建筑工程水泥搅拌桩技术应用

杨苏

（山西焦煤西山煤电西铭矿基建办，山西 太原 030053）

1 工程概况

水泥搅拌桩技术应用到地基施工中比较普遍，尤其是港口、地铁、公路等项目中，被大量的建设和使用。本文以某工程项目实际案例进行分析，选取其中一个标段分析，分析了解水泥搅拌桩施工技术和治理管理控制措施，为今后同类工程施工起到积极作用。本次工程的实施中现场勘查后发现，施工地区内软土结构厚度较大，地基处理范围大，设计人员确定应用水泥搅拌桩复合地基作为处理方案。根据施工需要，应用浆液搅拌法施工工艺，单桩直径为70cm，总工程量约为40.00m。

2 方案确定

水泥搅拌桩施工工艺应用水泥作为固化剂的形式，通过搅拌机直接将水泥喷入到土体内，持续性搅拌处理，让水泥和土充分的发挥出物理与化学反应，降低地基土塑性，改良土体物理化学性能，软土地基结构的强度得到提升，地基稳定性更高。本次工程中，水泥搅拌桩采用的是双向搅拌工艺，施工工艺如下： 先进行现场的平整处理，做好准备工作，测量放样，搅拌机安装、调平处理，搅拌机插入到规定深度上，开启送浆泵进行浆液输送处理，同时进行搅拌处理，按照正、反两个方面进行充分的搅拌，达到规定的加固深度要求，在连续性喷浆搅拌10s以上后，提升搅拌机，即可完成单桩施工。

3 水泥搅拌桩施工质量标准

①水泥搅拌桩设置距离、直径、长度等各项指标都符合要求，达到设计方案的要求，如果发现不符合设计的要求，不能投入使用，否则将会影响总体施工效果； ②在现场施工中，随时检查喷浆量、桩长、复搅长度以及是否进入硬土层等，如果发现有异常的情况，禁止投入工程进行施工； ③水泥搅拌桩沿着深度方向0.3m范围内处理，如果发现水泥桩内水泥含量比较少，桩芯流速态，就是说明该桩体结构不合格，需要及时处理； ④成桩28d 之后，需要进行钻芯检测，抽查比例为千分之五，且每个段落不能少于2根，做好贯入试验分析，桩身无侧限强度达到设计标准； ⑤水泥搅拌桩工程质量要符合要求，桩位偏差在50mm以内，深度偏差在50mm 以内，倾斜度不足1.5%，强度等性能符合设计方案的要求。

4 施工技术

4.1 施工工艺参数确定

要想保证工程的质量合格，在项目实施前需要做好水泥混凝土配合比试验，保证水灰比、水泥、外加剂的加入比例符合要求，搅拌桩设计符合要求。根据设计要求做好配合比控制，工艺技术参数符合要求，不会给工程质量产生任何影响。

4.1.1 室内配合比试验

水泥掺入比按13%、15%、18%、20%，石膏掺入比2%，水灰比选定0.5 和0.55，在试验时按照7d、28d、90d 的龄期进行水泥密度、无侧限抗压强度、水灰比的检测。试验检查后，保证各项参数合格。配合比相同条件下，水灰比低的无侧限抗压强度高； 配合比不同的，水泥加入比例越高，28d 龄期无侧限抗压强度越高。水泥加入比例为18%时，抗压强度达到设计标准； 加入2%的石膏后，水泥搅拌桩早期强度较高。

4.1.2 试桩施工参数

根据工程的施工需要，本次工程中，选取应用ZGZ-A-25 型同心双轴双向搅拌桩机，选取现场的6根桩体进行试验。施工参数见表1。

表1 试桩施工参数参考

4.1.3 试桩施工及质量检验

根据施工工艺流程进行试桩施工，试桩之后能够确定桩位、桩径以及垂直度的指标，确保符合设计标准的要求，总计取芯6 根桩，芯样有18 段。从取芯效果来看，桩体结构密实度合格，成桩的质量符合要求，局部桩体没有存在搅拌桩不充分的情况，通过分析发现，在施工中因为局部的位置钻杆速度比较慢，泥浆泵输送液体不连续，和土体充分的结合、固化，所以在后续大范围施工时，应该做好浆液输送速度的控制，以保证桩体结构的质量合格。

