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摘 要：搅拌桩在天然含水量高、孔隙比大、有机质含量高、腐殖质及富里酸含量高、强度低的土层中强度低且成桩效果差，处理后的站场路基不能满足设计和功能使用要求。本文结合珠海十字门中央商务区横琴片区市政基础设施(道路)一期工程五标段水泥搅拌桩在软弱复杂软基中的应用，浅谈如何处理软弱复杂地基。
关键词：水泥搅拌桩 软弱地基 水泥土砂石桩
在珠江三角洲沿海地区，地下水位较高，区内分布着淤泥、淤质粉土为主的软土层并有大量的暗河沂、暗沟塘及冲、回坡土等软弱人工填土存在，水泥搅拌桩处理方式以其造价低、工期短、施工简便、无污染等优点占据着主导地位，但搅拌桩在天然含水量高、孔隙比大、有机质含量高、腐殖质及富里酸含量高、强度低的土层中强度低且成桩效果差，处理后的站场路基不能满足设计和功能使用要求。针对这一问题，在珠海十字门中央商务区横琴片区市政基础设施(道路)一期工程五标段搅拌桩软基处理工程施工中对施工工艺进行了改进，在成本控制及处理效果中取得了理想的效果。
一、工程概述
珠海十字门中央商务区横琴片区市政基础设施(道路)一期工程五标段软基处理主要选用塑料排水板及深层搅拌桩等进行处理，搅拌桩处理区域的地质条件复杂、工期紧、对加固后的沉降要求高。本工程搅拌桩区总面积为：201600m2，桩径Φ500mm，桩间距1.0～1.4m，呈正三角形布置搅拌桩总量为1138000延米。设计要求搅拌桩施工深度以进入设计要求的硬层（中粗砂层）0.5m为控制。
场地土层主要为淤泥<2-1A>层，平均厚度3．1m；淤泥质粉质粘土<2-lB>层，平均厚度3m；淤泥质粉质粘土<4-2>层，平均厚度3m。该三层具有天然含水量高，孔隙比大，有机质含量较高，强度低，压缩性高，渗透系数较小。低强度和不均匀性：软土分布区地基强度很低，极易产生不均匀沉降。高压缩性：软土属高压缩性土，极易因其体积的压缩而导致地面和建筑物沉降。PH值偏低及高有机质、富里酸及腐殖质含量：场地内软土的PH值偏低，有机质、富里酸、腐殖质含量高，对软基加固处理影响大。
二、水泥搅拌桩施工
1、施工机具选择
选用PH—5B、PH—D型深层搅桩机40台，HPX-18、HPX-25型深层搅桩机15台，并为每台搅拌桩机配备流量计、控制柜、低压变压器、泵送装置、输浆胶管、搅拌轴、灰浆搅拌机和集料斗等成套系统。施工前组装架立桩机，检查主机各部的连接，喷浆系统各部分安装试调情况、管路的密封连接情况是否正常，作好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后方可开始施工。HPX-18、HPX-25型深层搅桩机处理深度分别达到18m和25m，主要用于C区桩长18m悬浮式搅拌桩的施工。
2、施工顺序安排
本分项工程施工范围共划分为三个施工区7个小区域，分布在设计区域的过渡段段、隔离桩B-1区、B-2区、C区，同一施工区域内按从北向南方向施工。计划65天完成本分项工程的全部施工任务。
3、施工方法及技术措施
本工程设计选用四搅四喷的施工工艺。施工前，应取地基原状土作室内配比实验和现场工艺性成桩实验，以确定最佳掺灰量，确定成桩工艺。每个分区的试桩数为3根。要求九十天龄期桩身无侧限抗压强度不＜1.2Mpa。
（1）桩机定位，运用具有移动功能的深层搅拌机抵达锁定桩位对中，为确保桩位精确性，应该运用定位卡，桩位对中的偏差不能＞50mm ，导向架与搅拌轴要和地面垂直，垂直度的不能超出 1 ％距离 。
（2）浆液配制，水泥选用P042.5硅酸盐的普通水泥，浆液的调配一定要严格控制水灰比，比例通常为0.5至0.6最佳，水泥方面应进行抽检，参入的水要具有定量容器，运用砂浆搅拌机进行搅拌时，搅拌的时间每次不应＜3分钟。
