水泥搅拌桩在市政道路和公路工程软基处理中的应用

邓康乐

1 引言

水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过水泥搅拌机械设备，将土与水泥强制搅拌形成增强体的复合地基。这种方法适用于处理淤泥、淤泥质土、素填土、粉土、黄土、泥炭土等土层，本工法处理效果显著，且处理后可以提高地基的承载力，可很快投入使用，还可用作基坑支护结构、止水帷幕等[1]。工程实施过程中如何有效地控制水泥搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果是人们在工程实践中探索的一个课题。

2 工程概况

深圳市某市政工程2 标，本工程为旧路拓宽改造工程，起讫桩号为：GGL0+000～GGL2+120，全长2.12km；全线为旧路拓宽改造。改造后的道路将现状四车道保留，两侧各增加一条车行道。

根据勘察报告，场地上部存在较厚的填土层，填土层松散且均匀性差，承载力低、地基沉降大，不能满足工程需要。综合考虑场地条件、地质条件、工程进度、造价等因素，对填土层采用水泥搅拌桩进行地基处理。处理后的地基要求：单桩承载力105kPa，复合地基承载力120kPa。水泥搅拌桩的主要设计参数为：搅拌桩桩径500mm，桩间距1.00m，正方形布置。平均桩长为10.5m，并要求桩底穿过填土层进入下部持力层不小于0.5m。搅拌桩的强度不小于1.6MPa。

3 施工准备

根据现场踏勘，发现拓宽区域存在树木、树根、草皮、生活垃圾、大石块等障碍物，部分搅拌桩施工区域存在填筑土且厚度不一，原地表面存在淤泥或凹凸不平地带，因此，在施工前必须对场地进行清理及平整，施工准备工作如下：

1）施工现场应做好“三通一平”，满足桩机承重、运输和施工要求。并查清地下（电缆、通信管线、煤气管道、水管等)和地上（树木、大石块、草皮、淤泥）的障碍物等情况并加以处理。对整个场地进行平整，确保水泥搅拌桩机施工作业时稳定不倾斜。

2）对整个搅拌桩施工区域挖土至桩顶的设计标高，考虑到搅拌桩施工过程中会经常出现水泥浆外溢现象，在桩位处应提前挖出沟渠防止水泥浆外溢污染周边施工场地。

3）根据设计图纸要求放线，桩点施放应根据桩位平面图，用经纬仪定向、钢尺量距确定各桩点位或采用全站仪定向及确距，并对每个桩点插上木棍及漆上红漆。

4）对整个搅拌桩施工区域进行布置及规划，包括临近供水供电线路及机械设备放置位置、水泥堆放位置、水泥浆搅拌设备以及存浆池位置等。

4 工艺性试桩

水泥搅拌桩施工前，应根据设计进行工艺性试桩，以便掌握该区段的成桩经验及各种操作技术参数。每个标段或区域试桩不少于5 根，且必须待试桩成功后方可进行正式施工，试验桩检验可以采取7d 后直接开挖取出或至少14d 后取芯，检验水泥搅拌桩的均匀程度及水泥土的强度。试桩设计参数及要求：

1）选取地质条件有代表性的地方，搅拌桩试桩数量5 根。

2）桩长：平均桩长为10.5m，桩底进入持力层不小于0.5m。

3）实际施工桩长由电机的电流监测表控制，根据电流的突变参考桩底进入下持力层的深度，或由监理、设计、业主单位现场试桩确认的桩长控制方法。

4）空桩：设计无空孔，试桩不留空桩，以方便施工完毕后的效果检测。

5）桩径、布桩：设计桩径500mm，桩间距1.00m，正方形布置。

6）工艺：采用“四喷四搅”工艺。

7）桩身材料：采用P·O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为被加固土重的15%～18%，水泥浆水灰比0.45～0.55。

8）搅拌机的下沉和提升速度，宜控制在0.5～0.8m/min，施工配备注浆的额定压力不宜小于5.0MPa。

4.1 试桩情况

试桩情况显示，其中2 条试桩成桩桩长为10.5～10.8m，成桩电流：

1）桩号001：在桩机下转1～3m 范围电流35～45A,3～5m 范围内电流突变至60A 并伴有瞬间电流急速提高情况，5m 以后至8.7m 电流恢复至稳定电流35～45A，8.7m 以后电流再次提升至60～80A，并基本保持稳定，桩机下转速度明显降低，至10.5m收桩；

2）桩号002：在桩机下转1～9m 电流基本稳定在35～45A，9m 以后电流明显提升至60～80A，并基本保持稳定，桩机下转速度明显降低，至10.8m 收桩；

上述成桩过程均采用“四喷四搅”工艺，水泥掺入比按现场土工击实试验确定的土壤最大干密度1.92g/cm3, 计算所得水泥掺入量为56～67kg/m（取65kg/m），单根搅拌桩成桩时间55～60min。

4.2 试桩情况分析

桩号001 搅拌桩在3～5m 范围突变，应为桩机遇岩石夹层，在穿过夹层后的5～8.7m 为松填土，8.7m 以后桩机工作电流明显提高，即为进入持力层的明显标志，现场施工及桩长质量监控可判断。