4.1.4 施工工艺参数确认

根据室内配合比结果，做好现场试桩检测，工艺参数如下所示： ①掺合料参数。水泥比例为18%，石膏为2%，水灰比0.5； ②施工环节参数控制： 钻进下沉0.5 ～0.8m/min； 搅拌提升速度： 0.6 ～1.0m/min。内钻杆转速大于50r/min。

4.2 施工材料

本次工程中，选取的是42.5 级普通硅酸盐水泥材料，使用M类二次混合石膏，天然淡水作为水源。水泥出厂时间在3 周以内，不能使用结块、过期、劣质的水泥材料。拌和水通过检验后，不会影响使用的效果，并且水内的氯离子的含量不超过200mg/L。水泥与石膏在进入到现场内，严格进行质量检查，保证各项性能指标符合要求，并且有质量合格证，根据工艺要求进行现场的送检检测，各项指标合格才能投入使用。在现场进行分类保管，禁止使用不合格的材料。

4.3 成桩施工

4.3.1 桩位控制

根据设计要求进行桩位的测量放样，并且做好标记。放样定位之后做好检测，进行复核检查，做好验收管控工作。保证数据偏差在合理范围内，做好桩位编号检测。

4.3.2 桩长控制

在现场开始施工前，对钻杆长度进行检测并且表示处理，保证钻入深度、复搅深度合格，保证桩体长度满足要求。搅拌环节要做好喷浆量以及搅拌深度的控制，经过现场仪器进行监测和记录，每次下入都要做好记录，深度偏差控制在200mm以内。

4.3.3 垂直度控制

搅拌桩机正侧面分别需要布置一个吊锤，打桩时应该随时了解吊锤的情况，如果存在倾斜的问题要及时做好调整。每根桩体结构施工都要保证搅拌头、钻杆、桩位中心处于同一直线上。桩身结构垂线度偏差不超过15mm/m。

4.3.4 浆液制备及注浆

根据现场的具体情况，做好水泥加入比例和水灰比的控制，确保水泥浆质量合格。组织专人对搅拌合格的水泥浆进行称量和记录，如果发现比重较低，需要增大水泥比例，同时搅拌均匀，符合技术要求。水泥材料必须进行过筛处理，制作合格的浆液不能存留过长的时间，如果超过2h，则需要降级使用。制浆搅拌之后在现场设置防雨棚装置，避免雨水进入到内部而造成水灰比下降，且在浆桶周围设置截水围挡以及排水沟，避免清洗水进入到浆液内。注浆环节，压力、流量必须进行控制，保证技术参数符合要求，确保注浆施工连续进行，保证桩体结构的质量合格。

4.3.5 搅拌成桩

①搅拌机钻入速度为0.6m/min，钻进是搅拌转速为40r/min，浆液喷入的速度为63L/min，桩端喷浆搅拌30s后和桩端土充分搅拌处理，合格后提升钻机；②搅拌机提升速度在0.5m/min 以内，提升拌转速为60r/min，保证达到标高的要求，对现场施工情况进行记录，指导后续施工； ③随时检查钻头的情况，如果发现磨损非常严重，需要停止钻进，及时更换或者修复处理。钻头直径偏差不超过3%，同时还要检查叶片的情况，如果存在问题要及时处理； ④搅拌机预搅下沉的过程中，不能冲水，如果发现土层结构硬度较高，在保证强度的同时进行适量的冲水，以保证结构性能合格； ⑤做好桩头的质量管控，搅拌机在桩顶标高1m以内需要减慢钻进速度，在提出地面后要停止提升，并且连续搅拌几秒。

