广东省第四建筑工程有限公司
摘要：水泥搅拌桩作为建筑工程地基处理施工常用工艺，广泛应用在淤泥质土、砂性土、粉土和深厚泥炭土等多种饱和粘性软弱地基处理，在分布深厚泥炭土地区中采用大直径水泥搅拌桩施工工艺技术措施，经过多方技术论证，现场不断改良、修正大直径水泥搅拌桩施工技术和成桩要点，形成较具特色的基础工程施工技术，为日后类似工程提供良好的技术参考。
关键词：泥炭土层；大直径搅拌桩；施工技术；研究
一、引言
随着我国建筑工程建设快速向前发展，大量建筑工程兴建，针对不同土质实施的地基基础处理技术水平也得到快速提升。水泥搅拌桩是一种针对软基处理效果显著的施工技术，在淤泥、粉土尤其是深厚泥炭土中含水量大，天然密度大，有机质高度饱和粘性大这一类软质土基，其物理、化学性质很不稳定，主要为流塑状态，在这类施工难度大的地质环境中实施施工作业难度大，水泥搅拌桩是这类软基处理中常用技术之一，施工中利用泥炭土自身的特性通过水泥作为固化剂，从而满足软基基础的施工技术要求。
二、深厚泥炭土层基础处理面对的技术难点
1、在深厚泥炭土中通常有机质含量超过10%，甚至部分地区含量超过40%，属于有机质较大的土层，化学性质呈弱酸性，搅拌使用的水泥与土中的有机质产生化学反应效果差，产生强度小，以致搅拌后的泥炭土体无法正常凝固。
2、深厚泥炭土物理特性中天然密度较小、固结时间较长，水泥搅拌桩施工中很容易由于固结速度慢从而造成周边地面下沉，直接影响到周围建筑物稳定和居民的出行安全。
3、注浆压力控制不当时，压力过大容易出现返浆，对周边地下水环境造成污染，压力过小则无法有效把土中包含的有机质置换出来，搅拌的土体不均匀，成桩质量不佳。
三、深厚泥炭土层中大直径水泥搅拌桩工程实例
下面以某工程水泥搅拌桩施工为例，探究在深厚泥炭土中如何实施大直径水泥搅拌桩施工工艺。
1、工程概况
基础施工应用工程建设场地位于沿海某市新能源产业区，基坑开挖深度约11 m，施工前对本工程勘察资料分析，拟建工程场地内普遍分布有软土淤泥或淤泥质土，对这类软土基础通常采用直径500m-600mm单轴水泥搅拌桩，单轴机械动力式CZB-600、DJB-14D、转盘式GPP-5、PH-5G型号，超过800mm的大直径水泥搅拌桩主要为多轴，多轴水泥搅拌桩机械设备比较重，移动位置难，成桩速度比较慢，施工台班费用大。针对本工程施工工期紧，成桩数量比较多和工程成本分析，充分实施桩机市场调查，通过多种技术和性能对比（表1），决定采用1000mm大直径水泥单轴新型水泥搅拌桩进行地基施工作业。
2、大直径水泥土搅拌桩复合地基设计要求
大直径水泥土搅拌桩复合地基主要的设计参数如下：搅拌桩直径采用1000mm；采用湿法施工，固化剂采用425普通硅酸盐水泥，每米水泥掺量不少于250kg，水泥浆水灰比0.5～0.6，桩身90天无侧限抗压强度≥1.5Mpa。外加剂根据现场施工需要以早强、缓凝材料为主，施工作业前进行室内配比试验，最后确定水泥用量、外加剂添加含量。
3、大直径单轴水泥搅拌桩施工工艺实施方案分析
（1）、施工单位组织施工技术力量进行调查研究，分析国内外最新与大直径相关的技术研究资料，与厂家派驻技术人员针对施工中可能遇到的问题进行探讨，厂家派专业技术人员对操作人员实施培训学习。
（2）、施工作业之前，对大直径水泥土搅拌桩进行工艺性试验，试验中记录喷入量、钻头钻进与提升速度等相差参数，实施全面施工前一定要进行试桩，反复调试各种机械参数，选取合适的工艺，参阅设计图纸、勘察报告制定适宜施工方案。
表1 单轴与双轴水泥搅拌桩的对比
