中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北省宜昌市 443002
摘要：江汉平原是国内典型的软土地基地质条件的平原之一，在此类地质条件下进行高速公路路基的修筑不可避免的就是对软土地基进行处理，本文对江汉平原濒江塘渊密集地貌上的水泥搅拌桩施工技术进行研究，旨在对施工技术、质量控制方法与施工平面布置深入探讨研究，从而总结出一套完整的适用于同类工程的可复制、可推广的工艺与方法。
关键词：濒江；塘渊密集地貌；沙公高速；干法水泥搅拌桩；施工
1 项目背景与国内研究现状
经过多年的研究，软土地基不良地质特性、软土沉降变形机理、软土地基工程处理措施、软土地基病害及稳定性等方面均取得了较大的进展；我国对软土地基的研究做了大量的工作，但总的来说，我们的技术水平还比较低，在未来的数年里，我们还必须继续研究、发展地基处理理论，提高地基处理技术综合应用水平，并发展地基处理测试技术，且进一步扩大软土地基的研究内涵，进而对地基、路基的变形性状及路基稳定性控制技术进行研究，指导类似工程的设计与施工。
本文以湖北省沙市至公安高速公路第一标段为依托，对濒临长江且地表塘渊密集条件下的水泥搅拌桩施工技术进行研究，重点在于提高施工效率、缩短整体工期、保证施工质量。
2 主要研究过程
2.1 研究内容
⑴确定水泥搅拌桩施工平台的修筑形式、技术并且在项目内推广应用。
⑵确定施工相关设备与参数：每米桩基水泥用量、成桩设备（单搅或双搅）、喷灰工艺（干法或湿法）、成桩过程工艺。
⑶对设备布置方式进行试验总结，得出最快组织施工的平面布置方式。
⑷通过实践得出搅拌桩桩头质量保证措施。
⑸主线大规模施工：结合过程中得出的数据与形成的成熟工艺在大规模施工的过程中修正偏差，改进改良工艺，最终总结成一套成型的工艺成果。
2.2 关键技术
⑴濒江塘渊密集区水泥搅拌桩施工平台的修筑技术与应用；
⑵在软基地质区域双轴双搅水泥搅拌机干法施工技术与应用；
⑶塘渊区域水泥搅拌桩桩头质量保护技术与应用。
2.3 施工平台的修筑
⑴为使水泥搅拌桩机有一个稳定的施工环境，使桩身的竖直率达到规范要求，在水泥搅拌桩施工前必须设置一个平整且承载力足够的施工平台。传统做法均为设备进场后对待处理范围进行清淤换填，方能保证施工平台的承载能力。但由于建址区域可用于换填的优质土源稀缺，更考虑到下道工序前平台挖除产生的成本问题，因此在本课题研究过程中，成员大胆思维，提出了直接采用垫层材料填筑水泥搅拌桩施工平台的设想，经过课题组大量查找资料与多方探寻在类似地质条件上有施工经验的专家与工程师，最终确定了该方案理论上可行。
⑵施工阶段，我们在设备进场后，采用推土机按设计要求进行清表并简单洒水碾压后，直接采用砂砾材料进行清表后地面的无干扰填筑，厚度为25cm，整平后即令桩机进场施工。施工至今，所施工的水泥搅拌桩桩身竖直率均符合设计标准，且施工过程中未发现桩机倾斜的情况发生，证明了本方案在理论与实践上均为可行。
2.4 施工设备的比选
⑴当前水泥搅拌桩主流的喷灰工艺主要分为干法与湿法两种，在现场施工开始前，我们对喷灰工艺开会进行了探讨，探讨一致认为虽然设计给出的初步方案为湿法施工，但由于建址区域的地下水位较高且极为丰富，致使喷浆过程中对空压机的压力提出了较大的要求；由于水泥浆为成束喷出而待处理的粉质淤泥层较为松散，处理过程中会扩大处理范围，增加材料用量。因此我们决定增加干法施工的试验项目进行成果对比，若干法工艺施工质量能满足设计与规范要求，即与设计监理业主沟通进行变更。同时干法工艺在设备上也较湿法节省。