5 施工质量问题与控制措施

5.1 桩位偏差大

1） 产生原因： ①对准效果较差。单签深层水泥搅拌桩很多都是应用平铲爬行时钻机形式。钻机在前进、倒退的过程中，由于溢浆漫流、视线阻隔等，工作人员无法发现桩位，导致操作缺乏标准化； ②现场地质条件比较特殊，钻机下沉如果遇到比较大的卵石、孤石无法完成钻进的情况，不能提升钻机后移重钻，此时桩位偏差一般在20cm～30cm左右。

2） 预防措施： 钻机平台上焊接钢筋，按照机型，通常在钻杆和钢筋控制点有2 倍的距离。根据现场的情况，使用重线坠的方法进行控制。如果由于地质条件的影响，有孤石等材料存在，需要重新钻进施工，这是特殊的补桩情况，在工程记录中有详细的标记，要求不能过高。

5.2 垂直度偏差过大

1） 产生原因： 当前钻机的型号比较多，主要是支腿的形式，如果地形表面不平整，四条腿不平或者支腿不牢固的情况，极易造成集体发生倾斜的问题，钻杆垂直度也会发生偏差。如果有支腿牢固性不足，机架容易发生严重的不平稳，也会造成钻杆垂直度不合格，垂直度过大，给工程的质量造成负面的影响。

2） 预防措施： ①机架上挂垂线，机架横梁中画出中线，机架达到垂直的标准才能进行钻孔作业，只有钻杆垂直方能保证桩体的垂直； ②每条支腿都处于受力的状态，保证支撑达到稳固性的标准，机架的稳定性合格，只有机架稳定才能保证状体不会发生倾斜问题。

5.3 喷浆不正常

1） 产生原因： ①注浆管发生损坏； ②注浆孔堵塞； ③水泥浆质量不合格，内部混油石块等杂质，导致管道发生堵塞的情况，喷浆效果无法满足要求； ④水灰比不合适，浆液性能比较差，极大影响桩体质量； ⑤水泥浆泵调速器运行状况适当，压力难以满足要求； ⑥注浆管长度过大，中间存在弯曲严重的情况。通常来说，管道长度为50m以内为最佳，尽量不要出现转弯的情况，如果管道长度在100m以上，压力损失严重，极易造成喷浆质量不合格。

2） 预防措施： ①施工前，进行注浆泵、搅拌机检查，确保设备可以正常的运行； ②作业人员在施工后技术清洗管口、注浆泵； ③在喷浆口设置有止回阀的部件； ④在喷浆口的上部适当的设置越浆板，避免出现堵塞的问题； ⑤集浆池应该布置细筛进行过滤处理，避免杂物进入到管道内。其六，做好水灰比的控制； 设计水灰比0.45 ～0.6 之间，通常来说，应用0.5 水灰比达到桩体的质量，不会给喷浆造成影响，保证水泥质量合格。根据工程要求，确定最佳配合比才能保证工程质量合格。

5.4 抱钻

1） 产生原因： ①施工工艺不合适； ②粘结性较高。水泥材料拌和不均匀，容易发生抱钻的情况； ③地层存在砂砾层条件，在搅拌的作用之下，卵石挤压在桩体周围； ④设备存在故障，比如钻杆轴承损坏等； ⑤停机时间超过3h，出现水泥凝固的情况，钻杆抱死。

2） 预防措施： ①结合不同土层条件，确定最佳的施工工艺。在项目实施前，对于地层结构展开全面分析，做好地质钻探作业； ②搅拌机沉入到地层前，需要注水处理，保证搅拌头湿润处理。如果地表是软黏土的形式，加入必要的砂材料，防止粘度过高而产生抱钻的情况。

