上海浦发综合养护（集团）有限公司 上海 201399
摘要：水泥搅拌桩是二十世纪末在我国发展起来的地基处理技术。在我国工程技术领域已经被运用了二十多年，它对软弱地基处理的效果显著，施工速度快，无噪音，无污染，造价相对较低。尤其是针对上海地区这种水网密集，软土厚度大的地质特征的路桥工程，其运用的频率非常高。
关键词：水泥搅拌桩、软土地基
1成桩基本原理与适用范围
在当今工程技术高速发展的时代，水泥搅拌桩的技术已经运用的越来越成熟，使用领域也是越来越广泛。在路桥工程中可以称之为普遍。当然在不同的领域水泥搅拌桩的基本原理是相似的。其基本原理是是利用水泥作为固化剂，通过专门的深层搅拌机械一边钻进一边往需要加固的土体中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将水泥与软土和其他固化剂进行强制搅拌，使喷入软土中的水泥和固化剂与软土充分均匀地拌合在一起，经过一系列的物理、化学反应后，形成抗压强度比土强度高得多，具有整体性、水稳性的水泥土桩、柱体，并由这些桩和桩间土共同构成复合地基。该技术适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无地下水的饱和松散砂土等地基。
2水泥搅拌桩的设计
水泥搅拌桩的设计应该符合以下规定：
2.1确定水泥搅拌桩长度
首先要根据上方结构对变形与承载力的要求来确定竖向水泥搅拌桩的长度，确定搅拌桩能否穿透松软的土层达到相对比较高的承载力土层。要求桩长必须超过2m以上的危险滑弧是为了提高水泥搅拌桩的抗滑稳定性。湿法应考虑是否限制了机械性能，对于干法来说加固的深度应小于等于15m。
2.2承载力的特征值
承载力的特征值对于复合地基的竖向水泥搅拌桩来说可以按照规范的公式来进行计算，其值的确定可以通过现场单桩或多桩复合地基的荷载实验，大小应≤180kPa。
2.3设计变掺量
设计变掺量是在竖向承载搅拌桩的桩长超过了10m的情况下，可以对其进行设计。在确保全桩水泥总掺量不发生变化的前提下，在桩身上部三分之一的范围内可以增加搅拌次数以及水泥掺量，对于桩身下部三分之一的范围，可采用减少适当水泥掺量的方法。
2.4设置褥垫层
在竖向承载水泥搅拌桩复合地基的基础和桩之间设置褥垫层，厚度在150-300mm之间，适合在刚性的条件下设置。褥垫层的材料通常选用中粗砂及配砂石等，材料的最大的粒径应≤20mm，压实系数应>0.94。
2.5布置搅拌桩
布置搅拌桩可以通过上部构造的特点，对地基承载力及变形的要求的加固形式进一步对竖向承载搅拌桩进行平面设置。布置搅拌桩可以只在刚性基础的范围内，而对于柔性基础需要通过验算外布桩。对于柱状加固的布桩形式宜采用等边三角形或者正方形。
3水泥搅拌桩加固软土地基的施工工艺
3.1施工场地选择及清理
在正常固结的淤泥与淤泥质土、素填土、泥性土等处理中往往选用水泥搅拌桩技术，一般情况下，如黏性土、粉土等软土地基有机质土与较高含水量的地基承载力标准值在120kPa以下时，也可选用水泥搅拌桩技术进行地基加固。在工程软基处理前应及时平整与清理施工场地。将地面积水在施工前期及时排出，同时要清理出有碍成桩的各种障碍以及各种场内杂物，包括混凝土块、块石、杂草、树根、腐泥、生活垃圾等等。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。若施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层。并确保工程便道的畅通性。
3.2施工前检查搅拌机械
全部钻机开机前，应指派专业操作人员对水泥搅拌桩机械质量进行检测，在确保其质量符合规定的前提下，才能进行开钻施工，应避免堵塞水泥搅拌桩管道等情况的出现，通过详细检查，以确保水泥搅拌桩机械能够正常运行，防止施工过程中出现意外，造成经济损失。主要检测项目包括：安装电脑记录仪器、打印设备是否正常有效工作，以此对水泥浆用量及喷浆情况进行有效控制，提升喷浆的均匀性及施工质量。
3.3试桩