通过试验得出的结论证明：由于干法施工成果从质量上来说同样能满足设计与规范要求，而喷出的干水泥粉可以快速大量消耗地层中的水，使得桩身凝固较快、更加均匀，地层水位也有明显下降，因此其效果更优于湿喷工艺，同时由于桩身凝固时间的加快，也使检桩的间隔时间由湿法施工的20余天缩减到14天左右，为整个后续项目的施工缩短了大量的工期。
⑵常用的干法水泥搅拌桩设备主要有单向搅拌与双向搅拌两种，其主要区别在于钻头、钻杆的结构和旋转电机的功率。在工程建址附近存在类似工程，我们经过沟通得到信息，单搅设备的电机由于功率的不足，在施工8m以上桩长的水泥搅拌桩时钻进较为困难，而在实际的试验中证明了得到信息的准确，当采用单搅设备钻进至9m时，电机电流表基本接近最大量程，机身开始抖动，钻进较为困难。
因此课题组经过开会讨论，决定采用电机功率更大的双搅桩机进行8m以上的桩机施工。施工至今，由于采用单搅与双搅两种型号钻机共用的方案，使得本项目的施工较为顺畅，几乎未出现钻进困难的情况发生。
⑶设备使用数据
通过300余万米的水泥搅拌桩施工，我们总结出了一套适用于本类地质的设备施工参数。
①单搅
钻进过程中，启动搅拌机，向喷射口送压缩空气，气压一般为0.3~0.35MPa，同时启动钻头，钻进速度为0.5~0.8m/min，下钻过程中不喷灰，达到设计深度后停止钻进并开始提钻喷灰，喷灰过程压力控制在0.4~0.6MPa，提钻速度为0.8~1m/min，桩端持续喷粉搅拌10s以上。为使桩身的土体与水泥充分拌和，复搅时边搅拌边喷粉，复搅转速为30~40r/min。
②双搅
先启动内钻头（反向），后启动外钻头（正向），内钻头先切入土，外钻头入土搅拌。双搅设备主要使用在较长桩体上，采用“两喷两搅”的工艺进行施工，即对一根桩分两次喷粉，先空钻至桩长的1/2处开始喷粉、搅拌至桩底，然后提升钻杆至原地面，再从原地面下钻喷粉、搅拌至原喷粉处（与第一次喷粉重叠深度不小于1m），然后提升并复搅至桩顶。
2.5 养护施工
由于土层的压力是水泥搅拌桩成桩的必要条件，故随着桩头部位的埋深越来越浅，其所受土的侧向压力也越来越小，水泥土较为松散。加之传统工艺中常用的方法基本分为人工洒水养护与范围性围水养护，洒水养护的缺点主要集中在夏天温度高，洒水频率不足的前提下难以得到较好的养护效果，挖出的桩头松散的比例较高；围水养护的缺点主要为费工费料，需额外增加土袋彩条布进行围水，并且由于封堵不严，需要定时的进行补水。
本课题针对此类情况进行研究，在已有的经验的基础上结合前述的与砂砾垫层同材料的施工平台，形成桩顶覆盖层的概念，并利用垫层底标高与水沟中水位的关系通过自制自流装置形成无人工自流浸润的养护系统，形成一套简易可复制的养护体系。
通过将PVC管高于原地面（即理论桩顶标高）5cm设置，水沟中的水位略高于自流管，使其形成自流体系，保证施工完毕的搅拌桩顶施工存在着5cm左右的润湿的砂砾覆盖层，以达到养护的作用。
2.6 现场平面布置
根据业主监理制定的报验规则，水泥搅拌桩工程验收为分段验收，本段内桩基全部施工完毕后并且达到龄期后方可报检，因此验收段落内的桩基施工需要连续不间断方可达到最高的施工效率。故良好的现场设备布置与施工顺序安排可以有效的缩减工序间验收消耗的时间，最终使得整个工程可以连续铺开，段落间形成流水作业。
本项目验收段落约为300m/段，鉴于现场红线交付存在先后顺序，因此我们在方案讨论阶段根据征地情况将15Km的水泥搅拌桩区域分为5次施工，即每批次施工3Km左右的段落，共投入了40台桩机，每个施工段落设置2台桩机进行施工，即每150m为一个区域，一个区域内1台桩机进行施工，每台桩机只负责自己区域内的水泥搅拌桩，施工完毕后等待龄期进行验收合格后转移至下一批次规划的施工部位。