（3）、由于工程施工桩径大，数量较多，桩定位必须准确，使用GPS定位对桩位定位测量，保证放线准确率，桩机自身的附带移动行走机械装置，GPS定位仪对桩位施工前后复核。
（4）、设计配合比制备水泥浆，使用比重仪对水泥浆比重进行施工中的随机抽样检测，桩机配置的电脑检测仪，实时记录水泥浆流量，钻入速度、成桩深度、喷浆压力、机杆提升速度，多次实验测试解决喷浆压力稳定性问题。
（5）、根据实际施工需要，配置备用钻头。打桩施工中密切监测钻进速度，发现卡钻过多、钻进困难情况下要对钻头检查，为提高钻头使用和钻进效率，作业前在钻头叶片末端焊接锯齿状U型保护片，使钻头耐久性较大提高。
4、施工前准备工作
（1）、施工现场平整清理桩位周围的地表、地下阻碍物，在低洼部位先回填泥土。
（2）、材料和机械设备：采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥有出厂合格证，使用前送检测机构出具合格报告单，出厂日期不能超过3个月。灰量控制不得超过规定值的±5%，施工机械设置编号，钻机旁边有明显的标牌，标牌上详细显示现场技术负责人、钻机长、施工员、质量员、水泥搅拌桩桩长、水灰比、水泥用量、水用量、桩径、桩间距等数据信息，保证人员配置到位，施工现场质量、安全管理落实到人，现场施工员要详细认真记录施工过程，内容包括：施工每一支桩号、施工日期、现场天气情况、喷浆深度、停浆标高、泥浆泵压力、钻头钻进速度、提升速度、每米喷浆量和外加剂使用量等信息。
（3）、桩径：采用符合规格的钻头，桩径偏差值不能超过设计桩径的4%，即40mm，因桩头磨损导致桩径无法达到设计要求时，应更换桩头或者对桩头叶片加焊钢板，确保桩径满足施工实际要求。
（4）、选择钻头：通过多次与厂家沟通，采用直径1000mm多齿硬质倾角钻头，设有上钻叶和下钻叶，上下钻叶向上倾斜120度夹角，现场在钻头叶片末端焊接锯齿状U型保护片，提高钻进效率和钻头耐久性。灰浆在压力的作用下沿着钻叶倾斜方向运动，靠自重与钻叶倾角可吃土下行，用吊杆控制钻进速度。钻头上的两个喷浆孔设置在上下钻叶中间，上下钻叶相互垂直，使得粉浆均匀，螺纹钻心定心好、阻力小，钻叶设有钻齿，前钻叶钻进后钻叶搅拌，提杆复搅则后钻叶钻进前钻叶搅拌。
现场准备两套钻头作为备用钻，开钻前直接用水冲洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，等待水排放完毕后才可下钻。每次钻进之前及完成钻进任务后对钻头进行检查，主要检查钻头尺寸是否满足要求，钻齿磨损程度，并且要求每钻进1万米必须对钻头进行检修更换。对尺寸偏差超出规定的钻头进行更换以保证施工连续性。
5、大直径搅拌桩施工操作要点及难点
（1）、测量放线
传统使用的全站仪精度高，放线速度较慢，由于本工程施工工期紧，搅拌桩有9642支，技术分析后使用GPS定位仪进行放线，为减少误差使用GPS前把导线点设置转换参数，测量工程师对桩位进行测放，放样过程要注意仪器调平，保证水准气泡居中，桩间距为2000mm、2400mm，桩径1000mm，放线员利用拉线对每个桩位插彩旗标记，定桩位中心线，放线完后再后测量工程师复核无误后再进行打桩。
（2）、桩机定位
桩机有自带步履行走系统进行移动，塔架提升搅拌桩就位，地面不平整时，搅拌桩液压平衡装置保持起吊设备的水平。
（3）、制备水泥浆
本工种采用湿法施工，水泥用量为土体重度20%，水灰比0.5-0.6，固化剂为425普通硅酸盐水泥，每米水泥掺量不少于250kg，拌制水泥浆用比重计测定配制含量并作记录，达到设计要求再灌入储浆池，制备浆池不停搅拌以保持均匀稳定性。桩身90天无侧限抗压强度≥1.5MPa。
