水泥搅拌桩在软基处理中的应用

水泥搅拌桩在软基处理中的应用

周豪

周豪

汕头市水政监察支队广东汕头515041

摘要:水泥搅拌桩目前已被广泛地应用于软土地基处理，它对提高软土地基承载力、减少地基的沉降量有明显效果，但在不同地区处理效果却差别较大。本文针对上世纪末以来我市水闸建设使用搅拌水泥喷粉（浆）技术处理软弱地基，改善地基承载力产生的效果和存在问题，从成桩工艺、施工质量控制技术、检测试验效果判断、改进措施等方面进行分析和总结，提出几点认识与建议，供应用中参考。

关键词：水泥搅拌桩；成桩工艺；施工控制；质量检测；水闸工程

1水泥土搅拌法的原理和特性

水泥搅拌桩是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械设备，将固化剂灌入需处理的软土地层内，并在灌注过程中上下搅拌均匀，通过固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应，硬结成具有整体性、稳定性和有一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量，达到提高其复合地基承载力的目的。这种方法适用于软弱地基的处理，对于淤泥质土、粉质粘土及饱和性土等软土地基的处理效果显著，可用于增加软基的承载力,减少沉降量,也可用于地下、土坝中连续的防渗墙结构。它具有施工速度快、适应性广、承载力高、防渗性能好、施工时无振动、无躁音、对周围环境及建筑物无不良影响、投资也省的特点，它的投资大约仅是预制桩方案的三分之一,灌注桩方案的五分之二左右。

2施工工艺及适用性

2.1水泥搅拌桩按灌注的是浆液还是粉体,也可分为干法与湿法。施工方法分为喷粉和喷浆两种方法。喷粉型搅拌法是通过专用的粉体搅拌机械，用压缩空气将水泥粉均匀的喷入所需加固的软土地基中，凭借钻头翼片的旋转搅拌使水泥粉和软土充分混合，形成水泥土搅拌桩。喷粉搅拌桩一般早期强度较高、承载较高，但匀质性较差；喷浆一般早期强度较低，但匀质性较好。

2.2粉喷桩的施工一般采用“空钻—上提（喷粉）—全桩复搅”的双循环工艺，具体施工工艺流程见以下图示：

2.3喷浆型水泥搅拌桩施工工艺一般采用二次喷浆，四次搅拌，具体步骤如下：（1）定位放线、搅拌桩机就位对中；（2）水泥浆液配置；（3）喷浆搅拌下沉至设计加固深度；（4）提升搅拌到设计加固范围的顶面标高；（5）重复喷浆下沉至设计加固深度；（6）重复上提到设计加固范围的顶面标高；（7）成桩；（8）验收。

2.4利用水泥作为固化剂的水泥搅拌桩，水泥土中掺入的水泥可采用不同品种和标号，工程中采用425号普通硅酸盐水泥和矿渣水泥较多;水泥掺入比（重量比）可根据加固土的性质及单桩承载力要求确定，一般在15%～20%之间，且不能低于55.0Kg/m。在高含水量软基中采用深层搅拌桩处理，从降低地基含水量考虑，常常选用喷粉法施工。而当采用喷粉法出现沉桩问题时，改用在水泥浆液中加入适量的早强剂喷浆法施工来解决沉桩问题。当地基土的天然含水量小于30％(黄土含水量小于25％)大于70％或地下水的pH值小于4时不宜采用喷粉法施工。用于处理泥炭土、有机质土塑性指数Ip大于25的黏土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，必须通过现场试验确定其适用性。

3水泥搅拌桩施工质量控制技术

3.1室内配比试验

搅拌桩处理软基效果如何，很大程度上取决于配比的选择是否适合当地工程地质条件。在施工前就必须根据设计地质资料，按有关规范要求做室内配比试验（包括地基软土的含水率、有机质试验和水泥土配比试验），以复核其设计强度指标。

3.2工艺性试桩

根据室内配比进行工艺性试桩，试桩的目的提供满足设计喷粉（浆）量的各种操作参数，如喷粉型搅拌法确定管道压力、灰罐压力、钻机提升速度、喷粉机转速以及复搅深度等；喷浆型搅拌法确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数。验证水泥加固料的搅拌均匀程度及成桩直径，了解下钻及提升的阻力情况，并采取相应的措施，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。试桩检验可采取7天后直接开挖取出，或至少14天后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度，现场质量检测，28d取芯强度。条件允许时可进行单桩承载力及复合地基承载力试验。

