水泥搅拌桩施工技术质量控制分析

解志腾

连云港市铁路事业发展中心 江苏 连云港 222000

1 水泥搅拌桩的特点

软土地基在我国沿海地区的城市分布广泛，因此在高速公路建设中需要做好软土地基的处理。近年来，随着工程建设技术的发展壮大，我国软土地基处理技术也得到了相应的高速发展，并带来了巨大的社会和经济效益。关于软基处理技术，国内外学者、工程技术人员总结归纳了复合地基法、排水固结法、强夯法等常用的处理方法。本文主要分析复合地基法中的水泥搅拌桩施工技术，水泥搅拌桩是水泥深层搅拌法的成桩方式，在我国已有二十多年的发展过程，特别是在地下水位较高的施工扰动区较为常见。水泥搅拌桩是一种将软土硬化成具有完整性、防水性的成桩的技术，它已被广泛应用复合地基竖向承载力、基坑挡土墙工程和防渗窗帘等工程项目。首先将配制好的水泥浆打入土壤中，并将土壤搅拌均匀，形成水泥土。

利用水泥水化在软土地基中发生的化学反应，不仅可以提高地基的固结强度，而且可以有效地减少沉降量，抵抗高荷载，提高抗变形能力。水泥搅拌桩具有施工简单、造价低、进度快、无振动、无电噪声、对周围建筑物无冲击、加固效果好等优点。水泥搅拌桩的最大特点是其刚度与水泥用量和搅拌桩的均匀性有关。在软土地基上使用水泥搅拌桩修路时可能出现的问题可分为沉降和破坏两种。工程项目必须防止毁坏，但是沉降很难控制，因为需要很长时间来保证沉降的稳定性[1]。软土地基的浅层粉土层有两种处理方法。一种方法是通过增加自身重量填土来压缩软土。还有一种方法是先把整个粉土层挖出来。然后填充稳定的材料，从而减少沉降。

软土地基的处理还必须同时考虑沉降和稳定性。在软土地基施工中，首先将水泥与水泥浆混合，水泥中的各种钙矿物成分首先发生水解和水化反应，然后与软土继续发生水解和水化反应，生成钙化合物。这是水泥搅拌料桩能提高地基强度的主要原因。

此外，软土中的化合物表面含有各种离子，与水泥水化产生的钙离子进行等效的吸附交换，从而提高土壤的强度。提高水泥土的强度一方面的原因在于软土本身具有胶凝特性，水泥水化形成的凝胶颗粒可以和软土结合，形成具有一定强度的颗粒结构。另一方面当水泥水化产生的钙离子超过交换的次数时，钙离子与化合物发生反应形成黏土，产生大量不混溶的晶体化合物，并逐渐变硬，大大提高了水泥土的强度和稳定性。最重要的是，为了保持足够的水泥强度，必须确保有足够的水泥，使水泥和土壤应充分混合。

虽然水泥搅拌桩具有以上种种优点，但是质量事故也时有发生，其原因不仅与设计有关，更多源于施工质量。水泥搅拌桩复合地基的软土基础处理属于隐蔽工程。如果施工质量不佳，现场监督无效，路基填筑后会造成风险，难以检查和采取补救措施，损坏非常严重。因此，必须充分重视每个施工环节，严格执行施工管理的全过程是非常重要的。只有对施工过程和检测过程进行严格的控制，才能保证工程质量。

