中化泉州石化1200万吨/年炼油铁路专用线水泥搅拌桩试桩总结

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摘 要 水泥搅拌桩是软基处理的一种有效形式，本文对中化泉州石化项目水泥搅拌桩试桩进行总结，通过对不同掺和比的试桩成果的相关质量检测，取得经济可靠的施工配合比，确定符合设计要求便于现场实施的工艺控制参数，以指导水泥搅拌桩施工。

关键词 软基处理；水泥搅拌桩；试桩总结

中图分类号TU7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0203-03

0引言

水泥搅拌桩是利用专用的水下深层搅拌机，将预先制备好的水泥浆等材料注入水下地基土中，并与地基土就地强制搅拌均匀形成拌和土，利用水泥浆的水化及其与土粒的化学反应获得强度而使地基得到加固的方法。这种方法适用于处理淤泥、淤泥质土含水率高且地基承载力标准值低于120MPa的粘性土等软基加固，水泥搅拌桩加固软土地基，具在在短期内可获取所需要的地基强度，加固后地基变形小，和施工无公害等优点。取得满足设计要求又经济可靠的施工配合比和确定便于现场实施的工艺控制参数，有效地控制深层水泥搅拌桩的成桩质量是我们在工艺试桩中探索的一个课题。

1 试桩布置形式及布置情况

在施工现场进行了15根水泥搅拌桩成桩工艺试验，该试验桩已按照既定方案顺利完成。水泥搅拌桩布置形式为正三角形布置，桩间距为1.1m，搅拌桩直径为0.5m，设计桩长为按10m控制，实际桩长根据水泥搅拌桩试桩记录数据均为10m。

2 工程地质情况

该工程地质图自上而下为：1）层素填土；2）层淤泥；3）层细砂；4）层中砂；5）层粉质粘土；6）层淤泥质粘土；7）层中砂；8）层粉质粘土；9）层全风化花岗岩。

3 试桩目的

1）确认每根搅拌桩水泥用量；2）根据不同配合比确定技术参数；3）确定该地质条件下，按室内配合比在现场施工，水泥搅拌28的无侧限抗压强度、单桩承载力、复合地基承载力是否满足设计要求；4）取得经济可靠的、符合设计要求便于现场实施的工艺控制数据，以便指导本段水泥搅拌桩大面积施工。

4 试桩施工工艺参数的确定

4.1掺灰率选定

根据设计要求，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，掺灰量为被加固土湿质量的15%～20%；地下水具有侵蚀性时，采用水泥+粉煤灰，粉煤灰掺量为水泥质量的20%。为选择经济、可靠、合理的水泥浆配比，试桩按水泥浆配比试桩和水泥+粉煤灰试桩，试桩数量如下：

按水泥+粉煤灰配比试桩：水泥+粉煤灰总量掺比为15%、16%、17%、18%、19%的各试桩三根，其中水泥：粉煤灰=5：1，共15根。

在2013年10月19日，15根试桩已顺利完成。

根据设计要求，桩身胶凝剂及采用水泥和粉煤灰，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰为II级或以上强度。再根据配合比室内试验结果，选择掺灰量分别为15%、16%、17%、18%和19%的试桩（共15根）作为检测对象，对其进行取芯观测、无侧限抗压强度检测、单桩承载力检测、复合地基载荷检测，从而确定所需配合比及各项参数。选定掺灰量为15%，每米试桩水泥用量为53.014kg，粉煤灰用量为10.603kg。

室内具体掺量见下表：

现场试桩具体每米搅拌桩掺量见下表：

4.2水胶比

按设计要求，水胶比为0.45～0.55，再结合实际土质的含水率较高，水胶比采用0.50。已知水比重为1，水泥比重为3.1，总重量÷总体积，即浆液比重为（1+0.50）÷（1÷3.1+0.50÷1）=1.824（kg/m3）

4.3喷浆量

每米喷浆量=（每米水泥用量+每米粉煤灰用量）×1.50÷1.842（L）。

试桩过程中喷浆速度为31.0L/min～52.5L/min。

计算各种配比每米喷浆量及实际试桩喷浆量如下表：

5 施工过程质量控制

5.1钻进速度与提升速度及钻头速度的控制

钻进时根据地层条件合理使用档位，提升时宜降低档位，避免提升速度过快。注意控制搅拌机提升到地面以下1m时要减慢提升速度。钻头转速控制在30r/min～200r/min。

5.2桩底打入持力层深度

在每台桩机的钻架画上钻进刻度线，每0.5m一道标号标号，同时以小票的数据来控制桩长。以桩长10m控制为准。停灰面高于桩顶50cm。

6 施工工艺

水泥搅拌桩试桩采用“两喷四搅”施工工艺，详见工艺流程图。

水泥搅拌桩施工工艺流程图

6.1钻机就位

将钻机安置在测设的桩位上，使钻头对准桩位，桩位允许偏差≤50mm，然后调整桩机的平整度和垂直度，垂直度允许偏差≤1%，以保证桩身垂直。

6.2制浆

根据施工前室内配方试验确定的最佳水泥用量、水胶比制浆，要求水要清洁、酸碱适中。浆液配制顺序：先加入规定用水量，然后边搅拌边加入水泥和粉煤灰，并用比重计检浆液比重，设计浆液比重为1.824kg/m3。最后放入二次搅拌桶内进行二次搅拌。

