浅析水泥搅拌桩施工技术在地基基础处理中的应用

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摘 要: 水泥搅拌桩具有施工工期短、适用范围广泛、对周围环境影响小等优点。笔者根据多年的工作经验，从以下几个方面阐述了水泥搅拌桩在地基基础处理中的应用。

关键词:地基基础 水泥搅拌桩应用

一、地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术

（一）水泥搅拌桩施工技术适用范围。

水泥搅拌桩施工技术可适用于淤泥、淤泥质土、软粘土、粉土、素填土( 包括吹填土) 及含水量较高的粘性土等各类软弱土层的处理。

（二）水泥搅拌桩施工技术处理形式。

水泥搅拌桩施工技术进行地基基础处理的形式多样。既可对建筑物软土基础进行块状或柱状处理，形成桩土复合地基；也可形成格栅式挡墙，作为深基坑临时支护；同时还可施工成壁状，作为水工建筑物等的地下防渗帷幕。

二、地基基础处理中的水泥搅拌桩施工工艺

2.1 场地整平

将施工场地进行整平，以满足搅拌机行走和移动，并清除现场地面及地下一切障碍物，对淤泥等软弱部位应挖除，并换填好土，基底预留土层厚度应不小于500mm ，待基础施工时挖除。

2.2 试成桩

水泥搅拌桩施工前进行试成桩，确定有关施工技术参数，如钻进速度、桩底标高、桩顶标高、灰浆的水灰比、搅拌机的钻进速度、提升速度、单位长度的输浆量及灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间。试桩数量一般不少于3 根。

2.3 放样

通过测量控制点测定桩基轴线、定位点和水准点。放设桩位，并对桩位进行编号。在每排桩轴外侧设立控制桩，同时做好对控制桩的固定与保护。

2.4 机械选用

水泥搅拌桩机有单头深层搅拌机( 型号有DSJ- Ⅱ型、GZB-600 型等) 和双头深层搅拌机(型号有SJB-40 型等)，作柱状及块状处理的地基基础可采用单头搅拌机，作壁状或格栅状处理的地基应采用双头搅拌机。此外，灰浆搅拌机及灰浆泵应选用专用或配套设备。

2.5 成桩工艺

将搅拌机对准桩位，保证桩机导向架的垂直度，并在机架上标明刻度和桩深位置线，控制桩架垂直度偏差不得超过1.5％，桩位偏差不大于50mm 。当搅拌冷却水循环正常后，启动搅拌机电机放松桩架或起重机的钢丝绳，使搅拌机借自重沿导杆切土搅拌下沉，将土搅松，下沉速度可由电机的电流监测表控制，一般为0.38～0.75m/min，如下沉速度太慢，可从输浆系统补给适量清水(点射法射水),以利钻进。施工中应尽量避免冲水，给水过多会影响桩身强度。当搅拌机下沉到一定的深度时，即开始按确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中备用。深层搅拌桩水泥掺入量一般为加固土重的10％～15％，固化剂和外掺剂须通过加固土室内试验方能使用。在钻孔现场选取原状土和拟使用的水泥等固化剂，拌制试块进行无侧限抗压强度试验。对承重水泥搅拌桩取90天龄期试件强度，支护等水泥搅拌桩取28天龄期试件强度。制备好的水泥浆不得离析，超过2小时的浆液应降低标号或另作他用。泵送必须连续。拌制浆液的罐数、水泥用量以及泵送浆液的时间由专人控制，并做好记录。用流量泵控制输浆速度，使注浆泵出口压力保持在0.4MPa-0.6MPa，并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆从搅拌机中心管不断压入地基基础中，为保证桩端施工质量，当浆液到达出浆口后，应喷浆座底30秒，使浆液完全到达桩端。边喷浆边搅拌，直至提出地面完成一次搅拌过程。提升时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机，一般按0.5m/min的均匀速度提升。搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求。应有专人记录搅拌机每米下沉或提升的时间，深度记录误差不大于50mm ，时间记录误差不得大于5秒，施工中发现的问题应及时处理。

