基于水泥搅拌桩加固的路基质量管理

摘要 文章基于某高速公路软土路基加固工程，制定了水泥搅拌桩的具体施工方案与质量控制措施，并通过施工现场路基沉降监测检验了水泥搅拌桩的加固效果，主要研究结果如下：（1）在相同搅拌桩轴转速的条件下，现场单桩静载强度与水泥掺入比整体成正相关关系；在相同水泥掺入比的条件下，试验桩抽芯样本的无侧限抗压强度与搅拌桩轴转速整体成正相关关系。（2）结合抽芯无侧限抗压强度试验和现场单桩静载强度试验的结果，在满足水泥搅拌桩桩体强度要求的条件下，将水泥掺入比设置为18%，搅拌桩轴转速设置为40 r/min，可以最大程度地节省施工成本。（3）填筑结束时桩顶与桩间土最终的沉降量差值为3.3 mm，差异性不显著，表明水泥搅拌桩对地基整体实现了较好的加固效果。

关键词 水泥搅拌桩；路基加固；质量管理；沉降监测

中图分类号 U418.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2025）02-0123-03

0 引言

在城市道路建设中，经常会遭遇多样化的地质环境，特别是软土地基的情况屡见不鲜。软土因其特有的物理力学特性，对道路建设的各个环节提出了严峻的技术挑战。水泥搅拌桩技术因其操作简便、效果卓越、经济实惠且环保等特点，在软土区域的施工中广泛应用[1-4]。目前已经开展了许多关于水泥搅拌桩加固软基的研究，张家欣[5]基于县道335康美复线一期工程，借助有限元软件模拟了复合地基模型，详细分析了桩土接触面的摩擦系数、含砂量、地表荷载等因素对复合地基沉降、桩身附加应力等的影响机制。王丽萍[6]聚焦于某高速公路工程，深入探讨了软土地基处理中水泥搅拌桩的加固技术，制定了详细的水泥搅拌桩施工方案，并在施工后采用静力触探、钻孔取芯和低应变动测等手段进行了质量检测，全面评估了桩体的强度、均匀性和桩长，旨在为水泥搅拌桩质量检测方法的优化提供有力支持。

该文聚焦于水泥搅拌桩的施工技术，深入剖析其施工过程中的关键技术环节和质量控制策略，以期对水泥搅拌桩的设计和施工提供更为精准的指导和参考。

1 水泥搅拌桩施工

1.1 工程背景

该文基于某高速公路工程展开研究。高速公路接线段全长近21.3 km，起止桩号为K140+860～K160+713。其中，软土路段集中在K149+503～K152+506和K155+818～K159+352，主要组成为淤泥质粉质黏土和粉砂。

1.2 工艺流程

该工程水泥搅拌桩的施工流程如图1所示。

1.3 注意事项

在施工过程中，需要特别关注以下几个关键步骤，以确保施工的顺利推进。

（1）当进行定位下沉时，应严格参照施工图表，确定沉桩点的位置，并使用临时桩进行标记，以确保搅拌机准确地在预定的图示地点进行沉桩操作。

（2）施工前应预先搅拌水泥浆，根据图纸和具体施工要求，按照预定的配比调配所需的水泥浆，然后将其注入容器进行存放，以便后续使用。

（3）在固定搅拌机的过程中，务必确保搅拌桩机器的倾斜角度小于1%，以保证施工的稳定性和安全性。

（4）为了提高施工效率，节约时间成本，在保证搅拌足够充分的条件下，可以适当提高喷浆搅拌的速度并调整其下降深度。

（5）在搅拌过程中，应全面且多角度地进行搅拌，确保土和浆液能够充分混合，以达到理想的黏合状态，提高施工质量。

（6）施工完成后，应加注开水对灰浆泵进行彻底清洗，去除集料器在使用过程中因反复使用而积累的污垢。清洗完成后再将设备移动到下一个施工柱位，准备进行下一阶段的施工。

2 加固质量控制研究

2.1 工艺性试桩方案

试桩工作通过对地质资料的再核查，以及对施工设备、工艺及操作流程适用性的全面评估，验证设计方案中的水泥搅拌桩是否满足工程所需的承载力和沉降标准，以确定搅拌机最优的钻进提升速度、轴转速、搅拌遍数和水泥掺入比，进而提升桩体整体强度，增强加固效果。因此，试桩工作在施工过程中是不可忽视的关键环节。

该项目采用三角梅花形布局设置现场的水泥搅拌桩，并选取42.5级的普通硅酸盐水泥作为材料，桩径取0.5 m，桩长度取15 m，桩间距设置为1.1 m。在试桩的过程中，设置12%、15%、18%、20%四种水泥掺入比，并在各水泥掺入比条件下设置30 r/min、40 r/min、50 r/min三种不同的搅拌桩轴转速，进行试验桩的成桩操作，以探究不同水泥掺入比和搅拌桩轴转速对成桩质量的影响。在试验桩施工结束28 d后，对采用30 r/min和50 r/min轴转速进行成桩的试验桩，开展抽芯样本的无侧限抗压强度试验；对采用40 r/min轴转速进行成桩的试验桩，开展现场单桩的静载强度试验。

2.2 结果分析

根据试验结果绘制的无侧限抗压强度与水泥掺入比的关系曲线如图2所示，静载强度与水泥掺入比的关系曲线如图3所示。根据施工方案，抽芯样本无侧限抗压强度的设计值为0.9 MPa，而现场单桩静载强度的设计值为96 kN。

