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方 圆，张江雄，刘永波 （中建三局第一建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430040） 摘 要：水泥搅拌桩是处理软土地基的一种方法，其可快速加固地基软土，提高软土层结构的粘合力不足，增强地基承载能力，同时水泥搅拌桩技术具有适用范围广、施工简单、加固效果好，工期短的优点。文章结合项目的施工经验，总结了软土地基水泥搅拌桩施工工艺与质量控制要点，同时结合现场施工情况，归纳了常见的质量通病并提出了相关预控措施，为类似工程提供了可靠的参考资料。 关键词：软土地基；水泥搅拌桩；施工工艺；预控措施 软土地基由于软土层结构的粘合力不足，导致土层的固定性能减弱，对地面建筑物或公路路面造成极大的破坏，因此软土地基的处理质量是保证工程施工质量管理的重要环节之一。水泥搅拌桩技术通过水泥与软土采用强制机械搅拌，经过一系列物理和化学的反应过程后形成水泥土，提高土体的抗剪强度，改善软土力学性质，降低土体压缩性，增强地基承载能力，达到加固软土地基的目的。同时，水泥搅拌桩技术具有适用范围广、施工简单、加固效果好、工期短的优点。 1 工程概况杨泗港快速通道四新段（陶家岭立交～国博立交），位于武汉市汉阳区，工程沿线原地貌为水塘和芦苇塘，上部充填大量淤泥、泥浆、建筑垃圾和生活垃圾等，下部为原地貌的淤泥及杂填土等。根据设计在上部垃圾清除完成后，采用湿法水泥搅拌桩对软基进行处理。 全段共进行水泥搅拌桩处理面积15025m2，平均处理深度6.0m，共计8482根，按等边三角形布置，直径为0.5m，桩间距1.5m，桩总长为50892m，布置如图1所示。对于基础下面有水泥搅拌桩的挡土墙、雨水管、污水管等部位，水泥搅拌桩在结构物基础底部至地面部分不喷浆，采用空桩。  图1 水泥搅拌桩布置图 2 水泥搅拌桩加固原理水泥搅拌桩是处理软土地基的常用方法之一，其通过搅拌机作用将水泥或水泥浆液与软土进行强制拌合，水泥作为固化剂与软土产生物理、化学作用，形成具有较好整体性、水稳性和一定强度的水泥加固地基。 2.1 软土中水泥的水解与水化反应 水泥浆由搅拌机作用，和软土进行强制拌合。水泥颗粒的表面矿物会发生水解与水化反应，产生氢氧化钙、含水铝酸钙、含水硅酸钙与含水铁酸钙等具有胶结作用的化合物。形成的化合物溶于软土的水中，在达到饱和后，化合物会结晶析出，自由水被固定形成结晶水，与软土凝结形成具有一定强度的水泥土。 2.2 水泥水化物与粘土颗粒的作用 水泥水化反应产生各种水化产物后，一部分通过离子交换、团粒化作用与硬凝反应等方式，与其周围具有一定活性的粘土颗粒产生反应，生成新的矿物；有一部分继续硬化，形成水泥石骨架，增强土体强度。同时，水泥水化反应产生的氢氧化钙，在空气和水中的二氧化碳的作用下发生碳化反应，形成碳酸钙，不断提高水泥土的强度。这种反应较为缓慢，提高强度幅度也较小。 3 施工工艺3.1 施工工艺流程 本次水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺，即搅拌桩机钻杆旋转下沉，当下沉到设计深度后，喷浆反转提升至桩顶位置；再次将搅拌桩机钻杆旋转沉入桩底后喷浆搅拌提升到桩顶。具体施工流程图，如图2所示。  图2 二喷四搅工艺流程图 3.2 场地平整 首先清除表层杂草及流塑状淤泥质土，采用挖掘机及推土机配合进行清理，清理过程中，边清理边填入不小于1m素土拌合表层淤泥，使推土机、挖掘机等履带设备可前行施工不沉陷，之后填筑一层50cm砂砾垫层，作为施工平台，确保水泥搅拌桩桩机正常施工。 