1、1水泥搅拌桩施工工艺及在高层建筑地基处理中的应用摘要：水泥搅拌法因其本身固有的优点在地基处理和加固中被广泛应用，本文笔者通过工程实例说明水泥搅拌法复合地基可以应用于高层建筑。桩基检测和沉降观测结果表明，这种复合地基承载力能够满足设计要求，沉降量符合规范要求。 关键词：水泥搅拌桩；施工工艺；高层；地基处理；应用 Abstract: the cement mixing method for its itself inherent advantages in the foundation treatment and reinforcement is widely applied in, in thi
2、s paper the author through engineering examples, the cement mixing method composite foundation can be used in high-rise buildings. Pile foundation inspection and settlement observation results show that this kind of composite foundation bearing capacity can satisfy the design requirement, the settle
3、ment conform to the standard. Keywords: cement mixing pile; The construction technology; Top; Foundation treatment; application 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 水泥搅拌桩是一种地基处理方法，是以水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处将软土与水泥浆强制拌和，使喷入软土中的固化2剂与软土充分拌合在一起，由固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学作用，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥加固土桩柱体，由若干根这类加固土桩柱体和桩
4、间土构成复合地基，共同承担上部荷载。 水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于 120kPa 的粘性土等地基。与刚性桩相比，水泥搅拌桩的桩身强度可与桩的承载力相协调，桩身强度可充分发挥，具有比较经济的特点。同时，水泥搅拌桩还具有施工工期短、适用范围广、对周围环境影响小等优点，并且相对于预制桩以及现场成孔灌注桩具有造价低的优势。 1、水泥搅拌桩作用原理以及技术特点 1.1 作用原理 所谓的水泥搅拌桩施工技术，就是使用特有搅拌轴的轮叶，从地面开始进行破坏搅拌，直至设计深度，通过搅拌头把水泥浆或水泥干粉注入土体，同时由搅拌头直接对软土和水泥进行搅拌，使得软土硬结，
5、从而形成带有一定强度和稳定性的胶结的柱体，使得原本压缩性大的土体形成压缩性较小的复合桩体，通过新形成的桩体及桩间土共同承担上部荷载，使得原有地基强度提高并达到承载力要求的施工技术。根据水泥搅拌桩施工具有的特殊施工形式，通常情况下基于对不超过 120kPa 的粘性土等软土地基的处理后，地基很快的就能进入实际的使用中去。 通过搅拌，把软土和水泥混合而成为水泥土是一个物理与化学复合作用的过程：当地底深层处的水泥和粘土接触后产生水化与水解反应，3水泥水化后形成的胶体粒子，把粘土颗粒吸附在其周围，形成更大的土团，随着搅拌的深入和时间的推移，水泥通过水化反应，并与土体中的Ca、Al 离子等进行化学反应，最
6、终形成稳定的结晶矿物，并逐渐硬化成坚固的水泥土。这种特殊的、强度高的、变形特性好和水稳定性的混合水泥土桩体，与原先的软土相比较，其力学性能明显不同，根据相关实验结果显示，其无侧限抗压强度，是天然软土的几十倍。 1.2 水泥搅拌桩的技术特点. 首先，由于水泥搅拌桩在成桩时利用了原土，在实际应用中，只需要掺加一定量的水泥，等于就地取材，因此大幅度的降低了施工的成本；其次，由于施工机械并不复杂，施工工艺相对于现场成孔灌注桩地基处理方式更加简单，因此施工方便，同时也提高了施工的速度；第三，相对于其他的地基加固方式水泥搅拌桩成桩技术更加环保，即使相较于施工工艺比较简单的静压预制桩施工方法而言，也不会出现