5.5 冒浆

1） 产生原因： ①有些粘土不是粘土，但是上覆层压力大，持浆能力比较差，容易发生冒浆的问题；②钻进环节遇到孤石或者卵石，钻进速度下降，无法完成浆液的疏松，搅拌虚土内水泥浆液无法达到饱和的情况而发生溢浆的情况； ③钻杆提升环节，上升速度较快，无法彻底的搅拌，但是水泥浆液压力比较大，处于0.4MPa～0.6MPa之间，出现冒浆。

2） 预防措施： ①浆液疏松过程中，持浆能力不合格就会发生冒浆，造成浆液传输量比较差，所以需要改变施工工艺，并且保证搅拌速度提升到500r/min，钻进速度降到1m/min，保证土和水泥充分搅拌处理，达到混合性的要求，降低冒浆发生率； ②在钻进到硬度高的持力层或者孤石时，应该降低泵送压力，调节浆液，防止发生冒浆的问题； ③提升环节速度严格控制，泵送压力处于合理范围内。

5.6 桩顶强度

1） 产生原因： ①表层土加固质量不足； ②表层覆盖压力小，搅拌时土体上移，搅拌均匀性较差； ③桩顶钻进提升速度较快，注浆量不够； ④水灰比大于设计标准要求； ⑤水泥质量比较差，或者选择使用的水泥材料的种类有差异； ⑥管道清洗处理后，水没有及时排出去； ⑦有些施工团队为了提升施工效率，在加水的同时加入水泥材料，并且搅拌同时进行使用，水灰比难以达到均匀性标准； ⑧桩顶没有进行钻头压磨处理。

2） 预防措施： ①在桩顶向下的1m范围内作为加强段结构，对其进行复拌加注浆处理，水泥加入比例增大到15%左右； ②桩长和标高的设计中，应该挖除30cm长度左右，保证结构强度性能合格； ③做好水灰比的控制，做好水泥材料加入比例合格、压力符合要求的情况下，尽量的减小水灰比； ④一次搅拌好一根桩体，保证水泥浆液的质量合格，禁止边加水边搅拌； ⑤机架标志线看到桩头的情况下，减小提升速度，确保水泥材料的加入量合格； ⑥钻头到桩顶部位压磨的时间控制在30s。

5.7 桩体不均匀

1） 产生原因： ①现场工艺设定缺乏合理性； ②搅拌机、注浆机在运行中发生故障，注浆不连续，浆液均匀性差； ③搅拌机在运行时，设备的速度不均匀； ④搅拌机提升速度与喷浆速度存在不匹配的情况； ⑤第一次下钻带水下钻； ⑥管道清洗之后，内部有水残留，随着施工进入到桩体内； ⑦制浆施工工艺缺乏合理性； ⑧喷浆时不连续，浆液存在中断的情况； ⑨浆液发生离析的情况； ⑩因为机械运行不当而导致中途停止钻进施工。

2） 预防措施： ①制定出切实可行的施工工艺；②在施工前对设备进行全面检查，保证性能合格，如果发现故障，及时进行检修处理，保证运行效果合格； ③水泥浆搅拌时间在2min 以上，尽量的达到3min，同时还要适当的增加搅拌的次数，以防止发生浆液沉淀的问题； ④增大搅拌转动速度，确保浆液达到均匀性标准； ⑤注浆设备运行效果合格，注浆速度达到均匀的要求，保证水灰比符合设计方案的要求；⑥如果在现场施工中，因为机械故障而发生停钻的情况，经过修复处理之后向下延伸50cm，达到1m为最佳状态。

6 结语

水泥搅拌桩是比较普遍的建筑工程桩体施工形式，对于工程稳定性、安全性的提升有着重要的作用，所以必须加强水泥搅拌桩的施工质量管理，保证和质量性能合格，从而提高施工的质量水平。在具体的施工中，做好水泥搅拌桩各个技术参数的分析和控制，选择最佳的施工工序，保证成桩的质量合格，对于提升建筑工程安全性有重要价值。