从图2可以看出，在搅拌桩轴转速分别为30 r/min和50 r/min的条件下，不同水泥掺入比试验桩的无侧限抗压强度均大于设计值0.9 MPa。在相同水泥掺入比条件下，试验桩抽芯样本的无侧限抗压强度与搅拌桩轴转速整体成正相关关系，并且低转速条件下的关系曲线表现出更强的线性特征。这主要原因是地基土块在高转速条件下被切削成更细小均匀的颗粒，使得水泥浆液与土体混合得更加充分，从而提升了桩体的整体强度。

从图3可以看出，在相同搅拌桩轴转速的条件下，现场单桩静载强度与水泥掺入比整体成正相关关系，当水泥掺入比大于18%时，现场单桩的静载强度值大于设计值96 kN，满足设计要求。这主要原因是随着水泥掺入比的提升，桩体单位体积内的水泥含量也随之增加，固化反应更加充分，所形成的结构也更加紧密，减少了强度的离散性，提升了整体的固化程度，从而显著强化了水泥土中的固化效果。

综合前文所述，各搅拌桩轴转速均满足无侧限抗压强度的设计值，但水泥掺入比需达到18%才能满足静载强度要求，因此在符合施工要求的条件下，为了尽量降低施工的经济成本与时间成本，该工程采用18%的水泥掺入比，搅拌桩轴转速设置为40 r/min。

3 室内含水率与强度关系试验

在18%水泥掺入比的条件下，制作9个含水率分别为30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%的水泥土试块，养护28d后进行室内无侧限抗压强度试验。水泥土试块的强度与含水率的关系曲线如图4所示。

从图4可以看出，在含水率不超过35%时，随着含水率的上升，水泥土试块的无侧限抗压强度有小幅增加；当含水率超过35%后，水泥土试块的无侧限抗压强度与含水率整体成负相关关系，曲线类似反比例函数，下降速率在含水率为40%～50%的范围内达到最大值；当含水率超过55%后，下降速率逐渐趋于平稳。

4 路基沉降现场监测

施工现场监测到的地基表面沉降值，可以直观地体现复合地基路堤土体的形变特性及其整体稳定性，并可以用其预测工程完工后的沉降演变趋势。此外，施工过程中路堤的填筑速度也可以基于这些沉降数据进行调整，从而进一步保证施工质量。因此，为了验证该施工质量控制方案的效果，在 K150+500处设置观测断面，对填筑过程中的地基沉降进行实时监测。

4.1 监测方法

为了保证监测数据的准确性，将沉降板埋设于路基中心线处的桩顶及桩间土上。在安置前，先在钢板下方铺设一层均匀厚度的细砂，并在砂垫层上进行适当的压实和揉搓，以确保底座与砂垫层的紧密贴合。在埋设过程中，需要注意沉降杆的垂直度，确保其在安装时保持铅直状态。同时，为防止钢底板出现局部悬空现象，应特别注意沉降板底座的水平稳定性。沉降板埋设完毕后，应迅速进行土体的回填与压实工作，确保地基结构的稳固性。

若监测到异常情况，应立即暂停施工，并加大观测频率，直至该段落稳定为止，确保施工安全与质量。

4.2 监测结果

路基中心处桩顶与桩间土的沉降量随填土高度和时间的变化曲线如图5所示。

由图5可知，桩顶与桩间土的沉降量随时间推进均呈现增长趋势。在填筑的前中阶段，两者的沉降规律表现出高度的一致性，沉降量无明显差异。在填筑后期，桩顶与桩间土的沉降量逐渐趋于稳定，桩顶的沉降量达到128.1 mm，而桩间土沉降量则达到131.4 mm。当地基上部的荷载达到一定值后，桩间土与桩顶之间的沉降值逐渐呈现出较明显差异，填筑结束时最终的差值为3.3 mm。从整体来看，水泥搅拌桩对地基的加固实现了较好的效果。

5 结语

该文基于某高速公路软土路基加固工程，制定了水泥搅拌桩的施工工艺与质量控制措施，确定了最优施工方案，并通过路基沉降监测验证了实际的加固效果，主要研究结果如下：

（1）在相同搅拌桩轴转速的条件下，现场单桩静载强度与水泥掺入比整体成正相关关系；在相同水泥掺入比的条件下，试验桩抽芯样本的无侧限抗压强度与搅拌桩轴转速整体成正相关关系。

（2）通过抽芯无侧限抗压强度试验和现场单桩静载强度试验，在满足桩体强度要求的情况下，得到的最优水泥掺入比为18%，最优搅拌桩轴转速为40 r/min。该施工方案不仅满足工程实际对现场施工工艺的要求，还能提高工程的经济性。

（3）在填筑后期，桩顶的沉降量稳定在128.1 mm，桩间土沉降量稳定在131.4 mm，沉降量差值为3.3 mm，差异性不显著，水泥搅拌桩对地基的整体加固质量良好。

参考文献

[1]尹晓桐，黄勇.水泥搅拌桩桩间距对桩身承载性能的影响[J].工程建设， 2024（3）：39-43.

[2]杨丽君，赵叶江.水泥搅拌桩复合地基承载特性及沉降变形因素研究[J].黑龙江科学， 2024（4）：80-83.

[3]沈键.水泥搅拌桩处治软土地基沉降规律分析[J].辽宁省交通高等专科学校学报， 2024（1）：21-24.

[4]赵子龙.公路软土路基处理中的水泥搅拌桩施工工艺及质量控制措施研究[J].工程技术研究， 2024（1）：63-65.

[5]张家欣.软土地基环境下水泥搅拌桩复合地基承载力特性分析[J].福建交通科技， 2024（4）：37-40.

[6]王丽萍.高速公路水泥搅拌桩质量检测与评价方法[J].交通世界， 2024，（10）：110-113.