7、挤土效应、和影响成品沉降的副作用，而且极大地避免了成桩周围的建筑物产生影响。一般而言，水泥土的强度与原土的性质以及水泥强度标号、掺加量以及外加剂有关。在实际应用中，为了提高水泥土的强度的同时不过分增加水泥的用量，尽量采用高强度标号的水泥。一般的掺入质量比为10%-15%；外加剂采用木钙、石膏等材料，作用是早强、减水、缓凝、减少水泥用量等作用。 水泥土搅拌桩的地基承载力设计方法也比较简单，可通过现场复合地基荷载试验实际确定也可以通过计算方法确定。计算复合地基承载力4标准值时，主要是参考搅拌桩单桩竖向承载力标准值，至于桩间土承载力，在搅拌桩承载力能够满足需要时，也可以不考虑。 计算搅拌桩单桩竖向承
8、载力标准值时，一是根据现场取样计算立方体无侧限抗压强度标准值进行修正后得到单桩竖向承载力标准值；二是根据一般摩擦桩的计算方法，计算桩身摩擦力及桩端承载力从而得到单桩竖向承载力标准值；二者取较小值者作为依据计算复合地基承载力标准值。 另外，还要对地基沉降变形进行验算，要分别计算加固区的压缩变形量以及下卧层的压缩变形量。当搅拌桩区域下存在软弱下卧层时，还要对软弱下卧层进行承载力强度验算。 2、水泥搅拌桩的施工流程和工艺方法 2.1 施工流程 湿喷法：平整清理场地测放轴线、测定桩位桩机就位、配置水泥浆搅拌下沉至设计桩端标高处第一次喷浆提升搅拌机至作业面以下 0.3 米处复搅拌下沉搅拌至设计桩端标高处
9、提升搅拌至作业面结束（这一过程若有需要则再次喷浆）结束一根桩的施工、移机至下一根桩位。 粉喷法：平整清理场地测放轴线、测定桩位桩机就位预搅拌下沉至设计桩端标高处提升搅拌机至地面同时喷粉复搅拌至设计桩端标高处提升搅拌机至地面（此过程若检验喷粉不正常则喷粉提升搅拌至地面）结束一根桩的施工、移机至下一根桩位。 2.2 工艺要求（以湿喷法为例） 52.2.1 平整清理场地:将场地上部多余土方开挖外运（预留 0.5m）,清除场地内的较大石块、旧基础等障碍物,清理生活垃圾,施工场地要求平整。 2.2.2 测放轴线及桩位 3）桩机就位:开钻前,一定要对准桩位标志下钻,对中误差50mm。调整桩机,桩机的主动钻
10、杆要保证垂直,要求垂直度误差1.5%。4）配置水泥浆:严格按照水灰比配置水泥浆,凡配置好的水泥浆超过 2h 未使用的,应全部废弃,不得重新使用。5）搅拌成桩:必须按方案要求的下沉和提升速度进行施工成桩,每次上升或下沉速度必须均匀 2.3 施工方法的选择 水泥粉喷桩：其优点是施工机具小，便于操作，不仅提高了桩的强度同时还缩短了水泥土硬化的时间。其缺点就是搅拌不均匀、难以进行重复搅拌，容易造成桩体疏松不均匀，质量难以控制。 水泥浆搅拌桩：其优点是搅拌非常的均匀，有利于再次重复的搅拌，质量容易控制。其缺点是水泥土硬化时间较长，桩体强度低，形成强度时间短。 一般来说，当地基土的含水量较高时，用粉体喷射
11、搅拌法加固效果较为显著，因为水泥粉能充分吸收土中的水分，加固后地基的初期强度高；反之，用深层搅拌法较适宜。但是也不能一概而论，在含水量极高的土体里，水泥粉一经喷射，遇水即表面固结，形成外表坚硬，内部还是粉质的小团块，造成搅拌、水化不均匀的现象。而水泥浆法在这种含水量高接近流体的土体里反而由于水泥浆的渗透性强，更容易达到拌合均匀的效果，反而达到比较理想的处理效果。所以，在具体施工方法6的选择上，要根据工程地质情况和以往的施工经验而定，必须要结合现场的实际情况以及设计依据进行判定。 3、工程实例 某高层建筑长 30 米，宽 10 米，楼层高 17 层，设地下一层停车场，地下层高约 6 米，建筑整体
12、高度 48 米。本工程采用框架结构。根据地质勘探，自上而下可分 13 层，主要为粉土、粉质粘土、 ，最大揭穿深度 56米。若采用水泥搅拌，则其桩身位于第 2-11 层。水位深 7 米。第 3-10层地基承载力为 100-130kpa，第 10-11 层天然地基承载力可达 150-260kpa。为防止局部应力集中和沉降过大，对附加应力较大的电梯井处采用桩径为 600mm 的水泥搅拌桩。 3.1 施工准备 进场进行场地的三通一平，并且在保证临时供电通畅，电线走位规范，防护到位。对于材料的进场，首先必须保证其具有产品的合格证书和国家相关部门的质量鉴定书，进场后对水泥原材进行见证取样复试。所有施工技术
