【摘 要】在公路工程施工中遇到软土地基往往是不可避免的，水泥搅拌桩是用于处理公路软基的一种技术。本文结合工程实例，介绍了水泥搅拌桩在公路软土路基处理中的应用原理,阐述了软基处理中水泥搅拌桩技术施工工艺流程,并重点对施工质量检测及加固效果进行细致论述，最后总结了施工中应注意的事项，旨在为水泥搅拌桩在公路软基处理设计中的应用提供参考依据。
【关键词】公路建设；软基处理；水泥搅拌桩；施工技术；加固效果
软土地基是指在滨海、湖泊、谷底、河滩、沼泽上沉积的天然含水量高、空隙比大、压缩性强、抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态的细粒土。为了保证公路路基稳定性就必须先对软基固结处理。当今，随着我国公路实施工程的高速发展，越来越多的新技术，新工艺被应用到施工过程中，为公路交通事业的发展提供了保障。其中，水泥搅拌桩就是进行公路软基处理的一种有效施工工艺。但水泥搅拌桩施工环节较多，施工质量难以保证，如何有效地控制水泥搅拌桩的施工质量，确保软基处理的效果是我们在工程实践中探索的一个课题。
1 水泥搅拌桩简介
水泥搅拌桩是用于加固饱和软粘土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械将原状土和水泥等强行搅拌，利用固化剂和软土之间产生的一系列物理——化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和强度可达1000kPa以上的优质地基。
2 工程概况
某公路主干线工程，实验段采源范围内的区间段经勘测主要地质条件为亚粘土4m，粉细砂4～7m，淤泥质亚粘土8～17.5m，中粗砂层在17.5m以下。软土路基采用水泥搅拌桩处理，桩径50cm，四边形布置，间距1.1m，处理深度16m。
3 水泥搅拌桩施工
根据本工程的地质条件，施工时采用PH－5B型的深层搅拌机，本段搅拌桩最深13m，本部搅拌机机架改装后长达23m，可施工桩长达18m。水泥浆制备系统包括灰浆搅拌机、灰浆泵、集料斗、计量设备。起重机选用10t以上，起重高度大于18m。为保证深层搅拌机垂直沉入土中和扭转，设置了有钢管焊接制作的导向模杆。为保证土中固化剂的掺量，起重机中有控制提升速度的设备。材料采用42.5R普通硅酸盐水泥，设计28天无侧限抗压强度值＞0.8Mpa。
(1)场地平整:场地平整采用挖掘机开挖，自卸车运输，把路基内非适用性材料挖除到路基外或运到一起作为路基堆载土集中存放，路基施工场地内用粗砂回填30cm，平整压实；
(2)测量放样:根据图纸设计要求填在软基处理段水泥搅拌桩范围内，按设计图纸测定桩位，并以白灰或打设竹、木桩做标识，按测放的桩位移机就位、调平，施工中应保持搅拌机底盘水平和导向架垂直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位放线定位偏差不得大于20～50mm；
(3)预搅下沉至设计加固深度；
(4)边喷浆、边搅拌提升直至预定的停浆面；
(5)重复搅拌下沉至设计加固深度；
(6)根据设计要求，喷浆或仅搅拌提升直至预定的停浆面；
(7)关闭搅拌机械。
4 施工质量检测及加固效果
水泥桩属地下隐蔽工程，其质量控制应贯穿在施工的全过程中，施工检查应符合表1规定。
按照《软土地基处理技术规范》的规定，本工程水泥搅拌桩的质量检测可采用预留水泥土试块进行强度检测、Nio检测、动测法、外观开挖、抽芯法和现场静载法进行检测，为保证和检验施工质量，施工完成后对搅拌桩进行地基静载试验和抽芯检测试验。
4.1 复合地基静载试验检测
(1)试验加载装置:试验采用压重平台反力装置。压重平台反力装置作为荷载反力，将大于最大试验荷载的荷重在试验开始前一次性加上平台，试验时用油压千斤顶分级加载。承压板为正方形，尺寸为1.02m×1.02m，面积为1.04m2。
