拦河坝软基水泥搅拌桩处理

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[摘要]水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。

[关键词]壅水坝基础；水泥搅拌桩；固化剂；地基强度；不均匀沉降

1、前言

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。

2、概况（地质条件）

广西桂林市桃花江市区整治工程（铁路立交桥～芦笛公园）中改造的徐家坝为拦河坝，拆除原有干砌石矮坝后改建成橡胶壅水坝，壅水坝单跨长度74m，最大坝高2.5m，坝前齿槽底板高程141.40m，坝基底板高程为141.90m。壅水坝左坝段坝基持力层为强透水圆砾层，下卧土层为淤泥质粉质粘土、软～流塑粉质粘土、含软塑粉质粘土圆砾、粉砂层；右坝段坝基持力层为强透水圆砾层和中砂层，下卧土层为淤泥质粉质粘土、含软塑粉质粘土圆砾、软～流塑红粘土。坝基存在的主要工程地质问题有：

（1）地基强度问题

坝基土层承载力特征值持力层为90kPa～140kPa，下卧层承载力特征值持力层为60kPa～100kPa，承载力较低，不能满足建筑物基础强度要求。

（2）不均匀沉降问题

坝基持力层主要为圆砾层和中砂层，持力层承载力特征值为90kPa～140kPa，承载力较低，压缩模量为4.5MPa～9MPa，压缩系数为（0.1～0.2）MPa-1，属中压缩性土层；下卧层为淤泥质粉质粘土、软～流塑红粘土；下卧层承载力特征值为60kPa～100kPa，承载力较低，压缩模量为3MPa～6MPa，压缩系数为（0.2～0.541）MPa-1，属中～高压缩性土层。坝基持力层与下卧土层物理力学性质差异过大，土层均匀性相当差，在坝体自重和水压力作用下，易造成不同坝段的差异沉降，致使坝体的倾斜和不均匀沉陷，导致坝体破坏。

针对徐家坝址地基强度低、不均匀沉降的问题，进行地基处理方案比选。通过分析方案的施工质量可靠性、施工工期影响及工程投资，确定采用水泥搅拌桩的地基处理方案。

3、方案设计及技术要求

采用水泥搅拌桩地基处理方案，其关键是水泥与土搅拌后，水泥与土是否固结并达到一定的强度。为确保该方案切实可行，地质专业人员在徐家坝坝址布孔，全孔取样，取样深度最深达12m，进行水泥土配合比试验。根据《建筑地基处理技术规范》（GB-2003），实验采用水泥土配合比水泥掺入量为15%，对比较软弱的淤泥质土，其配合比水泥掺入量采用15%和20%两个级别。根据水泥土配合比试验成果，水泥与土搅拌后固结较好，水泥土无侧限抗压强度值最高为圆砾水泥混合土达6.9Mpa，最低为淤泥质混合土，为1.7Mpa，试验表明，水泥土即桩身强度为1.7Mpa，达到桩身强度要求，因此坝基采用水泥搅拌桩地基处理方案可行，具体设计如下：

（1）根据地质勘察报告和上部结构的要求，设计采用桩径为φ500的水泥搅拌桩进行基础处理，桩间中心距为1m，梅花形布置，桩基深入灰岩面，共设1866根桩。

（2）设计要求本场地经搅拌桩处理后的复合地基承载力标准值f spk≥170kPa。

（3）固化剂采用强度等级为42.5级普通硅酸盐水泥，要求水泥土90天室内无侧限极限抗压强度大于1800KPa（水泥掺入比15%～20%、水灰比0.5～0.6、可添加一定比例的减水剂，具体施工配比由试验确定）。

（4）深层搅拌桩施工前应现场进行工艺性试桩，数量不得少于2根。当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥掺量。

（5）桩位按设计图尺寸布置，施工时桩位偏差小于50mm，垂直度偏差不超过0.5°，桩体施工时应进行两次复搅，桩头部位多复搅一次，保证桩身搅拌均匀，无断桩、缩颈现象。当填土层硬杂质较多时，应增加搅拌次数，使水泥和土搅拌均匀。