（3）喷浆形成桩，启动灰浆泵，确认喷嘴喷出浆液时，开动桩机往下转动钻进喷浆成桩，并且不断喷入水泥浆液，钻进速率达1.0m/秒，转速在60r /min 之间，喷浆的压力保持1.0 —1.4 Mpa ，喷浆量保持在30L /min ，钻进喷浆至设计的桩长或者层位后，在原位喷浆30s ，然后反转的平均速度提升很多。
（4）加强搅拌，搅拌头自桩底反转平均速度搅拌加强，直至底层面，如果搅拌头被软土包裹时，要实时进行消除。
（5）钻进重复搅拌和擢升搅拌形成桩，根据以上环节钻进和擢升搅拌形成桩，它的喷浆量按照设计的有关要求，达到有关设计要求后，只要复搅不用再送浆，成桩之后，启动浆泵冲洗管路中剩余的水泥浆。
（6）在机具下沉搅拌中，有时会出现硬土层阻力大，下沉变慢并且搅拌钻进，这种情况应增长搅拌机自重再开动加压装置，或者一边输浆液另一边搅拌钻进成桩。
（7）桩机操作人员应该和搅浆施工者维持紧密的联系，确保搅拌机在喷浆中供浆连连不断，因故障而需要停浆时，必须立刻告诉桩机操作人员，直至恢复供浆时再进行喷浆施工。因为故障导致停机的超过3h，把输浆管拆卸下来彻底的进行冲洗管路。
（8）施工时，应设专门的人员把搅拌机下沉时间、提升时间以及供浆和停浆时间周详的记录下来，并且所记录的深度偏差不可＞0.05 m，时间偏差不可＞5s ,施工时产生的总是与治理状况需要加以登记同时也要表明。
⑨深层搅拌桩施工时，应严格按照设计桩位、桩长、桩数、喷浆量以及试验确定的参数施工。桩体搅拌应均匀、不断，全桩应复搅一次，成桩直径和桩长不得小于设计值。
三、水泥搅拌桩在试桩施工中遇到大问题--搅拌桩强度低且成桩效果差，处理后的站场路基不能满足设计和功能使用要求。
由于本工程规模大、施工条件差、周边环境复杂、地质条件差，软土厚度大、工程造价低、工期紧，而水泥搅拌桩软基处理面积及数量较大，且地质条件复杂，如何确保搅拌桩的成桩强度，对整个工程的质量至关重要。在施工前期的水泥搅拌桩试桩过程中发现由于土层天然含水量高、孔隙比大、有机质含量高、腐殖质及富里酸含量高、强度低等原因导致搅拌桩强度低且成桩效果差，甚至有不成桩的现象，这一问题不解决将严重影响本工程的质量、工期和效益。因此，本项目部技术人员将解决“搅拌桩成桩强度低问题”列为科技攻关的课题来攻克，经过查找出强度低原因后、通过对设备进行工艺改进有效的克服了强度低现象取得了好的成绩，确保了工期、质量要求，取得了好的经济效益。
四、搅拌桩强度低且成桩效果差的处理
1、搅拌桩强度低且成桩效果差的原因分析
软弱土层中有机质含量较高，压缩性高，强度低，渗透系数较小。低强度和不均匀性，软土分布区地基强度很低，极易产生不均匀沉降。PH值偏低及高有机质、富里酸及腐殖质含量，场地内软土的PH值偏低，有机质、富里酸、腐殖质含量高，对软基加固处理影响大。特别是有机质、富里酸、腐殖质含量高，严重影响了搅拌桩的加固效果，阻碍搅拌桩的强度增长。试桩施工单纯增加水泥掺入量，会在桩头部位的粉喷桩体中心产生“烧心”现象(因水泥掺入量过高，地下水位较低，水泥硬化时产生的高温造成水泥土体强度降低的现象)。
2、本工程对搅拌桩强度低且成桩效果差的处理
2.1 开会研究对策及进行第二次试桩
按照首次抽芯检测时该结果发觉，水泥的掺量为16% 与 18%之间，在淤泥层中的四搅四喷的桩其强度通常为 0.3和0.5 。同时，P.O42.5水泥掺量一旦提升至20 %，搅拌桩下部就能满足要求，不过上部未能达到设计要求（0.9MPa、0.6 MPa），所以，在跟业主，设计和监理商量过后抉择，顾虑到成本控制与牢固效率，在桩的上部加强搅拌桩启动次数与水泥掺量实行试桩，同时，本公司按照首次试桩的结果对试验所收集的大量数据实行解析，同等软弱土层中含砂的数量对桩强度有较大影响，并简单加大水泥掺入量(比如所掺入量＞20％)，所在桩头部位的粉喷桩体，其桩体中心就会出现“烧心”现象（因为水泥掺入量多，而地下水位低，水泥在硬化中出现的高温导致水泥本质强度下降的现象），此结论被专家及业主所认同。讨论研究采用先在软基中打挤密砂石桩(可单纯用砂或石子)，再在砂石桩中心施打水泥搅拌桩，形成水泥土砂石复合桩的方案，并实行二次试桩。