三、地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术涉及的问题分析

3.1 总量控制问题

水泥搅拌桩施工技术只不过是改善被加固深度的软弱地基土的物理、力学性质， 使软土硬结成具有整体性和水稳定性、地基变形量降低、地基承载力提高的良好地基，但它不可能不产生沉降。问题是将沉降量控制在多少范围，一般来说，沉降量过大，容易产生沉降差偏大。而沉降差的控制，还要看工程的结构类型。整体性好、层刚度大的刚性方案的工程总要比大空间的层刚度小的弹性或刚弹性方案的工程沉降差容易控制；另外，建筑物的体型与沉降差的控制关系甚密，高宽比大的工程比高宽比小的工程沉降差比较敏感。多层建筑的高宽比一般在2以内，个别多层框架结构工程的高宽比达2 .7 。因此在设计水泥搅拌桩时，其总量控制要注意到不同的结构类型: 结构选型容易产生沉降差的工程，要适当放宽；高宽比接近临界值的工程，容易产生沉降差，总量也要适度放宽。这就是地基与基础设计中的定性分析、概念设计。

3 .2 群桩的形心与建筑物的重心问题

建筑物之所以倾斜，原因之一是基础的形心与建筑物的重心偏移太大所致，这就是整体稳定设计，尤其是软弱地基，除了设计计算偏心引起倾斜以外，还有偏心效应加剧倾斜。在任何版本的规范中，都规定了群桩的形心要与建筑物长期荷载作用下的重心重合，同时使桩基在受横向力和力矩较大方向有较大的抵抗力矩，这一点在桩基设计中往往被设计人员重视，但在水泥搅拌桩复合地基设计中却往往被人们忽视，例如像单边外挑廓的教学楼这样工程，其重心偏移较大，整体计算总的倾复力矩很大，靠加宽外纵墙基础宽度、增加该轴水泥搅拌桩桩数是不能奏效的，应延伸横轴位置布桩， 增加桩的抵抗力矩，使其整个工程桩的形心与该建筑物重心吻合。还有框架结构的基础，单柱传给基础的内力，不能仅仅注意到轴力，还要注意到弯矩和剪力。为此，在边柱布桩时，不仅仅只考虑弯矩平面外轴列布桩，更重要的要考虑弯矩平面内轴列布桩。否则，由于柱脚弯矩引起基础转动， 而不能约束，与柱脚嵌固的计算假定不符，造成不均匀沉降，引起质量事故。因此，在边柱布桩时宜设置探头桩，并在弯矩平面内有一定刚度的基础拉梁， 如果柱网尺寸适宜，框架柱轴力宜按基础梁线刚度在正交二个方向分配，但弯矩和剪力应按计算假定满足设计要求。这样布桩，沉降较均匀。另外一个问题，框架结构也有外悬挑的问题。因此，它除了单柱桩群形心与柱的荷载重心重合计算外，还有整体稳定计算的问题，尤其当建筑物高宽比大于1.5 时，软弱地基上的建筑物整体稳定计算应当引起高度重视。

3.3 复合地基上的褥垫层的应用

某一个工程水泥搅拌桩静压试验，单桩竖向承载力标准值只有设计计算值的7 0 ％左右，补桩已是不可能了，调整基础宽度实际上起不到理论计算的复合地基作用，必然是沉降较大。根据静载试验P - S 曲线去s/d=0.01 所对应的荷载作为单桩承载力标准值，此值为设计计算值的8 5 ％左右，然后调整基础宽度，并在其上铺一定厚度的砂石作为褥垫，褥垫层宽度要比调整后的基础混凝土垫层宽度宽出两倍褥垫层厚度，竣工后，沉降仅60mm ～90mm 。

复合地基上的褥垫层应用，较理想的是应用于纯磨擦型的接近刚性桩或刚性的磨擦桩，例如钢筋混凝土疏桩基础或桩土应力比较大的水泥搅拌桩桩土抗压强度较高、单桩承载力较大、置换率低，而基础较宽应用褥垫层，均可充分发挥桩和同作用，会收到良好的工程效益和经济效益。

四、地基基础处理中的水泥搅拌桩施工案例分析

4.1工程概况

中山东二路工程位于宁波市东部新城核心区块。道路西起世纪大道，东至福庆路，全长约2254m。城市主干路，道路宽40米，双向4车道加两个公交专用车道，设计行车速度40km/h。车行荷载标准城A级。道路北侧人行道下为共同沟，道路南侧人行道下为雨水、污水、燃气管线。