试桩是确保工程质量的一项重要措施，通过试桩可以确定施工的重要参数，包括：下沉、提升的速度及重复搅拌下沉、提升速度、水泥浆的配合比等。在试桩时要根据施工现场的地质条件、施工环境等进行试桩，对不同的地质条件要分别进行试桩，每一处都要有一定数量的试桩，多数量的试桩参数获得有利于进行更好的分析与整合，使数据更加准确。试桩施工完成后根据要求对其进行质量检测。检测内容主要有桩身的完整性、强度、无侧限抗压强度、单桩承载力、复合地基承载力等，试桩同时也能提前检测设备的运转情况，确定其是否符合施工要求。
3.4桩机就位
搅拌桩机就位后，应由相关人员进行施工，在移动桩机前应对施工现场的具体情况进行详细观测，并对位移的安全性进行有效提升。同时利用吊锤对钻杆和地面的垂直角度进行检测与适当调整，并将其误差控制在1％以下。以米为单位在桩机架上画出长度标记，为钻杆人土后钻杆钻进深度的观测与记录提供便利，按照施工要求，搅拌桩长应超过设计桩长。
3.5钻孔定位
钻机位置应在水泥搅拌桩钻机和后台拌合水泥搅拌机就位后进行适当调整。并对机械设备进行试运行作业，保证机械设备运行正常后进行施工。在对桩基机身进行适当调整后，应确保其机身的平衡性，并与桩位对准，确保其垂直度符合施工要求，然后将相关机械开启进行施工作业。
3.6制浆与送浆
以标准的水灰比进行水泥浆液的配置，一般将其控制在0.45-0.55的范围内。配置水泥浆液时，应确保其搅拌时间超过4-5min，并进行水泥浆液过滤。特殊情况下，还应添加适量的外加剂。应控制好泵出口部位的压力，根据施工现场的具体情况，选择与之相适应的桩长，并选用相同的速度进行提升与输浆作业。
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3.7搅拌
灰浆输送量的多少应在钻杆下沉前确定。启动电机后，应适当放松起吊钢丝绳，送风应选用空压机进行，钻头应沿着导轨下沉到施工规定位置；确保其速度符合施工要求，根据钻速和电流对钻头是否接触到持力层进行确定；随后将钻杆提升并进行喷浆施工及强制搅拌。打开灰浆泵后，遵循相关规定，确保浆液位于喷浆口时，均速进行搅拌施工与浆液喷射，同时向上不断提升确保其位置达到设计标高。确保其搅拌时间在2min以上，随后将搅拌机关闭及移位。
3.8复搅与移位
将灰浆泵在停灰口位置关闭，将搅拌机再次下沉到施工要求位置，随后提升搅拌，复搅3次成桩。完成复搅作业后，应把钻头提升到地面位置，随后将相关电机关闭，工作人员应进行施工记录的认真填写，并将桩机向下一孔位移送。根据相关施工规定，完成搅拌桩施工后，必须进行50cm砂砾垫层的回填，并确保垫层的密实度符合施工规定，碾压后将其作为路基垫层。
4水泥搅拌桩施工质量控制
1、确定持力层必须准确。桩体一般最多以进入持力层50cm为宜,不宜过深,否则将会产生三个方面的危害:①由于底部压力过大,水泥浆无法渗入,底部无法成桩,最终导致桩长不足；②由于底部一般多为粘土或亚粘土,土质过硬,带浆下钻困难或无法下钻,土体无法拌碎。当不带浆下钻时,土体由于无法拌碎多会导致糊钻的情况,土体与钻头形成一个圆柱体形状,造成积压桩内土体,发生掉桩头或桩内水泥浆外溢的情况。③水泥搅拌桩施工一般多为下钻喷浆,如果进入持力层过深,为防止下钻堵管只能一直喷浆,但由于底部下钻速度其慢无比,导致底部水泥浆用量严重过多,造成水泥浆顺着钻杆溢出地面,且直接缩短了桩体的施工时间。
2、为保证桩体搅拌均匀,桩机钻头应焊接至少6个横向搅拌刀片,且在每个横向刀片上焊接1-2个竖向搅拌刀片,同时保证桩体的竖向搅拌效果,竖向搅拌刀片长度>5cm,宽度≥2cm。
3、在桩机井架的正面和侧面一定要吊挂垂球,垂球重量不小于2kg,防止施工时桩机倾斜,最终导致检测时桩体无法检测到底,到时候桩体质量固然再好也是惘然。
4、为了保证水泥浆的配合比满足要求，每根桩所使用的的水泥浆量均匀充足,且考虑方便现场施工人员的操作和旁站人员的监督。若所施工的桩长皆为统一长度,可将单根桩所需的水泥浆一次拌制或分两次拌制完成;当桩长较短时也可一次拌制2-3根桩所需的水泥浆,使用时可在水泥浆罐的罐壁上焊接出每根桩需用水泥浆的深度刻度线。