（4）、下沉喷浆搅拌
第一次下沉时，喷浆量不超过总浆量的50%，不能带水下钻，第一次下沉钻头时要用低档，搅拌桩沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度小于0.8m/min，工作电流不超过70A，开始进行喷浆搅拌，喷浆压力根据试桩要求和现场情况调整。喷浆过程中，不断搅拌水泥浆。钻进过程中专人负责设备运行正常、地层变化，注意保持桩体垂直度，垂直度允许偏差值1%，垂线长5m，除了利用电脑矫正可以调整垂直度，桩架上焊接直径10cm小圆圈悬挂吊锤，控制吊锤与钻杆前后左右方位距离相等实施控制，垂线接触到铁圈边缘时，垂直度偏差超过指标时，应立即进行调整。
（5）、提升喷浆搅拌、复搅复喷
第一次提钻时，为确保大直径水泥搅拌桩桩顶、桩端头、桩身施工质量，提钻喷浆的时候，喷浆在桩底部至少停留1min磨桩端部，剩余的浆在上提过程中全部喷入桩体，停留30秒进行磨桩头。桩机底部停止喷浆搅拌作业后，反转搅拌提升，保持0.8MPa喷浆压力以0.5m/min速度搅拌提升，喷浆过程中桩机电脑记录喷浆量，提高至标高时再保持原位置30秒，再实施二次复搅复喷，离地500mm时，停止喷浆，边搅动边提升钻杆。
施工现场操作中，发现喷浆量少时，要按施工技术要求进行整支桩复搅，复喷的喷浆量不能少于设计要求的使用量。如因停电、桩机机械故障等原因停止搅拌浆作业，施工员工及时记录好中断的深度，机械停止时间在12h内的进行补喷，补喷重叠段应大于250cm，机械停止时间超过12h的应采取补桩措施。，补喷内容在施工记录中详细反映。此时应将搅拌头下沉至停浆点以下500mm处，等待重新恢复供应浆时，再喷浆搅拌提升；当停止搅拌超过3 h，先拆卸输浆管路，向水泥浆搅拌桶加入清水，并加以清洗管路中残余的水泥浆干净后，并连带附着搅拌头软土冲洗完后再重新实施搅拌浆作业。
四、结语
经过采用国内少见的大直径1000mm水泥搅拌桩机实施软基处理施工工艺后发现，钻头材质采用耐磨合金精铸而成，下钻叶向上倾斜120度夹角利于定心搅拌，使用高压喷射系统，使用精确度更好GPS技术大大提升放线速度，选用的双叶片钻头能确保定心搅拌，水泥搅拌桩成桩质量高，使用合理的成桩工艺降低桩机故障率，桩机附带有自动行走系统方便作业，施工工期缩短了23天提前按照工期完成任务，同等桩机数量情况下，单台桩机完成的产值更高，租赁成本低，经济效益好（表2）。在水泥浆液中掺入适当比例的磷石膏、
表2 深厚软基常用处理方法技术成本比较表
活性强的粉煤灰、石灰、黏土等外加剂，有效地解决深厚泥炭质土地质条件下的单轴搅拌桩施工困难。该工艺具有水泥用量少、成桩质量好、有效解决软土基承载力等特点和优势，具有较好的施工价值和社会效益，值得推广。
参考文献
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[2]莫海岗.浅谈房建工程软土地基的施工技术研究[J].江西建材，2017（10）.
[3]何康华.关于水泥搅拌桩施工质量控制要点分析[J].科技与创新，2016（05）.
论文作者:叶耀松
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/5
标签：水泥论文; 钻头论文; 泥炭论文; 直径论文; 水泥浆论文; 作业论文; 深厚论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;