水泥搅拌桩在软土路基中的应用

１ 水泥搅拌机的特点和作用

在软弱地基上进行建筑工程时，由于施工技术或工程造价方面的原因，传统的施工方法，如挖除置换（人工挖孔桩）、桩基穿越（钻孔桩、静压桩）、人工加固（换土垫层）等措施，已不能适应日益复杂的工程需要。最佳的处理方法是对软土进行就地加固，最大限度地利用原状土的承载力或其他力学性能，深层水泥搅拌法即是这样一种原位加固方法。深层水泥搅拌法是通过各种深层搅拌机沿深度方向将软土与固化剂（水泥浆或水泥粉、石灰粉、粉煤灰，外加一定量的掺合剂）就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土加固体，沿深度方向形成的该加固体称为深层搅拌桩。深层搅拌桩与天然地基组成深层搅拌桩复合地基。与其他施工方法相比较，深层搅拌法具有施工工期短、无公害、成本低等特点。这种施工方法在施工过程中无振动、无噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，对相邻建筑物不产生有害影响，具有较好的综合经济效益和社会效益 。

由于水泥搅拌桩具有能有效减少总沉降量、能承受较大的加荷速率、抗侧向变形能力强、可大大缩短施工期等优点，目前在高速公路建设领域应用得较为广泛 。在以往的工程实践中，水泥搅拌桩处理软土地基施工中常存在如下一些问题：水泥用量难控制；均匀性差、强度低；沉降得不到有效减少，达不到设计意图，甚至还有沉降量反而增大等，影响了加固效果。因此，在施工过程中采取何种科学的施工工艺和有效的质量控制措施，确保水泥搅拌桩处理软基的加固效果，成了需要克服的难题。以下介绍水泥搅拌桩加固法在广州市华南路三期工程Ａ３标施工中的应用，为水泥搅拌桩处理软基基础加固提供一典型的实例。 ２ 工程概况

广州市华南路三期工程Ａ３标，地处广州市白云区石井街道，工程地质条件较差，铁西路匝道地段为软土路基。根据钻孔地质资料，其上部地层（主要受力层）从上而下依次为耕植土（层厚平均０．３ ｍ）、淤泥（灰黑色，流塑状，局部夹淤泥质土层，厚度７．４ ｍ～１０．４ ｍ）、亚黏土（软塑，底部夹薄层粉细砂，厚度０ ｍ～２ ｍ）和砂砾层（饱和，中密，含少量黏粒，地基承载力１８０ ｋＰａ，厚度３ ｍ～１３．７ ｍ，为持力层）。由于淤泥、淤泥质土呈流软塑状，满足不了上部荷载对路基的要求，因而导致路基在通车后将产生较大沉降。为保证该段路基的稳定，提高地基土强度和变形模量，以满足上部荷载对地基土承载力的要求，设计院对该段软土地基采取水泥搅拌桩加固处理设计方案。 ３ 水泥搅拌桩设计

（１）强度控制标准。设计要求施工完后，水泥搅拌桩桩身２８ d后的无侧限抗压强度不小于１．３ ＭＰａ，单桩复合地基承载力不小于１３０ ｋＰａ。

（２）材料及配合比设计。设计要求水泥搅拌桩固化剂采用４２．５普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于１５％，水灰比控制在０．４５～０．５５。现场实际采用广东英德龙山水泥有限责任公司生产的海螺牌４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥，水泥用量根据室内配比试验，按５０ ｋｇ/ｍ，５５ ｋｇ/ｍ，６０ ｋｇ/ｍ现场安排９根桩进行试桩，最后采用５５ ｋｇ/ｍ做为施工配合比。水灰比采用０．５。

（３）水泥搅拌桩孔位布置。水泥搅拌桩孔位按正方形分布，桩直径为５０ ｃｍ，桩间距为０．８ ｍ～１．２ ｍ。

（４）水泥搅拌桩桩深设计。根据钻孔地质资料，设计暂定桩长９．５ ｍ，实际桩长以打到砂砾持力层为准。实际施工中，桩长在８．２ ｍ～１１．３ ｍ之间，以９ ｍ左右最多。