本标段工程施工范围为K0+000～K0+980，道路全长980米，施工内容包含道路、排水、桥梁、共同沟、过街地道及交通设施等。

4.2实施原因

因本工程道路沿线均为软土地段，表层“硬壳层”厚度很薄，且不连续分布，其下有10~17米的海积软土，具高压缩性、高含水量、高灵敏度、低强度等特征，未经处理直接做路基时，不仅沉降量大，而且会产生路面不均匀沉降。因此，需进行软土加固处理。

4.3实施方法

（1）桥台台后软基处理。

桥台台后地基处理范围20米。挖除耕植土，整平场地。台后第一排水泥搅拌桩中心至桥台外侧钻孔灌注桩中心间距2米。台后20米范围内水泥搅拌桩一般为12～16米长，以打穿2层软弱层为原则，间距1.2～1.5米，梅花形布置。台后10米采用水泥搅拌桩结合粉煤灰轻质路堤的填筑。

处理宽度为全路幅宽度（除共同沟、管线部位），并在挡墙基础或坡脚边线各外延一排。

（2）桥台台前软基处理

桥台台前采用松木桩处理。台前第一排松木桩中心基本与桥台内侧钻孔灌注桩中心一致。共打3排，松木桩梢径16、长8米、间距1米、梅花型布置。

（3）填河段软基处理

现状河流河底标高为-0.22～-1.4米之间，采用水泥搅拌桩处理。抽干积水、清除浮泥（浮泥暂按1米深计）后回填素土（夯实）至原地坪。打桩径为Φ50的水泥搅拌桩（湿喷），桩顶与开挖地坪平。桩长12.5～14米，间距1.2米，桩头处理后铺40砂石褥垫层，上铺一层土工格栅。

（4）挡墙基底软基处理

挡墙基础底范围内用桩身直径0.5米水泥搅拌桩处理，桩长12～16米，处理宽度为6m，正三角形布置，间距1.2米，其复合地基承载力不小于90kpa。

（5）污水顶管范围软基处理

采用水泥搅拌桩处理，桩底标高距管顶0.5～1米，桩长3～5米，桩距1.2米，梅花形布置。

（6）管道软基处理

本工程除污水顶管外，管基下软土地基处理，全线都采用Φ500水泥搅拌桩处理，管道（D300～D400）纵向水泥搅拌桩桩与桩间距为1000（mm）,单排布置；管道（D500～D800）纵向水泥搅拌桩桩与桩间距为1000，错开三角形布置，在检查井下采用1000*1000（）正方形布置，沿线桩长根据地质、覆土不同而变化。

（7）共同沟软基处理

本工程共同沟下软土地基处理，全线都采用Φ600水泥搅拌桩处理，纵向水泥搅拌桩桩与桩间距为1200*1200（），正方形布置。沿线桩长根据地质、覆土不同而变化。

（8）人行地道软基处理

人行地道水泥搅拌桩采用Φ500直径，正方形布置，道路范围内采用0.9m间距，其他采用1.0m间距。

（9）软基处理过渡段

水泥搅拌桩处理路段和共同沟、人行地道维护衔接时，为避免不均匀沉降过大，在路堤填土内铺设两层土工格栅作为过渡段，格栅与不同处理段的搭接不小于2米，上下两层间距30。

4.4施工效果

路基填筑至设计高程后，应在路肩设观测桩，与边桩和沉降同步进行观测，通过测量路肩观测桩的高程变化，确定路基面的沉降量。前2～3个月内，每5天观测一次，三个月后7～15天观测一次。如沉降不稳定或达不到规范要求,采取压槽进行处理。但经静载检测合格后的软土地基，其沉降量观测在短期内就趋于稳定,不再发生沉降。本工程软基经水泥搅拌桩加固处理后，经检测表明，加固效果明显，路基的沉降显著减小，承载力得到较大增加，达到了设计要求。并且经一年来路基沉降和位移观测，路基沉降量完全达到路基施工规范要求。

五、结束语

水泥搅拌桩虽具有一定强度，但其受力特性更符合柔性桩，符合地基基础假设条件，不要误认为是桩基础。因此不要片面追求桩身强度，可使桩身具有一定的变形量。按应力传递规律，也不必强调桩身上部与下部强度一致。经过实践表明，水泥搅拌桩施工技术在地基基础处理中取得了良好的效果。