浅析水泥深层搅拌桩处理公路软基施工技术
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摘要：水泥浆深层搅拌桩（水泥深搅桩）作为地基加固新技术之一，因其加固软土地基效果好、速度快，可最大限度地减少工后沉降，特别是对于减少地基不均匀沉降、防止路堤失稳等方面有着其他软基处理方法无法比拟的优点。文章探讨了在某公路软基处理中水泥深层搅拌桩的施工技术。
关键词：加固深度；施工控制；质量；搅拌桩
中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0163-02
水泥深搅桩处理属于半刚性桩复合地基。深层水泥搅拌法的技术含义可以简要描述如下：用一种成孔―喷浆―搅拌三位一体的专用机具，在设计加固深度范围内，把水泥浆与被切碎了的地基土强行原位搅拌均匀，通过水泥浆与土颗粒间一系列物理、化学作用和一定的时间过程，逐渐固化成结硬的水泥土桩状体；搅拌桩与桩间土组成复合土层，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土桩体，改善并提高了原天然地基土层的物理力学性能，水泥搅拌桩与桩间同承受上部结构的垂直荷载，从而达到加固软弱地基的目的。
下面本人就施工实践对水泥深搅桩的施工控制和质量检测谈一些体会。
一、公路施工中水泥深搅桩的施工控制
（一）施工准备
1．土质确认及配合比设计：为使深层搅拌桩具有合理性和经济性，施工前应详查地质报告、实测复核土质不同深度的变化状况，做好配合比设计。通过对场地淤泥土样室内配合比试验，确定水泥掺入比为15%，采用的水泥水灰比控制为0.45，石膏粉含量为水泥用量的2%，木质素磺酸钙为水泥用量2%。
2．机具性能和功能的选择：机具的机械性能必须稳定。水泥浆喷射装置必须配有流量计装置，能准确反映水泥浆的瞬时喷入量和累计喷入量，配备电脑记录仪及打印设备，以便及时了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。施工前机具应经计量测试部门检定合格并试机运转良好。
3．试桩：试桩目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、钻杆提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数。通过试桩后检测，将“原两喷四搅”工艺改为“两喷六搅”工艺，成桩质量与下步开展规模化施工得到了有效保证和正确指导。
（二）施工工艺
水泥深搅桩施工工艺为：原地面整平桩位放样钻机定位制浆、钻杆正循环下沉钻进至设计深度（预搅）反循环上提喷浆至工作基准面以下30cm第二次正循环下沉搅拌反循环上提搅拌喷浆第三次正循环下沉搅拌反循环缓速上提搅拌提杆出孔钻机移至下一桩位。
（三）施工工艺中的重要环节控制
1．钻机定位：原地面经过整平合格后，按照布桩图采用控制点准确测量定桩，桩位偏差不得大于10cm，水平偏差不能超过5cm，并使钻机搅拌轴保持垂直。为保证水泥浆搅拌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前、后、左、右距离相等来进行控制。
2．水泥浆的制备：制浆池应采用钢制圆形并不可变形，在池壁上避开搅拌叶焊制计量水的标志。制浆池和供浆池均应安装搅拌叶，搅拌叶片直径比浆池直径小5cm，最下面的搅拌叶片比池底高1cm，若间隙过大会造成水泥被甩到池边搅不开或粘壁。这样边制浆边搅拌供浆，浆的均匀性好。尤其在喷浆过程中发生问题暂停喷浆，供浆池内照搅不误，浆液不会产生离析，影响成桩质量，也不会造成放出的浆暂时不用而报废。水泥浆制备应以单根桩储料为单位按设计配合比计量投料并有富余量，充分拌和均匀。由于水泥投料不足而又多加水量，引起水灰比增大，导致水泥浆浓度降低，它相当于地基土含水量提高，从而使桩身强度降低。有资料介绍，水泥掺量相同时，土层含水量增加10%，水泥土强度会降低10%～15%。
3．正循环下沉钻进搅拌：第一次下钻时为避免堵管应带浆下钻，严禁带水下钻。采用低档，下沉速度由电机的电流监测表控制，工作电流控制在70A以内。搅拌杆有效长度应大于施工桩长，叶片直径不小于设计桩径，以保证满足设计桩长和桩径的需要。