（５）施工参数选择。设计要求施工参数通过工艺性试桩确定。因此，现场安排９根桩进行试桩，取得如下施工参数：钻进速度Ｖ≤１．５ ｍ/ｍｉｎ；提升速度Ｖ≤０．８ ｍ/ｍｉｎ；搅拌转速Ｖ＝３０ r/ｍｉｎ；喷浆管道压力０．４ ＭＰａ～０．７ ＭＰａ；钻进复搅与提升时管道压力０．１ ＭＰａ≤Ｐ≤０．２ ＭＰａ；搅拌钻头穿越淤泥层时电流表读数为１５ Ａ～２５ Ａ，进入砂砾层时，突变为５０ Ａ～７５ Ａ。 ４ 水泥搅拌桩施工

４．１ 正式施工前准备工作 ４．１．１ 材料准备

每批水泥进场后，检验其出厂质量保证单的规格及出厂日期，按比例抽样送检。水泥运至施工现场，堆放覆盖。

４．１．２ 机械组装

吊车起吊塔架，安装起吊装置和导向架，吊装水泥搅拌机，安置电气控制设备，安装水泥浆拌和机、灰浆泵、仪表、工作平台，安装配电板，管线连接。最后试运转。 ４．１．３ 劳动力组织

每台搅拌机配备约４名人员，其中操作工、司泵工、记录员、上料工各１名。 ４．１．４ 桩位放样

根据设计提供的坐标、处理范围、桩距和排距，对桩位进行实地放样，并用竹签标示。 ４．１．５ 施工设备机具

本段水泥搅拌桩采用４台ＳＪＢ—ＩＩ型４０ ｋＷ单搅拌轴深层搅拌机施工，设备包括电气控制装置、水泥浆拌和机、集料斗、仪表控制装置等。 ４．２ 施工工艺 ４．２．１ 施工顺序

根据多台机同时作业、现场施工条件、工程地质条件等，施工顺序采取分区段、从里往外的方式进行。 ４．２．２ 施工程序

施工准备→桩机就位→预搅下沉→喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉、搅拌提升→桩机移位。 ４．２．３ 施工技术要点

（１）水泥搅拌机就位时，应调整钻机平台、导向杆，使钻机倾斜小于１．０％，钻头对中桩位误差≤１ ｃｍ，同时检查钻头直径，测定钻杆长度，记录集料斗中水泥浆初始读数及钻杆初始标高。

（２）下钻时使钻头边旋转边钻进，保持速度１．５ ｍ/ｍｉｎ，转速３０ r/ｍｉｎ，下钻到离桩底１ ｍ时，调整钻速，保持０．３ ｍ/ｍｉｎ，使压浆前的土体充分松动、粉碎，有利于第一次压浆。 （３）钻杆提升过程必须保持与喷浆一致，喷浆过程中，如发现套管漏浆或堵管则应立即停止喷浆。经常观察供浆计量仪的数字变化，若发现明显减少或突然停止，要立即记录，以利于补浆或复搅。 （４）供浆必须连续，拌和必须均匀。

（５）保证水泥用量。水泥用量是水泥搅拌桩成桩质量的关键。要保证水泥用量必须钻头提升速度，并保证钻杆转速，同时喷浆管道压力应保持在０．４ ＭＰａ～０．７ ＭＰａ之间。每打完一根桩后，要及时计算该桩实际所用的水泥量是否与５５ ｋｇ/ｍ的水泥用量标准相符。

（６）水泥搅拌桩必须确保进入砂砾持力层。根据试验结果，搅拌钻头穿越淤泥层时电流表读数为１５ Ａ～２５ Ａ，进入砂砾层时，突变为５０ Ａ～７５ Ａ。因此当钻进时的电流表读数明显上升时，说明已进入持力层。但有一种特殊情况，未钻至设计标高，电流表读数却上升，这时应继续钻进，这时电流表读数又下降，这种情况很可能是遇到较硬夹层的原因。

（７）成桩后，破除桩头时必须用人工凿桩头以免损坏桩身。 ４．２．４ 特殊情况下的处理措施

（１）在钻进过程中，当卡管时，采取实行慢速钻进；提出钻头，改进钻头；钻进位置较浅时，改用其他方法疏松土层后再钻；如果是提升钻杆时卡钻，则暂停喷浆，待正常后再复喷等措施。

