摘要：对于公路工程中的软土地基，采用常规的单向水泥土搅拌桩时，经过工艺性试桩，在初步确定主要技术参数的基础上，结合工程项目实际情况，对各主要地层施工中存在的搅拌不均匀、成桩性差等问题进行深入分析，通过机械设备改进，完善材料组成，施工技术工艺调整，喷浆压力、搅拌转速、钻进和提升速度等主要参数的优化，经过初步验证后，落实管控要点，在大面积施工及成桩检测后进一步确认和验证技术优化的效果，从而改善质量、优化成本，可为其他类似工程提供参考。
关键词：道路工程；滨海；公路软基；水泥土搅拌桩；施工
1 总体概述
1.1 工程概况
广东沿海某公路工程项目，属海积平原地貌，沿线主要分布有鱼塘、耕地及滩涂等，表层为 1.2～2.6m 厚的人工填土层，其下分布为1.8~5.7m厚的淤泥质黏土层以及砂质黏性土层。淤泥质黏土层呈深灰色~灰黑色，饱和，软塑，具有承载力低、高压缩性等特点，未经处理不宜作为道路及管线基础的持力层。
经综合比选，设计阶段排除软土含水率大于80%、泥炭土、塑性指数大于25的黏土等情况存在，根据项目工程实际，选择单向水泥土搅拌桩形成复合地基进行加固处理，全线共计约71.5万余延米。本项目水泥土搅拌桩桩径50cm，桩长7.6~12.5m，桩间距1.3m，呈正三角梅花形布置，设计水泥用量70kg/m，采用浆喷桩。经计算，平均每米水泥用量和水泥掺量的关系为：65kg/m对应18.2%；70kg/m对应19.6%；75kg/m对应21%。
1.1 总体思路
通过水泥土搅拌桩试桩施工，结合工程项目实际情况，对各主要土层施工中存在的搅拌不均匀、成桩性差等问题，通过机械设备改进、技术工艺及参数的调整优化，加强过程控制，从而改善质量、优化成本。
2试桩及问题
2.1试桩目的及施工工艺
根据相关施工技术规范及设计要求，选择典型土层地段的10根桩进行工艺性试验，以检验施工设备性能及选定的施工工艺，确定施工参数，为水泥搅拌桩试桩大面积施工和质量控制标准提供依据。
但因本项目处于滨海地区，淤泥层较厚，下钻时只搅动不喷浆将容易造成出浆口堵塞，且无法保证工程质量，因此在实际施工中采用“四喷四搅”施工工艺，工艺流程如图1所示。
图1水泥土搅拌桩施工工艺流程图
2.2主要施工参数初步确定
根据既有经验和主要施工技术参数确定如下：
(1) 采用性能良好的单向搅拌桩机，配备可记录搅拌深度及瞬时喷浆量等数据的自动记录仪。
(2) 确定水灰比为0.5；结合拟定水泥掺量，初步确定喷浆压力为0.4~.5MPa，采用四喷四搅。
(3) 初步确定水泥搅拌桩机的下钻和提升速度为0.8-1m/min。
(4) 进行桩身完整性、桩身强度、承载力等检测，为优化各项施工参数和质量控制提供依据。
2.3 主要施工技术问题
通过工艺性试桩，结合成桩检测结果，发现主要存在水泥用量超标、冒浆、抱钻、参数不稳定、成桩差等问题，具体如下：
(1) 单桩平均水泥用量不稳定，存在超过设计值的情况，平均达到75kg/m。
(2) 桩顶出现冒浆情况。
(3)钻头上抱满了黏土，形成抱钻。
(4) 成桩过程中喷浆量、压力、电流等工艺参数不稳定。
(5) 成桩完整性差、部分强度不足，主要体现为搅拌不均匀或桩体中掺入水泥量不足，甚至断桩。
3 问题分析及改进
3.1 问题分析
以上所列技术问题，水泥用量超标、冒浆、抱钻、参数不稳定等是过程体现，最终将会造成成桩强度和完整性等质量差的情况。其产生原因涉及面较多，其中主要包括：
(1)水泥用量超标的主要原因为：一是设备故障率高，造成一定水泥浆浪费；二是设备性能差、喷浆计量装置未校定、工艺参数选择不当、施工管控不到位，未能按照预设的喷浆量进行控制；三是土层中存在薄弱通道，水泥浆流向桩体以外或相邻地层。
(2) 桩顶冒浆的主要原因有：回填土未按要求压实，空隙较大，喷浆过程中，浆液流出较多，且搅拌不均匀；同时，泵送压力过大、搅拌速度慢等也有一定的影响。
(3) 抱钻一般发生在含水量小、粘接力强的的黏土层中，主要原因有：选择工艺方法不合理，钻头叶片设计不合理，工艺参数选择不当。
(4) 喷浆量、压力、电流等工艺参数不稳定，受地层不均匀、水泥浆液配比不合理、工艺参数选择不合理且未动态调整、输浆管过长等影响。
(5) 成桩质量差的原因，主要是土的特性、施工工艺和参数选择不当、设备构造等造成搅拌不均匀。对于黏土层，未采取降低粘性措施，钻头叶片设计不合理、搅拌转速和提升速度不匹配等均有影响。对于淤泥质黏土，因地层的不均匀性而存在薄弱通道、喷浆量不均匀、钻头叶片设计不合理、搅拌不充分、搅拌转速和提升速度不匹配等因素影响较大。
3.2 主要施工技术改进
经过对各地层土的特性、工艺、设备材料等进行详细分析论证，结合项目工程特点和现有实际条件，确定仍采用单向水泥土搅拌桩机施工，重点通过调整和细化施工工艺、优化设备构造和性能、完善材料组成等进行改进，确保工程质量和成本控制。
(1) 工艺流程
根据土层、材料、设备等特性和条件，在总体施工工艺方面进行有针对性的细化：
