计桩顶标高500mm，在实际开挖过程中应该挖去表层浮土。

⑷垂直度控制。螺旋式淤泥固化机就位后，需要确保设备平整，避免出现移动、倾斜等现象。施工时保证钻杆垂直度，允许偏差控制在1%以内。在实际施工中可以使用吊锤观测钻杆对两个方向的垂直度进行测量，辅助使用水平尺对机架的调平情况进行测量，一旦偏差过大需要及时进行纠偏。

⑸应确保搅拌桩桩底标高打到持力层，可根据钻机钻到最深位置时的压力表读数和下钻速度对是否打入硬层进行判定。

⑹在具体成桩时，由于停浆后继续施工需要进行重叠接桩，而其接桩重叠咬合长度不能小于0.5m。当停工时间超过40min 之后，需要全面进行清洗，避免产生堵管结块现象而对施工产生影响。如果停机时间超过水泥初凝时间，则需要在原桩位旁边合理进行补桩处理。

⑺在施工前，需要对搅拌机械的灰浆泵输浆量进行确定，并要明确灰浆从输浆管一直到达搅拌机喷浆口的时间。相关施工人员可以通过流量泵对输浆速度进行控制，确保注浆泵出口压力能够保持稳定，确保搅拌的提升速度和输浆速度能够保持一致。

⑻相关施工人员需要根据设计参数对搅拌提升速度和喷浆量等进行控制。为了能够进一步提升施工质量和工作效率，避免水泥出现浪费，应该有效开展连续工作。在实际输浆时，需要确保输浆压力充足，能够实现连续供浆。

⑼施工人员需严格控制搅拌过程中的下沉和提升速度，保证其迅速并在设计要求速率范围，使得淤泥能够均匀充分和固化剂搅拌，保证桩体每个断面的强度都满足设计要求，使桩身强度和均匀性得到有效提高。

⑽根据试桩试验确定的技术参数进行施工，严格按设计要求，确保每根桩水泥用量。

⑾因地质勘察的密度存在一定的不可预见性，存在地下障碍物可能导致钻杆无法继续钻进，使得搅拌桩无法到达相应持力层，项目部应及时向设计人员和监理人员等发送通知，现场踏勘并出具相关补桩方案，从而有效保障施工质量。

⑿水灰比控制：在水灰比控制过程当中，需要结合水泥用量对每盘用水量进行计算相应水泥浆比重，根据测量泥浆比重来控制水灰比，同时还应在储水罐上做上相应的标志，并在实际施工中有效计量。

⒀制备好的浆液不得离析，并要确保连续泵送，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30s 再倒入存浆桶。自行拌制浆液的外加剂及固化剂的用量等相关数据，需要安排专人进行记录。

（14）当水泥浆液到达出浆口后，应充分进行搅拌和喷浆，时间为30s，而在水泥浆和桩端土得到有效搅拌后，需要将搅拌头进行提升。在进行施工时要由专人来负责记录，施工记录应尽量详细完善：在深度记录上其误差值不应超过10㎝，而时间记录的误差则应小于10s。在实际施工中对于出现的问题和处理情况需要及时进行记录，从而进行汇总和分析。

（15）根据规范和要求对相关检查项目进行误差控制，使其允许偏差值在规范允许范围内（见表1）。

表1 浆体喷射搅拌桩施工允许偏差

（16）水泥搅拌桩施工完成28 天内不得有任何机械在上面行走。

5 施工注意事项及常见问题解决方法

5.1 搅拌的均匀性

对于桩身质量而言，软土与固化剂是否能够充分均匀拌和是十分重要的一项影响因素，其具体表现在两个方面，分别是固化剂在任意桩身断面的掺入量和机械在桩身任意断面上的搅拌次数。

实践经验表明，任意一点的搅拌次数N 在20 次为最佳搅拌次数。单程次数可以通过公式求得：

式中，

N——桩身任意点的搅拌次数；

h——叶片的宽度；

α——叶片与钻杆的角度（锐角）；

b——叶片的厚度；

n1——内钻杆的转速；

n2——外钻杆的转速；

z——钻头上叶片总数；

v——钻杆提升或下降速度。

5.2 桩头处理

在搅拌桩施工结束后，桩顶部约在0.3～0.5m 范围内，由于受地表水及土体约束压力相对较小，导致桩体形成结构呈蜂窝状且较为松散，需要对其进行处理。一种方法是人工挖除桩顶质量较差的部分；二是需要在桩顶1.0～1.5m 范围内进行喷浆搅拌，并要采取人工夯实修整。

5.3 常见问题及处理方法

⑴下沉困难、压力值高、电机跳闸。

原因：压力偏低、土质硬、阻力大、遇大块石等障碍物；

处理方法：调高压力、适量冲水或浆液稀释、障碍物挖除。

⑵输浆管堵塞、桩到设计长度灰桶内有剩余或不够。

原因：输送管内有水泥块、灰浆泵输出量偏小或偏大、投料量不准确；

处理方法：管道用水冲冼、调整灰浆泵输出量、重新计数投料量。

⑶事故桩。

原因：机械故障及电路故障；

处理方法：24 小时内，钻杆提高0.5m。

6 施工质量检验

水泥搅拌桩的质量控制应贯穿施工的全过程，在成桩后并到达龄期后对桩基进行以下实体检测以判定成桩效果（见图1）：

⑴载荷试验宜在成桩28 天后进行，根据工点实际情况分别开展复合地基承载力试验与单桩承载力试验。

⑵需要在成桩28 天龄期后进行钻孔取芯试验，应在桩直径2/5 位置处进行钻孔，根据芯样情况来判定桩的完整性和均匀性。最后，应在钻芯的上、下、中各部位分别取至少一段来进行无侧限抗压强度试验。在取芯结束后，需要使用水泥砂浆对钻孔进行回填灌注。

本项目检测结果如下：

⑴基桩钻芯法检测：受检桩水泥土芯样完整，搅拌均匀，断口基本吻合，芯样呈短圆柱状，胶结较好，抗压强度值均不小于水泥土设计强度0.6MPa，实测桩长均与设计桩长一致。

⑵桩身强度检测：所检桩的单桩竖向抗压极限承载力检测值均为88kN 以上，满足设计要求。

⑶复合地基承载力检测：所检测试点的单桩复合地基承载力特征值为80kPa，满足设计要求。

7 结语

本项目采用浮筒式水泥搅拌桩进行软土地基加固处理，结合软基处理施工智慧管控系统的应用，经检测桩身长度、芯样的完整性，单桩竖向抗压极限承载力、单桩复合地基承载力均满足设计及规范要求，在短时间内有效地实现软基的快速固结处理。