2 不同参数对成桩质量的影响

现行的工程标准和各种文献对水泥的涉及或关注主要在桩设计与试验技术方面，因此有必要研究参数对桩体质量的影响，引起设计和施工的重视施工确定合理的工艺参数，保证桩身质量。彭瑞研究了水泥深层搅拌（DCM）技术的核心内容参数匹配[2]。杨萌研究发现水泥搅拌桩中较大的水泥掺入比、较大的搅拌轴转速可以有效地增加其强度[3]，李强研究了水泥土搅拌桩设计参数、设计原则、设计程序和设计步骤等[4]。尹忠辉通过分析水泥搅拌桩成桩质量的影响因子，研究造成水泥搅拌桩成桩质量缺陷的原因，针对每种原因提出相应的解决措施[5]。管军、解国光从施工工艺与质量控制两方面对水泥深层搅拌桩的工艺流程和质量控制措施进行探讨[6]。水泥搅拌桩施工参数一般包括桩偏、桩长、桩径、垂直度、水泥含量、水灰比、输浆能力、钻孔提升速度、搅拌轴转速和再混合次数。前六个参数是一般在设计时确定，施工时容易控制。然而，后四个参数在设计和施工中很难确定和掌握，因为它需要相互匹配以保证水泥土拌合体的均匀性，并受地质条件和打桩机械性能的影响。因此，本文着重于分析四个施工参数的影响，即输浆能力，钻孔提升速度、搅拌轴转速和再混合次数对桩的质量影响程度。

2.1 输浆能力

2.1.1 输浆能力的不连续性和不均匀性。在成桩过程中常出现输浆能力高低不连续、不均匀的现象,由于通气口及水泥通道阻塞和因泥浆泵产生的混凝土搅拌桩断裂等,造成桩体质量参差不齐,从而对桩身的强度产生了影响。设备必须经常维护以避免发现质量问题后及时补漏补浆环节，以达到连续、均匀的输浆能力。

2.1.2 泥浆输送量过大或过小。输浆量过大时，桩身强度达不到要求，桩头水泥配合比低于设计值，因泥浆已用完。当混合头尚未升高到设计的桩顶时。此外，它很容易导致钻速低时返浆量大。如果输浆能力太大小，会延长施工时间，降低施工效率。浆料压力，一般来说，根据普通泵的性能，随泥浆量而减小。输浆量过大时小，浆液压力低，无法突破喷口周围的土壤阻力向周围土体注浆，对桩身质量有影响，更在深层搅拌桩底部突出。水浆混合比是质量的保证保证深度搅拌水泥桩，只有在这种保证下，水泥搅拌才能受到影响提高桩质量的均匀性。因此浆料的量必须与钻孔或提升速度，使桩长内连续均匀喷洒，以确保水泥含量均匀，喷涂压力不宜过低。

2.2 钻孔提升速度和搅拌轴转速

钻孔和提升速度直接影响水泥土搅拌均匀度和施工效率。钻孔或吊装会影响水泥土桩的强度转速太快，搅拌轴转速匹配不上，不能满足要求。钻孔速度过快，容易造成设备损坏遇到坚硬的夹层或地下障碍物时，由于握住钻头而引起的。在另一方面，高提升速度会影响单桩的承载能力，因为中空现象是指搅拌轴留下的空间不易被搅拌器填满，当水泥浆和土壤混合混合物的含水量为相对较低。如果钻孔和提升速度较低，则水泥搅拌均匀，而施工效率低，每桩收缩时间较长，之前浆料已经消耗的情况搅拌头被提升到堆顶很可能发生。此外，施工时间较长时间对相邻桩的重叠施工质量也是不利的。

2.3 再混合次数

随着搅拌次数的增加，搅拌时间越长，桩的质量越好。水泥和土壤在同一点，水泥和土壤的混合越均匀。马载宏以“二喷六混”和“二喷四混”两种技术为基础，研究了长江越岸软土对桩体质量的影响[7]。表明水泥土强度较高，承载力有较大提高复合地基采用前一种技术，采用标准渗透测试方法，核心试验和静载荷试验方法。根据水泥土生长机理的强度，可以达到更高的强度前提是能保证水泥浆与土混合物的混合时间。因此它是宜将喷涂工序置于前几道钻孔和吊装工序中，留下水泥浆和土壤的混合物有足够的再混合时间。然而，太多的混合时间，会影响施工效率，适宜的再拌时间为每组20～40次水泥土点。