（6）桩基础施工工作平台高程为143.00m。施工停浆面应高于桩顶设计标高0.3m～0.6m，开挖基坑时应将桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除，在基础和施工平台之间设0.3m～1.1m左右的级配砂石褥垫层，最大粒径小于20mm，待搅拌桩施工完后再清除褥垫层。

（7）施工中如发现不良地质情况（如土洞等），及时通知相关单位及时调整方案。

（8）单桩施工完成后7天内，随机选取总桩数的2%做轻便触探试验，判断桩身强度和搅拌均匀程度；施工完毕后按规范进行复合地基静载荷试验。

（9）其它未尽事宜详见《建筑地基处理技术规范》。

4、施工

4.1施工分类

目前，水泥搅拌桩按主要使用的施工方法分为单轴、双轴和三轴搅拌桩；按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。本项目采用三轴搅拌桩、湿法的施工方法。

4.2施工准备

（1）搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍（包括大块石、树根和生活垃圾等）。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。

（2）水泥搅拌桩应采用合格等级强度普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。

（3）施工单位应做好水泥搅拌桩施工过程的详细资料记录，监理工程师每天收集一次，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。

（4）水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。

4.3施工流程

搅拌桩施工流程主要为：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0.3m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。桩位放样：根据桩位设计平面图进行测量放线，定出每一个桩位，误差要求小于钻机。定位：依据放样点使钻机定位，钻头正对桩位中心。用经纬仪确定层向轨与搅拌轴垂直，调平底盘，保证桩机主轴倾斜度不大于1%。钻进：启动钻机钻至设计深度，在钻进过程中同时启动喷浆泵，使水泥浆通过喷浆泵喷入被搅动的土中，使水泥和土进行充分拌合。在搅拌过程中，记录员应记录主要参数变化情况。重复搅拌和提升：采用二喷四搅工艺，待重复搅拌提升到桩体顶部时，关闭喷浆泵，停止搅拌，桩体完成，桩机移至下一桩位重复上述过程。

4.4施工控制

（1）水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻

（2）为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。

（3）对每根成型的搅拌桩质量检点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。

（4）为了确保桩体质量达到设计要求，施工方必须严格按照试验桩得出的配比及工艺进行施工，同时现场应记录水泥浆比重，监理工程师和项目经理部质检人员随时抽检。

（5）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。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）为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。

（7）在搅拌桩施工过程中采用能较好地解决喷浆中的搅拌不均问题"叶缘喷浆"的搅拌头。这种搅拌头的喷浆口位于搅拌叶片的最外缘，当浆液离开叶片向桩体中心环状空间运移时，随着叶片的转动和切削，浆液能较均匀地散布在桩体中的土中。

（8）施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

（9）施工中发现喷浆量不足时应整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段要求大于1m，超过12小时的采取补桩措施。

（10）现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：施工桩号、施工日期、天气情况；喷浆深度、停浆标高；灰浆泵压力、管道压力；钻机转速；钻进速度、提升速度；浆液流量；每米喷浆量和外掺剂用量；复搅深度。

5、质量检查

成桩7天内用轻便触探法检验桩体质量。用轻便触探器所带勺钻，在桩体中心钻孔取样，观察颜色是否一致，检查小型土搅拌均匀程度、根据轻便触探击数与水泥土强度的关系，检查桩体强度能否达到设计要求；施工完毕后按规范进行复合地基静载荷试验，并制作完成坝基水泥搅拌桩施工质量检查报告。

6、结语

桂林市桃花江市区整治工程（铁路立交桥～芦笛公园）坝基水泥搅拌桩施工质量检查报告显示，经过水泥搅拌桩处理后，坝基持力层和下卧层承载力均得到了提高、土层均匀性亦得到改善，完全能避免因坝体倾斜和不均匀沉陷导致坝体破坏。

参考文献

[1]康世荣，陈东山.水利水电工程施工组织设计手册 第三卷.施工技术.北京：中国水利水电出版社，2001.

[2]JGJ 79―2002，建筑地基处理技术规范.

[3]GB 50487―2008，水利水电工程地质勘察规范.

[4]SL 191―2008，水工混凝土结构设计规范.