浅谈水泥土双向搅拌桩的施工

浅谈水泥土双向搅拌桩的施工

龚小龙

武汉市汉阳市政建设集团有限公司，湖北省武汉市，430050

摘要：本文结合连通港渠道整治工程中边坡加固的水泥土双向搅拌桩施工，从技术原理、原料、施工工艺、施工要点等几方面讨论水泥土双向搅拌桩这一当下广泛采用的施工工艺。

关键词：边坡加固  水泥土双向搅拌桩  原料  工艺原理  施工要点

无论是城市建设、公路建设还是其它基础设施的建设，都不可避免地遇到各种软弱地基，而水泥土搅拌桩是利用水泥材料作固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将地基土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和土体之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体，从而达到加固地基的目的。本项目地基处理采用水泥土双向搅拌桩工艺，设计要求水泥土双向搅拌桩采用的水泥强度不低于42.5MPa，桩径0.8m，咬合0.1m。

1、设计要求

1、本工程水泥土双向搅拌桩采用的水泥强度不低于42.5MPa，桩径0.8m，咬合0.1m。     

②、施工前应现在实验室进行配合比试验，水泥土应为水泥与现场淤泥及淤泥质粘土的混合料，水泥土试块在标准养护条件下90d龄期的立方体（边长70.7mm的立方体）抗压强度平均值不低于1.5MPa。

③、施工时应按配合比配置混合料，水泥浆密度暂定为1.7g/cm3,，水泥浆水灰比暂定为0.58.桩体实搅部分参考水泥含量约为18%，即每立方米被搅土体中水泥掺量约310kg；桩体空搅部分参考水泥掺量约8%，即每立方米被搅土体中水泥掺量约138kg。

④、工程施工前要按要求试桩，进行桩身强度检测，试桩合格后方可施工工程桩。

⑤、水泥土双向搅拌桩桩长应满足设计要求，局部区域图层变化可能较大，桩长应缩短或加长。

2、水泥土搅拌桩的加固机理

国内外大量试验及研究表明，软土与水泥深层搅拌加固是基于水泥加固土的物理化学反应。它与混凝土的硬化机理有所不同，混凝土的硬化是水泥在粗填充料中进行水解和水化作用，凝结速度快。而水泥加固土中，由于水泥的掺量少，水泥水解和水化是在一定活性的介质土中进行，土质条件对搅拌桩桩身质量和强度是通过土的物理力学和物理化学性质来影响的，故水泥加固土强度增长和硬化速度比混凝土缓慢且作用复杂。

2.1水泥的水解和水化反应

普通硅酸盐水泥主要是由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等组成，这些不同的氧化物组成了不同的水泥矿物：3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3、CaSO4等。水泥拌入软土后，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成Ca(OH)2、3CaO·2SiO2·3H2O、3CaO·Al2O3·6H2O及3CaO·Fe2O3·6H2O等化合物。其中Ca(OH)2、3CaO·2SiO2·3H2O能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露并与水发生反应，这样周围的水溶液逐渐达到饱和，当溶液达到饱和后，水分子继续深入颗粒内部，但新生成物己不再溶解，只能以分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。CaSO4占水泥含量的3%，它与3CaO·Al2O3一起与水发生反应，生成“水泥杆菌”，使大量自由水以结晶水的形式固定下来，对高含水量软粘土强度的增长有特殊作用。

2.2粘土颗粒与水泥水化物的作用

水泥的水化物生成后，有的自身硬化形成水泥骨架，有的与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。

    1）团粒交换作用。软土作为一个多相散布系，和水结合表现出一般的胶体特征，其表面带有Na+或K+，能和水泥水化生成的Ca2+进行当量吸附交换，另外水泥水化生成的凝胶粒子，其比表面能有强烈的吸附活性，与土团粒进一步结合，形成水泥土团粒结构，并封闭土团间的空隙，使水泥土的强度大大提高。

2）凝结反应。随水泥水化反应的深入，溶液中析出大量Ca2+，在碱性的环境中，当其数量超过离子交换的需要量后，能使组成粘土矿物的大部分SiO2及Al2O3与Ca2+进行化学反应。随着反应的深入，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物。