13、、安全、质量方案编制完整并经过审批，工人进行技术交底及安全教育。施工机械进场后进行安装并检测。 3.2 施工质量的控制措施 3.2.1 为确保施工的质量与进度，在施工前对搅拌桩机要进行全面的技术性的检查：在设计的前提下钻头直径及钻杆长度是否达到要求，水泥制浆罐和压力泵能否正常运转工作，输送水泥浆的导管是否漏浆或堵塞，并适度调整桩机机身的竖直度。 3.2.2 在施工放线中首先用全站仪（或经纬仪）准确地放出施工段落7的起始桩位及边线位置，然后用钢尺按设计要求的桩距用小木棍在施工范围内标示出桩位（一般按正三角形布置） 。 3.2.3 为更好地保证施工质量，需按照设计要求、地质实际情况和机械设备性能进
14、行试桩实验，待试桩成功且各项指标符合施工规范、要求以及设计文件时，方可进行水泥搅拌桩的正式施工。 3.2.4 施工中应以成桩试验确定的各项技术参数指导施工，钻进速度、搅拌速度、提升速度等要符合设计、试验标准，避免水泥浆配合比不准确，保证每根桩使用的水泥浆量均匀充足，桩体搅拌均匀。 3.3 施工检测 通过采取规范所规定的如开挖检查、钻孔取芯、标准贯入及静载试验等质量检测方法，对成桩工艺、桩体抗压强度、复合地基承载力进行检测。针对桩身完整性，则采用低应变反射波对搅拌桩进行桩身完整性检测则可达到较好的效果。 3.3.1 本工程施工结束 28d 后，对 14 根搅拌桩进行了静荷载压桩试验，在荷载 20
15、0kpa 前时，基本上成线性变化。随着荷载的增加，沉降速度有逐渐增加的趋势，但趋势较平缓。50 号试桩沉降量较大，最大沉降量也只有 44.2mm；369 和 1264 号试桩沉降较小，其最大沉降量分别为 22.4和 24.0mm。对 14 根试桩通过数理统计分析，复合地基承载力特征值为307.5kpa，满足设计要求。钻芯试验 18 组，岩心的无侧限抗压强度 7.1-15.2mpa。并抽检 500 根桩做低应变动力试验，测试结果表明桩身完整性较好。 8（图 1 三根试桩曲线图） （图 2 观测点沉降趋势图） 3.3.2 从图 2 可以看出，在上部结构施工过程中和竣工后，分别对其进行了沉降变形观测
16、。图 2 和图 3 是第二阶段的观测结果(设竣工时的沉降量为 0mm)，从图 3 可以看出，沉降速率随着时间虽有起伏，但总体趋势有明显减缓，并有沉降迅速稳定的趋势。从图 3 可以看出累计沉降量随着时间增长，曲线比较平缓，在 171d 后趋势明显减缓。在 1 号观测点沉降量较大，231d 的累计沉降量为 58.4mm。其余各点沉降较小，231d 累计沉降量为 9.136.4mm，各点累计沉降量均未达到 60mm. （图 3 观测点 st 累计趋势图） 实践证明，经过合理设计，严格控制施工质量，水泥搅拌法复合地基可以用于高层建筑，既可以使承载力达到设计要求，又可将沉降变形控制在允许范围之内。由于水
17、泥搅拌桩施工快、成本低，所以采用水泥搅拌法复合地基与采用混凝土灌注桩基和刚柔组合桩复合地基相比，既缩短了工期又极大地降低了工程投资。截至目前,该工程已经投入使用数年,水泥土搅拌桩复合地基没有发生任何影响楼房使用安全的事故。实际结果证明,本工程所采用的水泥土搅拌桩地基处理方案及处理结果是合理可靠的。 结论： 9水泥搅拌桩复合地基处理方法施工简便，成本相对低廉，具有相对广泛的应用空间。 为了确保水泥搅拌桩复合地基能够满足承载力要求，做好地质勘察和地基基础设计是前提，保证施工艺与工程质量是关键。应当严格执行相关的技术规范及技术规程、设计技术参数，编制好施工方案，做足施工准备工作，施工过程中进行全程的
18、监控，施工完成后按照规定进行试验。 实践证明：某些高层建筑物，在自重与体量不大的情况下，结合实际地质情况，只要进行严密的地质勘察和设计验算，并充分控制好工程质量，可以采用水泥搅拌桩进行地基处理。 参考文献： 1崔淑艳水泥搅拌桩在高层建筑工程应用中存在的问题及对策J，北京电力高等专科学校学报，2010，(02) 2刘国强张永康.浅谈我国高层建筑搅拌桩的应用与管理J中国建筑学报，2011，(2) 3万国应黄光列.我国建设项目施工过程中搅拌桩沉降问题探讨J现代企业文化，2011，(03) 4张壮壮关平原.浅议我国软土地基搅拌桩施工过程中沉降控制J，南京理工大学学报， （社会科学版）2011，(07) 5 王博。高有斌，王俊林在高层建筑中水泥土搅拌桩的没计与应用J河南科学，2005，23(5) 10