3 水泥搅拌桩施工技术

3.1 施工技术要点

①建设项目管理团队设专人负责水泥柱施工，监督水泥搅拌桩施工全过程。现场所有施工机械必须编号，现场负责人、司钻工、技术员、水泥搅拌桩长、水泥搅拌桩距离必须做标志，悬挂醒目位置，确保所有工人按职责到位，责任到人。②机身找平通过钻锤对准进行控制，以验证钻杆是否垂直。根据规范，1%为桩垂直缺失、 桩机集中、桩位误差不大于5cm的最低控制标准。开挖不能用7d后现浇桩开挖，禁止使用机器开挖。桩头布置小心，不能使用重打孔，桩头应找平，必须比底桩高2～3cm。③为确保水泥浆能到达桩底，当桩头钻入设计深度时，必须留出一定的保留时间（约2～3min）。如果机具沉入搅拌机时抗土性较大，应增加搅拌机自重，启动水增压系统加压，或注入浆液时搅拌钻孔。④在施工过程中，必须随时检查水泥含量、桩长、复杂桨长。工人应检查是否有异常情况，并记录处理方法和措施。⑤在制桩过程中，必须保证桩在喷水泥时能吊装，并能连续运行。如果气温高，泥浆流动性不好，喷雾空气压力大，单位桩长喷射量大，需要疏浚灰色罐进水阀，便于批量加压。如出现 碎浆，需及时提供尺寸，重叠长度应大于0.5m。⑥水泥搅拌桩施工完成后，需进行质量检查。桩开挖深度为500mm，搅拌桩均匀度为目测，测量桩直径，检查比例为10%。搅拌桩长度的衍生值应不大于5cm，钻杆倾斜度应小于1.5%。

为确保水泥搅拌桩施工质量，要重视搅拌桩强度的控制。为避免出现搅拌桩强度不均匀的情况，在施工中既要保证各类机械设备正常运行，也要控制钻头提升的速度，应保证其处于匀速状态。同时，要充分了解和掌握软土地基各层的密度情况，并严格控制施工材料质量及浆液浓度，从而提升水泥搅拌桩的强度。另外，为了避免出现断桩的问题，质量不合格的施工材料应严禁使用，且需要根据成桩试验结果及实际情况，加强各项技术参数的控制，为保证施工质量，也需要定期对钻头进行检查，如果发现有磨损情况，应及时更换钻头，同时在具体的操作过程中严格控制钻头钻进的速度和提升速度。

3.2 智能化施工技术要点

水泥搅拌桩智能化施工技术是根据长期实践经验和施工需求，持续完善设计环节存在问题，有效解决传统设计工艺中隐藏的缺陷，有力地保障了软基处理工程质量，大大提升工程管理水平。所有原始施工数据实现全程实时记录、不可更改，有效克服传统人为管理方式缺点，为数据固定和可追溯创造有利条件，有效解决水泥搅拌桩施工中存在的偷工减料顽疾和管理漏洞。

水泥搅拌桩施工应进行施工全过程的信息化管理。智能监控设备和智能监控系统组成的系统，安装调试合格后应进行验收，验收合格后方能使用。通过智能监控设备实现施工过程数据实时采集上传，对地基处理过程中的一些参数实时监测并上传到云服务器进行分析处理，实现地基桩基处理过程信息化管控，提高地基处理桩基施工的质量控制水平。应用智能监控系统，实现数据实时监控、预警和分析。智能监控系统应具有数据实时上传、数据可追溯、施工质量评价、预警等功能。在施工全过程中应确保系统使用的连续性；智能监控设备出现故障、数据不能实时上传或智能监控系统出现异常时，应暂停水泥搅拌桩施工。

智能化系统实时监测参数应包括搅拌深度、喷灰压力、喷灰量、段灰量、总灰量、钻进/提升速度、钻杆电流、钻杆前后/左右倾角、成桩时间等。智能监控设备应具有实时记录数据和现场打印功能；现场打印施工记录与智能监控系统数据应一致。智能监控设备单条实时数据上传频率≤5s，段数据单次上传频率≤0.25m。成桩设备、智能监控设备应当每2个月或每施工2万延米进行校准。

4 结束语

水泥搅拌桩施工技术是目前处理软土地基较好的技术之一，但在实施过程中仍需要采取相应的工艺控制措施，特别是输浆性能、钻孔的效率、搅拌转轴速度和再搅拌时间等，以保证混凝土搅拌桩对软土地基的施工效率和工程质量。