采用本方法对施工现场的设备摆放与移动进行布置与安排，多台桩机分区成片协同作业，施工完毕后即可保证水泥搅拌桩形成成片待检的规模，使桩基检测能够连续不间断的进行，缩短了衔接时间，提高工效。
3 主要成果和技术经济指标
3.1 科技成果
《濒江塘渊密集区干法水泥搅拌桩施工技术研究及应用》获得湖北省科学技术厅“湖北省科技成果”登记备案。经宜昌市科学技术局鉴定为“项目成果达到国内领先水平”。
3.2 技术经济成果
⑴针对濒江塘渊密集区地表塘、渠、水田分布广的特点，并结合其上路基填料种类，在施工现场采用砂砾对请表后地面进行无干扰填筑，平台厚度即为垫层厚度，平台经摊铺略压后成型，本方法有效解决塘渊区域进行软基处理前施工平台修筑难的问题，同时相比传统工艺节约成本，减少施工时间，且由于采用其上路基填料，使得粉喷桩检桩合格后仅需略经补压后即可进行下序施工，保证施工质量。
⑵在软基地质区域采用干法搅拌工艺，直接利用地下水迫使喷进地层的水泥加速反应，缩短成桩后养护与待检时间，同时由于双搅工艺的采用，在淤泥层中较大的含水量参与下，使得桩体搅拌更为均匀。试验桩施工后，我方积极与设计监理业主沟通后将原有湿喷工艺变更为干喷工艺，实践证明本方法对比传统湿法施工节约材料与设备，并能缩短施工时间，降本增效显著。
⑶利用建址地区地下水位较高的特点，直接打浅井对搅拌桩施工完毕的平台进行自流浸润，使桩头充分埋在润湿的砂砾平台中，对桩顶以下3m部分桩头完整具有较强的保护作用，提高桩头范围内的成型质量，同时由于养护过程中的智能自流浸润过程不需要人工看管，较传统工艺节省人工。
⑷结合水泥搅拌桩分段验收的特点，对施工现场的设备摆放与移动进行布置与安排，多台桩机分区成片协同作业，施工完毕后即可保证水泥搅拌桩形成成片待检的规模，使桩基检测能够连续不间断的进行，缩短了衔接时间，提高工效。
⑸通过本工程对项目的技术研究及其成果的推广应用，可节约施工成本约992.75万元，提高工作效率约1个月。
3.3 成果应用效果
通过本课题研究，使我们基本掌握了类似沙公高速这种在濒江塘渊密集地带水泥搅拌桩快速施工的方法，其研究成果可在类似项目中推广应用，2016年11底本项目内水泥搅拌桩全部施工完毕，质量均符合设计业主要求。同时，随着本课题项目的顺利研究完成，也总结出了一套基本通用于在类似的濒江塘渊密集分布地区的水泥搅拌桩快速施工工艺，过程中质量得到良好的控制，成本得到了有效的节约，工期得到了切实的缩减，并得到了参建各方的一致好评，使我们得到社会各界的认可。
工程实体经钻孔取芯法与复合地基承载力加载试验进行检测，经检测已施工完成的310万米水泥搅拌桩中桩长、芯样、桩头质量与符合地基承载力全部合格，合格率高达100%。
参考文献
[1]习亚红. 水泥搅拌桩加固地基应用实力解析. 建材与装饰，2012（18）
作者简介：喻玥（1969年-），女，高级工程师，毕业于葛洲坝水电工程学院水利水电工程建筑专业，工学学士，从事水利水电、公路、市政工程项目管理工作26年，主要负责技术管理工作。
张璟鑫（1989年-），男，助理工程师，毕业于黑龙江工程学院土木与建筑工程学院道路桥梁与渡河工程专业，工学学士，从事公路、市政工程项目管理工作5年，主要负责技术管理工作。
论文作者:喻玥 张璟鑫
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第7期
论文发表时间:2017/8/7
标签：水泥论文; 工艺论文; 设备论文; 桩头论文; 干法论文; 湿法论文; 平台论文; 《建筑学研究前沿》2017年第7期论文;