4．反循环上提喷浆搅拌：第一次喷浆应小于总浆量的1/2。严格控制喷浆时间和停浆时间，为保证水泥搅拌桩桩底、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部、桩顶部分别停留30s，进行坐浆搅拌，余浆上提过程中全部喷入桩体。喷浆压力控制在0.5～0.7MPa。施工时应连续喷浆，若因故停浆，应将搅拌机下沉到停浆点以下1m处，待恢复供浆时再喷浆提升。
5．重复搅拌：在水泥掺入比达到一定程度时（一般为10%～15%），保证搅拌程度比增加水泥含量对承载力的提高更有效。为了保证水泥浆与土充分拌匀，在电动机功率允许的前提下，应尽量多装几把叶片。在水泥掺量、喷浆压力和机具转速相同时，提升速度慢的桩身强度较高。
二、质量检验
（一）水泥浆质量检验
进场水泥必须经过检验确定满足要求后方可使用。水泥浆采用泥浆比重计操作较为复杂，不注意保养会影响测试精度；玻璃比重计操作最为简捷，事先应进行标定，测试时最好在供浆池内进行，这样会造成停拌并经较长时间稳定后才可测试，有时也会因有浆沫导致读数不准；采用1000ml的容量瓶、精度能满足1g的充电式电子秤组合，既能快速方便测准水泥浆比重，又可透过玻璃直观看到若干个水泥浆样品状态。具体操作为：（1）室内标定容量瓶体积，校准电子秤；（2）在搅拌中的供浆池取样，通过玻璃漏斗缓慢倾入容量瓶至刻度线，若有外壁沾浆，可用纸巾或湿润毛巾拭净，然后秤量；（3）计算r=m/v，得水泥浆比重。
（二）成桩质量检验
1．根据施工记录对每根桩进行质量评定：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，以及施工机具参数。
2．开挖后检验其桩位偏差、桩径、桩数与桩顶外观质量。
3．钻取桩身芯样、制取试块、测定桩身强度，也可进行单桩静载荷试验或复合地基静载荷试验，检验复合地基承载力。
4．复合地基静荷试验：可做单桩或多桩的复合地基试验，直接测试复合地基承载力。试验点数量不应少于3点。静载荷试验时，桩顶标高、桩头与桩间土处理、面积置换率和荷载条件均应模拟实际工程情况。当承压板尺寸与设计要求的面积置换率有较大差别时，复合地基承载力f可按下式换算：f=N/A+fks（1-A0/A）式中：N为按规范JGJ79-91复合地基承载力基本值确定原则所取用的荷载，N；A0为设计面积置换率要求的承压板面积，cm2；A为试验实际使用的承压板面积，cm2；fsk为桩间土天然地基承载力。
5．单桩静载荷试验：设计时对桩间土天然地基承载力已经确认时，可根据单桩静载荷试验确定的承载力和荷载推断复合地基承载力。这是间接检验复合地基承载力方法。水泥搅拌桩通常认为是一种半刚半柔性桩。规范没有提供相应的试验方法。一般采用混凝土桩（刚性桩）试验方法可能是不适宜的。进行单桩静载荷试验，不如直接进行复合地基静载荷试验。
6．动态测试：规范没有规定可采用动态法测试搅拌桩单桩承载力和检验桩身缺陷。曾经使用过反射波法确定水泥深搅桩的强度、桩长及完整性，快速无损，较为准确。测试原理是通过测试超声波在水泥土中的传播速度，找出不同水泥掺量、不同含水量对波速的影响。
三、结语
根据水泥土反应机理和施工的实践结果来看，水泥掺入量达到一定值时，单纯提高水泥用量对强度提高不显著，提高搅拌的均匀性对桩的强度影响较大。对于不同的类型和不同性质软土，必须在现场采取有代表性芯样进行配合比试验，才可达到设计的加固效果，如实反映设计要求。
施工前做试验桩是必要的，以此确定的施工参数对大面积施工的质量控制很关键。制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人真实记录。
施工过程中的搅拌质量（钻杆转速和复搅次数）对成桩质量影响大，作为质量控制的关键除了水泥用量以外，搅拌质量应作为重点来管理。因软土地基在不同地段、不同土层土质都不同，为了能客观有效地评价深层搅拌桩施工质量和处理效果，质量检测宜采用多种方式综合测定、综合评分。
作者简介：邓伟男，男，广东惠州人，中级工程师，研究方向：公路工程施工管理。