3.3 桩位放样 测量人员按设计图纸放线，准确定出搅拌桩处理范围，放出桩位中心，桩位采用木桩进行现场定位，并用白灰做出醒目标记，设置副桩以便复核桩位。 3.4 钻机就位 根据放出的水泥搅拌桩桩位，桩机准确就位，桩位偏差不大于50mm；调整桩机平整度，同时调整搅拌钻杆垂直度，垂直度偏差不得大于1.5%；桩径不得小于设计桩径。 3.5 预搅下沉 在钻进搅拌施工前，检查机械设备，清洗管道，确保设备正常、管道通畅无堵塞。管道中水排尽后，开始搅拌切土下沉，搅拌机延沿导架下沉至加固深度。监测下沉速度，控制钻头每转下沉进程在10～15mm。 防止第一次下钻出现堵管现象，可带浆液下钻，严禁带水下钻，喷浆量不应超过总量的一半。第一次下钻和提钻时统一使用低档位操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的喷浆压力不低于0.4MPa。 3.6 水泥浆拌制 按照试验确定的配合比拌制水泥浆，水泥掺入比按照试桩成果配制。将材料投入搅拌机中制备水泥浆，拌好的水泥浆过筛后进入集料斗中，水泥用量的误差不得大于1%。 3.7 初次提升喷浆搅拌 在搅拌机预搅下沉至加固深度后，启动泥浆泵开始压浆，待水泥浆进入软基层后，开始提升搅拌机，边提升、边搅拌、边喷浆。提升速度严格按照试验结果确定的执行（不大于0.5m/min），保证水泥浆与土体搅拌均匀。为确保水泥搅拌桩的施工质量，提钻需在桩底部与顶部各停留30s，进行磨桩端与桩头，上提过程中余浆全部喷入搅拌桩体内。还要控制搅拌机的提升速度和次数，使其连续均匀，控制注浆量，保证搅拌均匀，同时泵送必须连续。 3.8 复搅提升 为确保水泥搅拌桩的搅拌效果与质量，水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺，当初次提升喷浆搅拌到设计桩顶标高后，需要再次将搅拌机旋转沉入到设计深度，持续喷浆30s后，开始复搅提升。提升过程持续喷浆，控制好提升速度与搅拌转速，到达桩顶标高位置，喷浆口保持持续喷浆搅拌数秒，确保充分搅拌，桩头密实均匀，到达质量要求。 3.9 洗管移位 深层搅拌机施工完一根桩后，向集料斗中注入清水，用灰浆泵送水清洗管路和搅拌头，并移位至下一桩位。 4 质量通病及预控措施通过工程实际施工情况，总结了水泥搅拌桩质量通病，并采取了一系列预控措施，有效的保证了水泥搅拌桩施工质量。主要的质量通病及相应的预控措施如下： 4.1 搅拌体不均匀 其主要原因是选择的施工工艺不匹配，或者由于在施工过程中发生了搅拌机械与注浆机械故障，引起搅拌过程供水不均或注浆不连续，使得搅拌过程出现无水泥浆液拌合，粘土被搅动；或由于操作原因，搅拌机上提速度不均匀等。其结果会导致桩体强度均匀承载力不能满足设计要求。 预控措施：在搅拌桩施工前，应进行试桩试验，根据试桩结果确定搅拌桩工艺参数与工艺流程，确保选择施工工艺合理，并在施工过程中严格执行。同时，每次搅拌施工前必须检查注浆设备、制浆设备与搅拌机械，并进行试运行；增加拌合次数，保证水泥浆搅拌时间不低于2min，使得浆液不沉淀，拌合均匀。采用重复搅拌或一次一次喷浆二次补浆的施工工艺，解决钻进速度快时搅拌速度慢的问题；或者可适当降低钻进速度，增加搅拌转速，边提升边搅拌，确保单位时间内注浆量相等，提高搅拌均匀性，保证搅拌桩质量。 4.2 桩顶疏松，强度较低 其根本原因是顶部表面覆盖厚度较小，对应覆盖压力不足，在搅拌桩施工桩顶部分时，引起土体向上拱起，桩顶部位搅拌混入泥土，造成拌合不均；或者是由于施工过程扰动了表层土，桩顶加固的薄弱位置，容易出现疏松段，加固质量较差。其结果会导致桩顶强度不足，承受荷载后，会发生侧向挤压破坏。 预控措施：为确保搅拌桩桩顶顶加固效果，可将搅拌桩顶标高1m范围内施工一段加强段，即在搅拌桩成桩时，根据需求提高水泥参量10%～15%，进行一次注浆重复搅拌。