综述水泥搅拌桩湿喷法在宁启高速公路先锋互通工程软土地基加固中的应用
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【摘 要】本文结合工程案例详细的介绍水泥搅拌桩（湿喷法）施工工艺和技术要点，并阐述了各阶段的质量控制措施，通过各阶段的严格控制，达到提高地基承载力的目的，是一种加固软土基地的行之有效的方法。
【关键词】水泥搅拌桩；湿喷法；施工质量控制；软基处理；加固效果检测
1 工程概况
1.1 工程概况
宁启高速先锋互通工程地处长江下游，地质的不良地质现象主要为软弱土，用水泥搅拌桩（湿喷法）处理软土地基段落为宁启高速公路主线两侧拼宽范围MK269+820～MK270+870长度1050m、互通匝道立交桥（高填方）桥台后100m、构筑物地基加固处理，计15338根，其总桩长154118延米，搅拌桩直径为50cm，桩长为10.0m和11m（量较少），间距为1.5m和1.2m，桩位采用梅花型布置。桩位平面置呈梅花形。
1.2 该工程地质条件
该地质情况大致为以下几层：
（1）浅部埋深软弱土，为粉质黏土与粉土互层夹粉砂，灰褐、灰色，流塑—软塑，互通区普遍分布，分布层位较稳定，顶面埋深0.4—3.m，层厚1.0—3.4m。
（2）埋深较大软弱土，为粉质黏土夹粉砂，灰褐、灰色，软塑，局部分布，顶面埋深20.8—24.2m，层厚4.9—5.6m。
（3）埋深较大软弱土，为粉质黏土夹粉砂与薄层粉砂，灰褐、灰、青色，软塑，局部分布，顶面埋深32.6—33.4m，层厚4.9—5.6m。
2 水泥搅拌桩（湿喷法）加固原理
水泥搅拌桩（湿喷法）加固软土地基实际上就是水泥加固土的过程，即采用机械深层搅拌软土与水泥浆进而发生的一系列物理化学反应形成复合地基的过程。
2.1水泥的水解和水化反应
水泥搅拌桩（湿喷法）施工是首先将水泥拌和成水泥浆，水泥中各种钙质矿物和水完成部分水解和水化反应后，再和软土中的水继续进行水解和水化反应，生成钙质化合物，这是形成复合地基强度的主导因素。
2.2粘土颗粒与水泥水化物的作用
当水泥中的各种水化物生成后，一部分自身继续硬化，形成水泥骨架；另一部分则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。
2.2.1离子交换和团粒化作用
粘土中的化合物表面带有各种离子，它们和水泥水化生成的钙离子进行当量吸附交换，从而提高土体强度；又由于软土本身具有胶凝性，再和水泥水化作用形成的凝胶粒子结合起来，形成水泥土坚固联结的团粒结构，使水泥土的强度大大提高。
2.2.2凝硬反应
随水泥水化作用生成的钙离子超出交换所用的数量时，这部分钙离子就与组成粘土的化合物反应，生成许多不溶于水的结晶化合物并逐渐硬化，同样大大的增强了水泥土的强度和水稳性。
3 施工工艺和质量控制
3.1 现场试桩
为更科学的指导施工，严格控制水泥搅拌桩（湿喷法）施工质量，确定各种操作技术参数，施工前，必须根据设计要求和确定的配比进行工艺性试桩。通过试桩：a.验证室内配合比；b.掌握下钻、提升的困难程度；c.确定钻头进入硬土层电流变化程度；d.确定水泥浆液密度；e.确定合适的输浆泵的输浆量；f.掌握水泥浆到达喷浆口的时间、搅拌机提升速度、复搅下沉、复搅提升速度等参数；g.了解施工中冒浆情况及采用下沉喷浆和提升喷浆的不同效果。现场工艺性试桩一般应在6根左右，试桩施工段落最好选择在地质最差段落，以利于更好的控制后续施工。
3.2 施工工艺流程
水泥搅拌桩（湿喷法）施工工艺流程如下：
桩位放样钻机就位检验、调整钻机正循环钻进至设计深度打开高压注浆泵反循环提钻并喷水泥浆至工作基准面以下0.25m重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度反循环提钻至地表成桩结束施工下一根桩。
3.3主要设计参数
（1）浆液以425#普通硅酸盐水泥为主配置，水泥用量为每米55kg，水灰比为0.55，石膏粉为水泥用量的2％，水泥浆液搅拌时间至少3分钟，泥浆比重控制在1.72～1.78。
（2）桩身的设计强度无侧限抗压28天龄期：不低于1.0Mpa，90天龄期：不低于1.2Mpa。
3.4 施工质量控制要点
由于湿喷桩施工具有点多、线长、面广的特点，施工的管理难度较大，所以单靠旁站人员的管理是不够的，业主、驻地监理组、项目经理部及工区都应抽调专人，成立巡查小组参与湿喷桩的施工现场管理，巡查小组实行24小时轮回不间断巡查，对现场出现的问题迅速进行处理，这样形成一个至上而下、全方位的管理网络，使湿喷桩施工管理不留盲点，使质量隐患消除在萌芽中
（1）水泥浆必须按预定的配比进行水泥、石膏粉和水的拌制，配备好的浆液不得离析，保证每根桩所需的浆液一次单独拌制完成，使用前过筛并在2h内用完。浆液储量不少于一根桩的用量，做到一桩一配浆，一桩一清池，否则不得进行下一根桩的施工；施工时输浆管路保持潮湿，以利于输浆。水泥剂量的控制：为确保桩体水泥每米掺入量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪，同时现场应用比重计控制水泥浆稠度。