(2)要求试验荷载:复合地基承载力标准值120kPa，试验荷载249.6kN。试验加载采用维持荷载法，每级加载为要求最大试验荷载的1/8，每加一级荷载前后均各读记承压板沉降量一次，以后每半小时读记一次。当1h内垂直变形增量小于0.lmm时，即可加下一级荷载；当加载量大于设计要求值后，1h内垂直变形小于0.2mm即可加下一级荷载。
(3)沉降观测:在压板四角装设4个百分表，按规定时间测定沉降量，百分表精度为0.01mm。
(4)检测结论:试验加载到249.6kN时，总沉降量为12.26mm，在加载过程中Q－S曲线平缓，线形没有突变；s－lgt曲线程平行排列，没有发生弯曲或断裂。综合分析，该检测点的承载力大于120.0kPa。
4.2 抽芯检测试验
(1)检测仪器设备:本次钻孔抽芯检测采用北京探矿厂生产的XY－1型油压钻机，以直径110mm合金钻头单管钻具。
(2)质量评判:根据桩长、桩径是否满足设计要求、喷浆是否均匀以及有无断浆现象，复搅段芯样的完整性。桩身上、中、下段强度是否满足设计要求，所取芯样的柱状加块片状取芯率，将水泥土搅拌桩质量划分为三类:
Ⅰ类桩:桩长、桩径满足设计要求，整体喷浆均匀，无断浆现象，复搅段芯样完整且连续，呈柱状(最小长度应大于10cm)，复搅段以下能取出完整的柱状芯样；桩身上、中、下段强度均满足设计要求；所取芯样的柱状加块片状取芯率大于80%。
Ⅱ类桩:桩长、桩径满足设计要求，整桩喷浆局部不均匀，但无断浆现象，复搅段的芯样大部分完整，呈现柱状，可制成等高试件做无侧限抗压强度试验，局部松散呈块片状，复搅段以下能取出芯样，芯样不完整，呈可塑状；复搅段强度满足设计要求，复搅段以下有一定的强度，所取芯样的柱状加块片状取芯率大于65%；当取芯率小于65%时，标贯击数须大于设计要求。
Ⅲ类桩:桩长达不到设计要求:桩体喷浆不均匀，有断浆现象；复搅段的芯样松散无粘聚，大部分呈块片状，不能制成等高试件；复搅段以下呈软塑或取不出芯样；所取芯样的柱状加块片状取芯率小于65%，且标贯击数小于设计要求。
其中:Ⅰ类桩为优良桩，Ⅱ类桩为合格桩，Ⅲ类桩为不合格桩。
检测结果:按照要求本次钻芯检测9根桩，钻芯总进尺133.55m，桩身进尺116.95m，实取芯样长102.47m，桩身部分平均取芯率为88%，9根桩共取芯样18块做抗压试验，抗压强度范围值为1.02～4.47MPa，平均抗压强度值为2.39MPa，水泥土结石占桩长33%～80%，平均值为63%，水泥土做标贯试验9次，标准贯入击数为27－36击，平均值为32击，桩端持力层均为粘土层。
根据质量评定标准，共8根桩评为Ⅰ类桩；共1根桩评为Ⅱ类桩；综合来看，检测的结果是符合设计规范要求的，加固效果良好。
5 施工注意事项
针对施工地段的工程地质条件，首先打设一定数量的工艺性质桩，以确定泵送时间、搅拌机提升速度、复搅深度和水泥浆水灰比等各种施工参数和施工工艺。
施工前经过试桩，成桩质量比较低，在搅拌过程中造成堵管、桩端强度不够以及部分桩体在规定时间内未达到设计强度。经过分析原因，逐项解决施工中出现的问题；预搅下沉速度由电流监测表控制，工作电流不应高于额定值；当钻杆进入淤泥质土层，电流明显增大时，开始慢慢提钻喷浆。有时由于深度大，土质粘，造成堵管，应予以疏通，同时注意所使用的水泥应过筛，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。疏通管道后，应在上下各1m的范围内复喷复搅，以防断桩。为了加强桩顶强度，必须确保最后一次喷浆后全桩长上下至少再重复搅拌一次，所有桩都要在设计桩顶上3m范围内复搅。
拌制水泥浆液的罐数、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录；喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。由于搅拌机械通常采用定量泵输送水泥浆，转速大多又是恒定的，因此灌入地基中的水泥量完全取决于搅拌机喷浆的提升速度和复喷次数，施工过程中不能随意变更，并应保证水泥浆能定量不间断供应。采用自动记录是为了最大程度地降低人为因素影响施工质量，目前市售的记录仪必须有国家计量部门的认证，严禁采用自制的记录仪。由于固化剂从灰浆泵到达搅拌机械的出浆口需通过较长的输浆管，必须考虑水泥浆到达桩端的泵送时间，一般可通过试桩确定其输送时间。
搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求，并应有专人记录。搅拌桩施工记录是检查搅拌桩施工质量和判明事故原因的基本依据，因此对每一延长米的施工情况均应如实及时记录，不得事后回忆补记。施工中要随时检查自动计量装置的制桩记录，对每根桩的水泥用量、成桩过程(下沉、喷浆提升和复搅等时间)进行详细检查，对照标准施工工艺，对每根桩进行质量评定。
搅拌机预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。试验表明，当土层的含水量增加，水泥土的强度会降低。但考虑到搅拌桩设计中一般是按下部最软的土层来确定水泥掺量的，因此只要表层的硬土经加水搅拌后的强度不低于下部软土加固后的强度，也是能满足设计要求的。
在成桩过程中，由于电压过低或其它原因造成停机使成桩工艺中断时，应将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m处，等恢复供浆时再喷浆提升继续制桩；凡中途停止输浆3h以上者，将会使水泥浆在整个输浆管路中凝固，因此必须排清全部水泥浆，清洗管路。
在桩座底，当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头，以确保搅拌桩底与土体充分搅拌均匀，使浆液完全达到桩端，达到较高的强度，然后喷浆搅拌提升，喷浆提升速度不宜大于5m/min。搅拌完成后，向集料斗中注入清水，开启灰浆泵，清洗全部管道中残存的水泥浆，保持干净，以防止管道被水泥堵塞。
通过对水泥搅拌桩施工质量的有效控制，熟悉并掌握了水泥搅拌桩的施工工艺，丰富了在软基处理方面的经验积累。通过试桩，解决了在试桩过程中遇到的一系列问题，见表2。
钻头滞留时间不精确 根据测算，停留时间为30s，水泥浆管道流动时按6s/m计算水泥搅拌桩最大限度地利用了原土，搅拌时无振动、无噪音、无污染，可在密集建筑群中进行施工，对周围原有建筑物及周围居民影响很小，水泥土桩的强度和刚度是介于柔性桩和刚性桩间的一种半刚性桩，它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立，在轴向力作用下又有一定的压缩性，但其承载性能又与刚性桩相似，因此在设计时可仅在上部结构基础范围内布桩，不必像柔性桩及散体材料桩一样需在基础外设置护桩。与钢筋混凝土桩地基相比，可节约钢材并降低造价。
6 结束语
综上所述，水泥搅拌桩是公路工程软基处理中的重要技术，具有明显提高软土地基承载力及施工速度快等优势。为最大程度发挥该技术的作用，在具体工作中，施工单位必须不断提高施工技术水平，规范施工工艺，只有这样才能提升公路工程的整体质量。同时，我们也要对水泥搅拌的技术进行进一步创新和发展，使其更好地为公路建设工程施工提供优质服务。
参考文献:
[1]陈奎军,颜忠平,陈莉苹.水泥搅拌桩在高速公路软土地基处理中的应用[J].路基工程,2007(5):118-120.
[2]董艳，徐伟.浅谈水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用[J].江西公路科技,2015(2):28-29
[3]魏堃，苌丁立.浅析水泥搅拌桩技术在公路工程软基处理中的应用[J].建筑工程技术与设计,2015(23)78-79
论文作者:张建彬
论文发表刊物:《低碳地产》2016年7月第14期
论文发表时间:2016/11/9
标签：水泥论文; 水泥浆论文; 柱状论文; 强度论文; 荷载论文; 搅拌机论文; 固化剂论文; 《低碳地产》2016年7月第14期论文;