通过验证，黏土层在优化施工的基础上，通过“两喷两搅”即可实现成桩质量要求。由此确定减小复搅长度，复搅从装订到淤泥质黏土层以下50~100cm，由此可节约水泥用量，提高工效。
试桩阶段，“四喷四搅”工艺按照钻进和提升喷浆量均匀分布控制，经过优化，适当减少首次钻进喷浆量，单次下钻喷浆量控制在总量的15~20%，待土体搅散后再提高喷浆量，使水泥浆与土体更均匀地搅拌混合后形成整体。
由于桩底和桩顶的临边和压力差较大的特点，采取“磨桩头”的施工工艺，即保持高度位置不变的情况下，持续约30s进行喷浆搅拌，搅拌转速先慢后快；压力值按照瞬时喷浆量和平均喷浆量基本持平来控制，宜先小后大。
(2) 设备构造
机械设备的调整主要考虑增加桩机钻头搅拌叶片数量，由原来双层（每层两个一对，层间正交）4个叶片调整为两层间增加一对叶片，其与原两层间成45度夹角，总叶片数量增加至6片；同时，叶片与钻杆间夹角由原来的90度优化为75度，并适当加设齿块，可降低搅拌时糊钻、抱钻的几率。
调整钻头出浆口的位置，置于叶片的边缘，并成15度夹角，同时，采取增加钢齿块、出浆导向槽等构造，起到防出浆口堵塞，引导水泥浆流向已拌松土层中的作用。
(3) 材料组成
加强水泥掺量及水灰比调整优化，根据不同地层和工况，合理选用不同数值。水灰比方面，考虑土层特点和施工的可操作性，一般地层调整为0.55，黏土层钻进时水灰比采用0.65~0.7，通过较大流动性，并通过其对黏土的湿润，降低土体粘性，使搅拌混合更加均匀。
通过压力、搅拌转速、钻进和提升速度等的调整，瞬时喷浆量进行监控，针对不同地层采用不同的水泥掺量，其中加大淤泥质黏土的水泥掺量：淤泥质黏土约20~21%，其他土层水泥掺量为18~19%，平均水泥掺量约19.5%，平均水泥用量控制在70kg/m以内。
(4) 工艺参数
重点控制喷浆终端压力、搅拌转速、钻进（提升）速度的合理匹配，在选定机械设备各控制档位后，主要通过压力表读数、瞬间浆量、电流表读数等是否异常综合判断，从而调整各参数对应设备档位。具体为：
正常地层压浆泵压力0.5Mpa，自转速度采用3档，钻进（提升）速度采用1m/min；淤泥质黏土层中压力适当减小（约0.4MPa）、降低钻进（提升）速度（0.6~0.8m/min）、提高搅拌转数（四档），使水泥和土体更均匀的搅拌混合，形成加固受力体。
同时，为了更好地搅拌混合，第一循环的搅拌转速为四挡下钻、三挡提升，钻进速度0.8m左右，提升速度0.8m左右；第二循环的搅拌转速为四挡下钻、四挡提升，下钻及提升速度控制在1m/min，采用正循环下钻、反循环提升。
4改进落实的控制要点
为了更好地落实施工技术改进，使前期小范围现场技术管理人员严密管控下的技术成果在大面积展开施工的过程中得到应用，对现场管理进行了规范。
(1) 前期技术准备方面，选用适用的工艺、设备，搅拌机应具备自动计量实时显示深度和喷浆量等功能；做好进场材料试验检测，严格执行设备进场验收，保持设备完好性；前期由技术人员带领操作工人对设备性能深入熟悉、掌握，通过严格有效的三级交底、培训等，确保施工技术、工艺操作的落实。
(2) 工艺上的调整主要以成桩时间、水泥浆配比、瞬时喷浆量和总水泥掺量做为控制要点；并及时转换为现场操作的简要规程和要点，使作业队伍易掌握、可操作性，具体做好压力泵的压力和搅拌机的搅拌转速、钻进速度、提升速度、瞬时喷浆量等的控制。
(3) 考虑到后续将受桩顶土拱效应（摩擦柱效应）影响，桩顶附近高度范围内，桩身沉降将小于桩间土沉降，桩身上部存在负摩擦，因此，做好鱼塘等区域的回填土压实质量控制，减小负摩擦值和工后沉降。
5工艺改进的效果
工艺改进前，成桩均匀性和完整性、承载力等不能完全满足要求，工效相对较低。工艺改进后，成桩质量良好，各项指标均满足规范及设计要求，且水泥用量减少将近10%，工效明显提高。具体对比如下。
表1 水泥土搅拌桩工艺改进前后效果对比表
图2-1 水泥土搅拌桩工艺改进前抽芯效果
图2-2 水泥土搅拌桩工艺改进后抽芯效果
6结语
通过对水泥土搅拌桩施工技术的深入研究，以地层土的特性为基础，改进成桩设备，优化复搅、磨桩头等工艺，细化水泥浆配比、水泥掺量在不同地层中的选用，并做好压力泵的压力和搅拌机的搅拌转速、钻进速度、提升速度、喷浆量等的控制，成功解决了成桩质量差、冒浆、抱钻、搅拌不均匀等技术问题，保证了质量、明显提高了工效，降低了水泥用量，全线通过优化取得了约220余万元的直接经济效益，可为其他同类工程施工提供参考。
参考文献
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论文作者:王文清1,黄景山2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/17
标签：水泥论文; 黏土论文; 工艺论文; 速度论文; 土层论文; 压力论文; 转速论文; 《基层建设》2019年第13期论文;