2.2 对第二次试桩进行分析确定最终施工方案
遵照第二次抽芯检测的结果发觉，在搅拌桩四搅四喷 P.O42. 5 水泥中，当配合比掺量是16 ％时，桩的上部强度为 0.4 Mpa 、0.8 Mpa 、0.2 Mpa 没有达到搅拌桩无侧限抗压的强度要求，桩下部的强度基本达到设计要求，除了其它因地质不同的点未达设计要求。当搅拌桩四搅四喷P.O42.5水泥配合比掺量为18％时桩上部强度为0.5Mpa、0.3Mpa、0.5 Mpa，不能满足设计要求，下部桩强度符合设计要求。当搅拌桩上部8m六搅六喷选用P.O42.5水泥配合比掺量为22.5%，下部选用15%四搅四喷时可以看出桩身上部8m左右的无侧限抗压强度部分不能满足要求（最低的强度为0.9Mpa），下部基本符合要求（有一个点0.9Mpa）.当搅拌桩选用P.O42.5水泥掺量上部为24%（六搅六喷）基本符合要求（最低的一点为1.1Mpa）,下部16%符合要求，通过检测可以满足设计要求。根据地质勘测资料，试桩位置区域地质情况为上部8m左右为淤泥<2-1B>淤泥质细砂层<2-2>和少量淤泥质中砂层<2-3>，因此可以说明当搅拌桩配合比水泥掺量为16％、18％、22.5％（四搅四喷）时，淤泥、淤泥质细砂层、淤泥质中砂层的搅拌桩无侧限抗压强度不能满足设计要求，即不能达到1.2MPa。水泥土砂石复合桩（水泥掺量16%，砂桩直径为20cm）的试桩强度最低的为1.7Mpa，满足设计及功能使用要求。
六搅六喷搅拌桩和水泥土砂石复合桩试桩对比：
通过试桩对比，搅拌桩选用P.O42.5水泥掺量上部为24%（六搅六喷）,下部16%（四搅四喷）及水泥土砂石复合桩（四搅四喷水泥掺量16%，砂桩直径为20cm）都能满足设计使用要求，但是水泥土砂石复合桩的优势明显：一、一般水泥搅拌桩存在着水泥土体刚度及强度较低，上部荷载传递深度较小的缺点，水泥土砂石复合桩可以有效地提高搅拌桩处理后土体刚度和强度，效果显著；二、费用少，通过经济分析，水泥土砂石复合桩只需费用3800万，而，搅拌桩选用P.O42.5水泥掺量上部为24%（六搅六喷）,下部16%（四搅四喷）则需费用4700万，整整可以节约900万。
通过试桩，水泥土砂石复合桩成为专家和业主的认同方案并实施。
五、结语
经过上述施工材料及工艺的改进，施工中桩强度低的现象得到解决，大大提高了工效，确保了施工质量，取得了较好的经济效益。施工实践证明，对搅拌桩工艺进行简单、合理、有效的改造，水泥土砂石复合桩利用砂桩对软弱部位先行加固，既达到了排水固结作用，又利用其桩身中的粗粒体改善了桩体结构，使搅拌更加均匀、密实。提高了复合桩体的强度、刚度和密度，也提高了荷载作用深度和抗剪强度。能对复杂软基中的特别软弱部位针对性地加固，避免了开挖、回填，再打桩的繁琐工序。现工程已完成，使工程工期提前一个月，处理达到预期的效果，且使搅拌桩的施工成本、工期和质量得到了充分的保障。
参考文献
【1】明珉,王蔚；使用深层水泥搅拌桩加固软土地基[J];建筑结构;1998年05期
【2】刘学峰；金威；试论水利工程水泥搅拌桩施工质量控制要点[J];中国新技术新产品;2012年21期
论文作者:李剑彬
论文发表刊物:《基层建设》2015年14期
论文发表时间:2015/10/10
标签：水泥论文; 强度论文; 有机质论文; 砂石论文; 腐殖质论文; 淤泥论文; 土层论文; 《基层建设》2015年14期论文;