同时，应考虑在设计搅拌桩桩顶标高上预留出0.5m的凿除段，作为加强段上部。 4.3 桩底出现松散层，强度偏低 搅拌头切片土下沉至桩底时，土被搅松散，如桩底部坐浆/提升喷浆，没有足够的水泥浆到达桩底，进行充分搅拌加固桩底，便会在桩底出现松散层，使底端的强度偏低，使构筑物的附加沉降加大。 预控措施：在切土下沉至桩底时，在桩底输送一次水泥浆液，在桩底喷浆30s，边喷边搅不提升搅拌头，使水泥浆与底端的松散土体充分拌合，30s后再提升喷浆，以保证底加固密实。在桩底0.5m范围内进行二次提升喷浆二次搅拌，确保桩底的强度。 4.4 桩身喷浆不均匀 施工时按提升速率喷出的水泥浆不均匀。产生原因是提升钻杆的速度不均匀；或喷浆管路出现轻度阻塞，导致气压不稳定，使浆液流量时大时小，喷浆不均匀；或在局部松软的土层中漏浆；遇含水量低的粘土搅拌不开，其将导致地基承载力不能满足设计要求。 预控措施：严格控制提升搅拌速度，定时检查电子秤进行监控；注浆检查管路畅通情况，防止出现堵塞现象；搅拌过程遇到局部粘土或松软土地层，通过调节无级变速器、调整输出转速，保持低速钻进、喷浆、搅拌，实现喷浆均匀的效果。 4.5 成桩时随意加水助沉 搅拌头预搅切土下沉发生困难时加水助沉，使土体中水分加大，泵管中的水不排空即输送泥浆，导致桩底部分水灰比加大，从而使桩底和桩身的强度大大降低。 预控措施：当搅拌头预搅切土下沉钻进困难时，可以输入稀水泥浆助沉；如仍不能下沉时，必须用水助沉，则需要把助沉水量进行计算，搅拌头沉到桩底后，应将泵管内水排尽，把助沉水量从水泥浆用水量中扣除，使水灰比不变，若扣除助沉用水量后，水灰比过小，喷浆发生困难时，则应适当增加水泥用量，确保桩体强度。 4.6 喷浆的提升速度与搅拌头的转速不相适应 喷浆提升快，搅拌头旋转慢，会造成喷出的浆液与桩身切削土体得不到充分搅拌均匀，导致桩身强度达不到设计要求。 预控措施：应使喷浆的提升速度与搅拌头的旋转速度相适应，喷浆每提升15min，搅拌头至少相应旋转一圈，使浆液与土体得到充分搅拌，保证桩身强度。 5 结束语水泥搅拌桩是软土地基加固的常用方法之一，其质量是保证工程施工质量管理的重要环节之一。文章结合工程实际情况，简要阐述了水泥搅拌桩加固原理，并总结了施工工艺与质量控制要点；同时深入分析了质量通病的产生原因，提出了相关预控方法，充分保证水泥搅拌桩施工质量。杨泗港快速通道四新段项目，水泥搅拌桩施工质量处于可控状态，能满足设计要求，软土路基处理效果好，其工艺技术与控制措施可为类似工程提供指导与借鉴。 参考文献： [1]王旭峰.水利工程中软土地基双向水泥搅拌桩的技术处理[J].南方农机,2017,48(2):94. [2]聂海岩,岳海飞,刘辉.浅谈软土地基水泥搅拌桩施工和管理[J].公路交通科技(应用技术版),2010,(7):161-163. [3]陈红.水泥搅拌桩在市政道路软基加固中的应用[J]. 南方农机,2017,48(10):103. [4]赵成荣.软土地基处理——水泥搅拌桩探究[J].住宅与房地产,2017,(27):116. [5]杨自政.水泥搅拌桩加固软土地基施工技术[J].建筑技术开发,1997,(1):9-12. [6]曹哲.水泥搅拌桩在角泰路软基处理中的应用[J].住宅与房地产,2016,(18):124. 中图分类号：TU471.8 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2017）11-0042-02 作者简介：方圆（1991-），男，硕士，研究方向：市政工程管理。 |
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