3）碳化反应。水泥及水化物中游离的Ca(OH)2能吸收水、土和空气中的二氧化碳，发生碳化反应，生产不溶于水的CaCO3，增加了水泥的强度。

3、水泥土搅拌桩强度的影响因素

水泥掺入比及水泥强度等级。水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，水泥土的强度随水泥强度等级的提高而增加。一般，水泥强度等级提高1级，水泥土的强度增加45%～95%。

4、施工方法

4.1技术原理

水泥土双向搅拌桩是通过特制的机械—深层搅拌机，利用同轴双向转动的钻杆以及可自动伸缩的钻头，沿深度方向将软土与固化剂（水泥浆，可参入一定量的外加剂）就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土复合地基。

4.2施工工艺

水泥土双向搅拌桩采用两搅一喷施工工艺，具体施工顺序如下：

1）平整场地

场地已经过平整，且工作面宽度可以保证桩机正常施工。施工前，按设计图纸准确测放轨道轴线，施工要求水源准备充足，电源容量可以达到钻机要求，以便顺利施工。合理布置施工现场，场外的道路须满足可供运进水泥和机具的车辆直达施工现场，平整好材料堆放场地。

2）桩位放样

施工前用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用竹签钉紧，一桩一签，保证桩孔中心移位偏差小于0.2倍桩径。

3）钻机就位

桩机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在50mm以内，成孔垂直度误差小于1.5%；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，保证设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

4）喷浆下沉

启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启灰浆泵向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，直至设计深度，在桩底持续喷浆搅拌持续10秒钟。

5）提升搅拌

关闭灰浆泵，提升搅拌机，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表或桩顶以上50cm。
6)桩顶处理

桩顶1.0—1.5m的范围内进行二次喷浆搅拌，并人工修整，做好养护。

5、质量控制

为了保证施工质量，应根据工艺性试桩确定的各种施工技术参数制定施工要点如下：

1）为保证水泥土搅拌桩的垂直度，首先保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度，控制水泥土搅拌桩的垂直度偏差≤1%，桩位偏差≤5cm。

2）严格控制钻机下钻速度、浆喷深度及浆面，确保喷浆深度和水泥浆液喷入量达到设计要求。如因意外原因导致喷浆中断，必须在很快的时间（3h以内）补喷，重叠喷浆深度应在50cm以上，超过3h应按照规定重新打桩。确保全桩水泥用量不得少于试桩时确定的水泥用量，每米用浆量误差不得大于5%。

3）水泥浆必须按设计的配比进行拌制，保证每根桩所需要的浆液一次单独拌制完成，使用前过筛并在3h内用完。水泥储量不少于一根桩的用量，否则不得进行下一根桩的施工；施工前输浆管路保持潮湿，以利于输浆。

4）双向水泥搅拌桩在地面以下1m范围内应进行二次喷浆搅拌。

5）对输浆管经常检查，不得泄露或堵塞，管道长度不得大于60cm。定期检查钻头，保持钻头直径误差直径误差在（-1）~（+3）cm之间。

6）合理安排桩位施工顺序，以利于整体的成桩质量和软基处理效果。

7）成桩资料应在施工现场打印，每根水泥土搅拌桩施工完成后，应立即打印成桩资料，严禁补打资料。

6、质量检测

（1）检验点应布置在下列部位：具有代表性的桩位、施工中出现异常的情况部位和地基情况复杂，可能对水泥土双向搅拌桩注浆量产生影响的部位；

（2）水泥土双向搅拌桩的竣工检验应在桩体施工90天后进行。边坡水泥土双向搅拌桩桩身强度和均匀性检测：采用双管单动取样器钻取芯样进行无侧限抗压强度试验和标准贯入试验，标贯击数不小于15击。抽检数量为总桩数的0.5%，两种检测方式的数量各位一半。实搅部分体芯样无侧限抗压强度应达到1.0MPa，芯样取芯率不应低于90%。每根桩在连续钻取的全桩长范围内的不同深度和不同土层桩芯上取芯不应少于5点，每点3件试块。现场标贯击数可不进行深度修正。

（3）水泥土双向搅拌桩桩长应满足设计要求，局部区域土层变化可能较大，桩长应缩短或加长。