5、由于现场施工过程中,施工工人素质相对有限,拌制水泥浆时并不能严格按照书面上的要求去制作水泥浆,势必造成施工过程中水泥浆拌制和使用的混淆,对施工质量产生较大的隐患。为了防止此类现象的发生,必须在水泥浆罐的罐壁上用稍大的铁块或螺丝帽焊接出用水面和水泥浆面的准确位置。因为每次拌制水泥浆所需的水泥是个定值,所以这样就完全足以避免水泥浆配合比不准确的情况。
6、当施工过程中发现地层某深度出现硬层时,可根据地质情况进行相应的处理:
当此段硬层小于50cm时,若下钻相对比较容易,可稍稍放大回浆量,短时间内穿透此硬层。若下钻比较困难,不得任其缓慢钻进,一方面要及时增大回浆量,另一方面要在动力头上加大配重,并在最下面的两个横向搅拌刀片上焊接锋利的破土刀片,使其能够迅速穿透此段硬土层。
当此段硬层大于50cm时,可将此土层作为持力层,无须继续深入。防止此段土层难于拌碎,水泥浆深入困难,最终造成此处出现断桩或造成桩体整体不合格的情况。
7、根据复合地基承载力计算及受力分析,桩体6m以上的部位基本承受了上部荷载的70%以上,越往下部受力渐渐越来越小,因此施工过程中应特别注意加强上部桩体施工控制工作。
8、旁站人员每天必须记录所管辖桩机的具体施工情况,其中包括:当值期间桩机施工是否正常、有无机械损坏情况,修理时间,修好后开工时间、有无无故停机的情况,停机时间及开机时间。
5水泥搅拌桩质量检验
1、外观检测。基槽开挖后,可以了解桩的成形、桩径、缺桩、桩顶质量、桩位偏离等情况。主要是通过目测法确定群桩桩顶是否平齐、圆匀,桩身颜色深浅是否一致,并用手感知桩身是否存在水泥浆富集的结核或未被搅匀的土团,从而判断桩身水泥土的搅拌均匀程度。
2、搅拌均匀性检验：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。
3、触探试验：根据现有的轻便触探击数(N10)与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m。
水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送实验室做(3个一组)28天龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1％～15％。如果某段或某一桥头水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10％，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10％小于20％时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30％，则该段水泥搅拌桩为不合格。对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
结语
水泥搅拌桩作为一种路桥工程软基的处理技术，在中国工程领域已经被应用了二十多年，其具有使用机具简单、转移方便、可多点施工的特点，能快速完成软基处理，有效地使搅拌桩与土体形成复合地基，大大降低了桩间土的应力，提高了地基的强度和承载力，既能缩短工期，又能节约投资，是一种成熟而又高效的施工技术。
参考文献
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[2]《软土地基深层搅拌加固法技术规程》YBJ225-91
[3]《公路工程质量检验评定标准》JTGF80-1-2017
[4]邓庭立.水泥搅拌桩在市政道路加固桥台软基的应用[J].福建建筑.2013（05）
[5]侯小娜.软基加固中水泥搅拌桩施工技术的应用[J].技术研发.2016（11）
论文作者:陶立伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/11
标签：水泥浆论文; 水泥论文; 地基论文; 钻杆论文; 情况论文; 浆液论文; 承载力论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;