（2）对输浆管经常检查，每天泵送浆液前用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，管路应保持潮湿，以利输浆，管道长度不得大于60m，。现场拌制浆液，应有专人控制并记录固化剂、外掺剂用量，并记录泵送浆开始及结束时间。
（3）供浆必须连续，拌和必须均匀。一旦因故停浆，为防止断桩和缺浆，应使浆搅拌机下沉至停浆面以下0.5m，待恢复供浆后再喷浆提升。如因故停机超过3小时，为防止浆液硬结堵管，应先拆卸输浆管路，清洗后备用。
（4）水泥搅拌桩（湿喷法）的垂直度，钻机的平整度和导向架的垂直度，根据在主机上悬挂一吊锤控制湿喷桩的垂直度偏差≤1.5％。
（5）预搅下钻，速度≤1.0m/min；到达硬层后提前喷浆，间歇一定时间再提升钻具，速度≤0.8m/min，确保底部有足够的灰量；喷浆搅拌提升至离整平高程下0.25m（或规定标高）处停喷；重复搅拌提升，直至离整平高程0.25m，四搅两喷。每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa。
（6）桩长、桩位、桩径的控制：桩长现场采用控制，既地勘资料和文件中处理长度为基础，在钻机搭架上做出明显的标记，设计桩长深度位置、没进钻的钻顶的位置贴上（划上）明显标记并写上数字，同时结合施工机械的电流变化，当一般电流到达60～70A，可认为已进入相对硬层。桩位的控制，技术员依据设计要求进行现场放样，用竹签布置桩点位，控制湿喷桩的桩位偏差≤5cm。桩径的控制，要求不小于设计直径（50cm），要经常检查钻头，发现磨损超限时及时焊补。
（7）单根桩开钻后应连续施工，严格控制起喷及停喷高程，不得间断，以保证搅拌桩长度。如遇停机或机械故障停喷，应及时记录中断高程，待恢复正常后立即进行复搅，复搅重叠长度不小于1m，如中断时间超过12小时，则应采取补桩措施。
（8）整桩喷浆搅拌结束后，为使软土与水泥搅拌均匀，应再次将搅拌拌头边旋转边沉入土中至设计深度，再将搅拌头边旋转边提升出地面。
4 加固效果检测
4.1 取芯试验
按施工区域对水泥搅拌桩成桩28天后检测，经业主（交通局）直接委托检测单位（南京河海工程检测咨询有限公司）用钻孔取芯、标准贯入对其检查。根据施工区域或段落分5次检桩，共计检测83根桩，钻孔总进尺833m，标准贯入试验501次，取芯芯样数249个；检测工程中都是在监理单位、建设单位派相关负责人在现场全过程旁站和监督。根据检测单位的检测报告：a.现场取芯情况，芯样搅拌均匀，取芯桩长达到设计长度；b.在质量评定最终成果报告表中桩检达到“良”的42根桩，桩检达到“优质”的41根桩。达到了预定的目标，得到了业主的好评和认可。
4.2 施工监测
路基填筑施工过程中实测路基沉降和位移如下：
（1）在施工的第一个月内每两天观测一次，观测沉降数据在5～8mm，观测位移数据在3～5mm，累计观测15次：沉降在75mm、位移在50mm；
（2）路基填筑施工在一个月后至路堤填筑到顶（两个半月时间），每填一层填料进行一次观测，观测沉降数据在3～6mm，观测位移数据在0～3mm；累计观测16次：沉降在80mm、位移在42mm；
（3）路床填筑1～3层施工后，每填一层填料进行一次观测，观测沉降数据在4～0mm，观测位移数据在2～0mm；累计观测3次：沉降在9mm、位移在4mm；
（4）路床填筑第4层堆载预压（等载预压）4个月，第一个月每3天观测一次，第二、三个月每7天观测一次，第四个月每15天观测一次，观测沉降数据在1～0mm，观测位移数据在1～0mm；累计观测20次：沉降在14mm、位移在1mm。
4.3 加固效果分析
观测结果显示，水泥搅拌（湿喷法）处理路段在一般等载预压4个月后，路基沉降已经趋于稳定，从路基填筑施工到堆载预压结束（卸载），累计沉降量为178mm、位移为97mm，符合设计技术要求：沉降≤10mm/昼夜，位移≤5mm/昼夜；同时保证路面施工条件：路基连续两个月沉降速率≤5mm/月。
5 结语
（1）水泥搅拌桩（湿喷法）属于隐蔽工程，完工后必须进行中间交工检测，合格后才能进行后续工序施工。其质量控制应贯穿在施工的全过程，施工中必须随时检查施工记录和计量记录；重点检查水泥用量、桩长、搅拌头提升速度、垂直度、复搅和搅拌深度等。
（2）实践证明水泥搅拌桩（湿喷法）是一种处理软土地基的行之有效的好方法，具有施工方便、工期短、工后沉降小等优点。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.JTJ017-96公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，1996.
[2]马诗宇.湿喷法水泥搅拌桩在桥头软基处理中的应用[J].交通科技，2004（6）.