桩号002 搅拌桩在1～9m 电流无明显变化，基本稳定在35～45A，1～9m 地层应为松填土段，9m 以后桩机工作电流明显提高，即为进入持力层的明显标志，现场施工及桩长质量监控可判断。

4.3 试桩结论

综合上述现场试桩情况分析结论，由于搅拌机下转速度、电流等相关参数现场可直观判断是否进入持力层，原设计平均桩长保持不变可保证搅拌桩施工质量及便于现场施工及质量监控。

5 施工工艺

施工过程中应注意以下几点：（1）对中：搅拌桩机移到桩位上方，调整导轨垂直度，钻头对正桩位。采用目测，横竖双向观测。（2）预拌下沉：使钻头沿导轨逐渐切土下沉到设计深度，钻进速度一般为0.8～1.0m/min，搅拌头预搅下沉时电机的工作电流不得超过60A。如果下沉的速度达不到要求，即从输浆系统补给清水以利钻进。（3）制备水泥浆：待搅拌机下沉到一定的深度时，开始按0.45～0.55 的水灰比拌制水泥浆，待压浆前将水泥倒进入集料斗。（4）提升喷浆搅拌：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土体中，泵压一般控制在0.4～0.6MPa[2]。边喷浆边旋转，边按0.6～1.0m/min 速度提升搅拌机。至停浆面时停止提升，停浆面比设计桩顶标高高出约50cm。（5）重复上、下搅拌：再次将搅拌机边旋边沉入土中，至设计加固深度再将搅拌机提升出地面。（6）清洗：向集料斗中注和入适量的清水，开启灰浆泵，将管路中残存的水泥浆清洗干净，清除搅拌头上的土。（7）重复上述步骤，移动至下一桩位进行施工。（8）施工的同时操作人员将每根桩的钻进时间、提升时间、提升速度、提升的次数、钻进的深度等进行记录。

施工工艺流程如图1 所示。

图1 施工工艺流程图

6 施工质量控制及检测

6.1 施工质量控制标准

施工质量控制标准包括：（1）垂直度。设备就位后，必须平整，并确保施工过程中不发生倾斜、移动。要注意保证机架和钻杆的垂直度，如发现偏差过大，及时调整，垂直度偏差控制不超过1.0%。（2）桩机就位。必须对中，对中误差不得大于20mm，桩径偏差不大于4%。（3）水泥用量以及泵送浆液的时间、搅拌桩每米下沉和提升的时间等应有专人记录。严格控制搅拌时的下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌，控制搅拌提升速度≤1.0m/min。（4）水泥浆不得离析，水泥浆停置时间不得超过2h。如停置时间过长，不得使用。（5）确保加固强度和均匀性：严格控制喷浆量，搅拌桩的施工应连续进行。输浆阶段必须保证足够的输浆压力，连续供浆。一旦停浆，将搅拌头下沉到停浆点0.5m 以下。待恢复供浆后再喷浆搅拌；如停工40min 以上，必须立即进行全面清洗，防止水泥在设备和管道中结块，影响施工。（6）遇到地下障碍物的处理方法：施工过程中，如遇到地下障碍物使钻杆无法钻进时，及时通知监理、设计人员，及时采取补桩措施，保证施工质量。

6.2 质量检测标准

质量检测标准包括：（1）在成桩7d 内，采用轻型动力触探检验桩身强度，检验数量不少于总桩数的2%，且不少于3 根；（2）在成桩28d 后，做复合地基承载力试验，检验点为桩数的0.5%，且不少于3 个点；（3）在成桩28d 后，采用双管单动取样器钻芯取样，评价搅拌桩均匀性，检验水泥土抗压强度。芯样直径不小于80mm，钻入持力层厚度不小于3 倍桩径，检验点为桩数的0.5%，且不少于3 个点。

6.3 质量检测结果

对6 根桩进行了抽芯，从芯样可以看出，桩身完整性好。对芯样采样进行无侧限抗压强度试验，桩身水泥土抗压强度2.51～6.52MPa，均比设计强度1.6MPa 高了较多，表明水泥土搅拌桩在填土层中的效果令人满意。

另外，选取了3 个点进行场地复合地基载荷试验，根据S-P（位移—荷载）曲线确定的地基承载力为132kPa、146kPa 和139kPa，均能满足设计要求。

7 结论

综上所述，得出以下结论：

1）对软弱土层采用水泥搅拌桩处理是可行的，不但质量可靠，而且具有明显的造价优势。尤其适应于处理较深厚的填土层，经过搅拌桩处理后的填土性质大幅改善，地基承载力大幅提高。

2）在施工中，通过观察和分析搅拌机下转速度、电流等相关参数的变化，可为现场判断桩端是否进入持力层及进入持力层的深度提供客观依据，保证了搅拌桩的质量。

3）搅拌桩正式施工前应进行试桩，通过试桩不但可能验证设备的施工能力是否满足设计要求，而且可以确定确保搅拌桩质量的最佳工艺参数。