6.3浆液加压

采用高压泵将浆液高压管送至喷嘴。

6.4钻进搅拌至设计深度后提升钻头、喷浆搅拌

钻机就位后，开启钻机搅拌，直至钻进至水泥搅拌桩设计深度。钻进至设计深度后，钻机反转，边提升钻头，边自下而上喷浆、搅拌，直至提升至桩顶。

6.5二次钻进、搅拌至设计深度后提升、搅拌

钻头提升至桩顶后，二次下钻，搅拌，直至钻进至水泥搅拌设计深度。二次钻进至设计深度后，将钻机反转，提升钻头，边提升钻头、边搅拌。提升至地面以下1m时，宜减慢速度，当喷浆口至桩顶标高时，应停止提升搅拌10～20s，以保证桩头密实均匀。

6.6清洗、移位

灌浆完成后，提升钻杆及钻头，向集料斗注入适量水，进行低压射水，清洗管路中残存的水泥浆。

在成桩过程中，因故停浆继续施工时，必须重叠接桩，接桩长度不小于0.5m，若停机超过3h，应在原桩位旁边进行补桩处理。清洗结束后，把钻机等设备移到新孔位上。

7 试桩成果

7.1水泥搅拌桩质量检验

1）成桩7d后，采用浅层开挖1～3根桩头目测检查搅拌桩的均匀性、整体性及外观质量，并用实际周长1.63换算直径的0.52m。开挖深度为停浆面以下0.5m；

2）成桩28d后，在2#、6#、7#、11#、14#桩共5根检测桩径方向1/4处、桩长范围内钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，并对芯样进行无侧限抗压强度试验。检测结果：各桩实测桩长均满足设计要求；桩身水泥土芯样完整性类别均为II类；强度依次为1.56MPa、1.44MPa、1.85MPa、1.80MPa、2.25MPa，均大于设计1.2 MPa，检测结论为合格。钻芯后的空洞采用水泥砂浆灌注封闭。

8 水泥搅拌桩现场检测情况

8.1桩顶1米以下成桩效果检查

2013年11月17日，对水泥搅拌桩成桩情况进行现场外观鉴定。

对试桩桩顶以下1m范围内进行开挖，可见桩体圆匀，无缩径和回陷现象，布置形式、

桩间距以及直径均符合要求，桩体符合设计和施工规范要求。实测桩径0.52m，桩体皆完整连续，无缩颈和回陷现象。

8.2成桩28天复合地基载荷试验

2013年11月21日至23日，对水泥搅拌桩1#，5#、9#、10#、15#试桩进行复合地基载荷试验。经试验5处试验点最大测试荷载下地基沉降量均小于6.6mm，均未达到极限承载状态，因此该试验点的复合地基承载力特征值为150 kPa，复合地基载荷试验符合不小于150 kPa设计要求。复合地基承载力试验结果如下表：

8.3 成桩28天单桩承载力试验

2013年11月21日至24日在现场对水泥搅拌桩3#、4#、8#、12#、13#试桩进行单桩承载力试验。测试加荷方式采用逐级加载法，5个测点的首次加载均为2级加载，每级荷载增量为25kN，最大测试荷载加至200kN。测试进展顺利，未出现异常现象，且没有明显沉降增大现象。5个测试桩累计沉降分别为3.98mm、3.95mm、3.76mm、3.99mm、3.84mm（≤40 mm），均未达到极限承载状态。单桩承载力均符合不小于200kN的设计要求。

单桩承载力试验检测结果如下表：

8.4 成桩28天桩身抽芯完整性检查及无侧限抗压强度试验

2013年11月17日，项目部及监理单位在现场对2#、6#、7#、11#、14#桩进行抽芯对芯样进行无侧限抗压强度试验，检测结果如下表：

成桩28天桩身抽芯检查及无侧限抗压强度试验结果。

9 结论

本次试桩采用SP-5型大扭矩打桩钻机；施工工艺为“两喷四搅”；施工参数依照试桩技术交底所列。施工流程为：钻机就位制浆开启钻机、水泥浆泵钻进搅拌边提升钻头、边喷浆搅拌再次钻进、搅拌再次提升、搅拌清洗、移位。通过对水泥搅拌桩试桩的各项记录和检测数据分析得出：按照设计人员提供的基本数据和“两喷四搅”施工工艺进行的水泥搅拌桩施工，其成桩后进行的无侧限抗压强度、单桩承载力、复合地基载荷三项主要指标符合设计要求，达到了试桩目的，所取得的试验数据真实可靠，可用于指导后续的正式施工，但以下几项应做重点控制：

1）喷浆量：喷浆量的控制不仅须控制每米水泥用量和浆液比重，还须控制钻进提升速度与钻头钻速的一致性，以免搅拌喷浆不均匀；

2）搅拌速度：根据本施工区域地质状况，具体施工时，施工单位应保证钻进提升速度均匀，提升速度控制在1.3 m/min～2.0m/min，保证每米喷浆量达到本试桩工艺要求；

3）胶凝材料：水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰；

4）配合比：鉴成于本次试桩成桩后的无侧限抗压强度、单桩承载力、复合地基载荷三项指标均达到设计要求，确定施工浆配比为15%，即配合比为水泥：粉煤灰：水=1：0.20：0.611，每米水泥用量为53.015kg，每米粉煤灰用量为10.603kg；

5）每米喷浆量：后续施工时，施工单位应经常检查试验机每米喷浆量，并与设计每米喷浆量进行对比，偏差不可过大。设计每米喷浆量=（每米水泥用量+每米粉煤灰用量）×（1+0.50）÷1.842=（53.015+10.603）×（1+0.50）÷1.842=52.3L/m。（注：本次试桩的记录表中显示每米喷浆量为53.3L/m〉52.3L/m，符合设计要求）；

6）喷浆压力：试桩发现，配比为15%的桩采用喷浆压力为0.4 MPa。

参考文献

[1]JTJ/T259-2004水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程.