3.3施工质量控制

水泥搅拌桩的制桩质量的优劣关系到地基加固的成效。其关键是首先控制水泥等材料的质量，其次由于搅拌桩施工系连续施工成桩，过程控制尤为重要，控制好喷浆（灰）量与搅拌均匀程度是保证桩身质量的重点。因此，要严格按要求控制喷浆（灰）及提升速度，以保证加固范围内每一深度均得到充分拌和。严禁发生冒浆或同心转等现象，这两种现象都对桩身质量有严重的危害，必须设法克服。搅拌桩工程属地下隐蔽工程，施工过程中监理人员应旁站进行桩位控制、桩长控制、垂直度控制、喷灰量控制、复搅长度控制、喷粉复搅速度控制、桩径控制。

3.4质量检测

搅拌桩按照设计施工技术参数进行施工，是否能够达到设计质量要求必须通过最终质量检测进行确定，质量检测的方式一般采用轻便触探法、钻孔取芯法、复合地基静载试验。其中静载试验法是在现场直接通过加载检测单桩及复合地基承载力的方法，用该法检测的结果最能反映单桩和复合地基的实际承载力，但它不能提供桩身质量的完整性、均匀性、连续性的完整信息，更不能定量定位，且由于测试费用高，每个工程只能抽检很少数量，也就不能对搅拌桩的施工质量作出全面的评价，仅对承载力有怀疑的单桩或复合地基而言，目前静载试验法是最权威的检测方法，但要对搅拌桩的施工质量作出全面评价，还须用钻孔取芯法等其它的检测方法与之配合和补充。

4水泥搅拌桩应用中存在的问题

由于搅拌桩施工量大面广，属隐蔽工程，桩机钻头升降与供料系统非联动操作，施工监控系统不完善，施工机具无法自动地、准确地控制搅拌桩施工质量，加上堵管等影响，单位桩长的供浆（灰）量不准确，常常造成沿桩身方向强度的差异过大，抽芯检测资料中发现不少桩身的芯样不能成型，尤其超长桩受设备的制造水平制约及施工质量控制的难度增大，这些都是导致搅拌桩处理软基失效或处理效果不好的主要原因。此外搅拌桩存在桩身水泥土固结时间较长，工期控制矛盾突出，纯淤泥深基础处理工后沉降变形较大的情况。因此，如何对搅拌桩施工质量进行检测，实施搅拌桩施工过程中质量的有效控制，是软基处理工程迫切需要解决的问题。

5工程实例

实践证明，在我国的一些沿海区域（如汕头）或者是江河湖泊等建设水闸的时候，由于这些地方的土质一般是淤泥或者具有高压缩性的淤泥，它们的厚度不均匀，且承载能力很差，强度低，通过采取水泥搅拌桩的处理方法，效果明显。笔者这里以汕头市澄海区外砂桥闸重建工程为例。外砂桥闸位于韩江下游西溪支流外砂河中部，是一宗集供水、防洪、挡潮御咸、灌溉、发电、交通、航运等综合效益为一体的大（二）型水利工程。工程闸址位于韩江三角洲前缘，按照本工程设计提供的工程地质资料显示，基础处理的土层主要为流塑淤泥及软塑淤泥质土，少量砂性土，含水量在40%左右，20米深度以上土体主要为淤泥及淤泥质土。水闸采用原址重建，经基础处理方案比选，最终确定水闸、水电站、洲心岛和两岸堤围护岸工程基础均采用粉喷桩加固处理及防渗围护，桩径D500mm，工程各部位桩基布置不同。粉喷桩施工量15107根，加固桩总长297937米，含空桩22614米。其中：16米以上长度的粉喷桩占总桩数的90%，20米以上超长粉喷桩占总桩数的50%，最长达23.6米。施工过程中曾出现施工质量不高的现象，在对这些现象进行分析的基础上，各参建单位工程技术人员进行反复研究、试验，通过加强施工过程的质量管理和质量控制，采取对成桩工艺改进，在整个制桩过程中,确保搅拌、喷粉、提升的三连续作业,如遇堵粉、断粉或喷粉量不足等问题及时采取补喷措施,补喷重叠长度不得小于1米。同时为保证单桩喷粉量满足设计要求,严格控制搅拌提升速度均匀和喷粉压力的变化，18米以内桩长采用一次复搅方式，18米以上桩长采用分段复搅方式，并对施工设备进行改造更新，成功地解决了在淤泥质土施工超长粉喷桩的技术问题，最终取得了良好的施工效果。工程2006年1月17日完工验收，沉降观测结果，东闸最大沉降14㎜，西闸最大沉降9㎜，电站最大沉降8㎜，全部在设计允许范围内，现已经过十多年的运行使用，运行管理单位对工程的评价良好。