（２）在喷浆过程中，喷浆不畅或堵塞时，应该采用检查灰浆泵运行情况，调整喷浆压力；提出钻头清理喷嘴；清除固化料中的杂物和大颗粒；喷浆不畅时，操纵喷浆阀门由关到开，由开到关，反复多次等方法处理。

５ 效果检验与评价 ５．１ 效果检验

５．１．１ 水泥搅拌桩水泥用量分析

本施工路段共完成水泥搅拌桩９２０８根，计８８７６５ ｍ，共用去水泥４８９２．７ｔ，平均灌入水泥５５．１２ ｋｇ/ｍ，比试桩配合比５５ｋｇ/ｍ的用量稍多。

５．１．２ 载荷试验

设计图纸要求，水泥搅拌桩数量大于１ ０００根时，按桩数的０．３％确定试验桩数。本段需试验桩数为２８根。水泥搅拌桩龄期达２８ ｄ后，监理在施工段范围内选择了２８根桩，由广州建设工程质量安全检测中心做单桩复合地基载荷试验。在试验过程中，随着荷载的逐级增加，压板的沉降量逐渐递增，没有出现突变现象。在各级荷载作用下，沉降均能达到稳定标准。在最大试验荷载２６０ ｋＰａ达到稳定标准时，压板的总沉降量在２８．２８ ｍｍ～３７．５６ ｍｍ之间，沉降量都不大，承压板周围土体没有出现挤出和隆起现象。根据试验的各ｐ—ｓ曲线，各点的单桩复合地基承载力均达到１３０ ｋＰａ，均满足设计要求。

５．１．３ 钻孔取芯试验和开挖检查

设计要求钻芯数量为桩总量的０．５％，本段需钻芯数量为４６根。施工结束２０ ｄ后，监理在施工段范围内选择了４６个钻芯桩点，由广东有色工程勘察设计院进行钻孔取芯。从钻取的芯样中可见：芯样桩身为深灰色，水泥土基本连续，完整性较好（个别完整性一般），水泥分布较均匀（个别局部水泥分布均匀性一般），胶结较好或一般，芯样多呈柱状、块状—短柱状，芯样总体质量较好。桩底持力层基本上都为砂砾层，个别为可塑粉质黏土，桩底持力层符合设计要求。检测的实际桩长与施工桩长基本相符。所取的４６根桩芯样无侧限抗压强度只有一根桩达不到设计要求（强度为１．１８ ＭＰａ），其余均大于１．３ ＭＰａ，强度普遍在１．６５ ＭＰａ～４．９５ ＭＰａ之间。

从现场开挖水泥搅拌桩剖面可见：水泥搅拌桩整体性较好，水泥分布较均匀，桩身直径、桩位符合设计要求。

５．１．４ 沉降观测

本软基处理段在进行路基填土施工前，按照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》对路基的沉降与稳定观测的要求布设观测站，对处理后的软土地基的下沉量进行观测。软土地基开始填筑到路基填土完成，时间约４２ ｄ，测得的沉降量平均约４５．６ ｍｍ，填土完成后，再按每２０ d观测一次，共观测３次，其沉降量分别为：９．３ ｍｍ，５．８ ｍｍ，２．４ ｍｍ。从测得的数据看，其下沉量累计只有６３．１ ｍｍ，并在填土１００ ｄ后，基本不再下沉。其工后沉降量很小（设计要求工后沉降≤２００ ｍｍ），表明水泥搅拌桩加固处理对控制沉降效果良好。 ５．２ 效果评价

从上述效果检验分析可见，软土地基经水泥搅拌桩加固处理后，地基土强度和变形模量提高，地基稳定性增强，复合地基承载力明显提高，达到了控制沉降、稳定路基的目的。 ６ 结语

（１）水泥搅拌桩加固软土路基，在技术上是可行的，在施工质量和处理效果上是好的，其承载力和稳定性将得到较大的提高；

（２）水泥搅拌桩技术的关键是水泥用量的选择和控制、桩端进入持力层； （３）水泥搅拌桩的施工技术参数，应通过现场试桩确定；

（４）水泥搅拌桩施工时，应注意做好文明施工，防止水泥对施工周围环境造成污染。