1、深层搅拌桩在工程中的应用1 引言 水泥土深层搅拌桩技术从 70 年代就已经在建筑、交通行业广泛应用，它适用于各种成因的饱和软土，根据目前深层搅拌法施工工艺，搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状，成墙深度可达 15m，成桩深度可达 18m，它具有灵活、适用面广、施工速度快、对环境污染小、造价低等优点。本文着重简述水泥土深层搅拌桩在实际施工中的应用。 中图分类号：TU74 文献标识码：A 2 深层水泥搅拌桩工作原理 深层水泥搅拌桩是以水泥浆液作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，同时利用两者之间产生的一系列物理和化学反应，使水泥土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的半刚性桩，并
2、与桩间土组成复合地基。该法适用的土质范围较广，包括淤泥质土、粉土和软粘土等，具有施工简单、工期短、造价低、适用范围广、地基处理效果好等优点，现已大量应用于建筑工程的软基加固工程中。 深层搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土等软土地基。深层搅拌桩的搅拌机理是通过叶片的下沉或提升过程中使土发生微量位移,变为颗粒状并与水泥拌和,水泥和软土产生一系列物理化学反应,使软土硬结成一定强度的水泥加固体, 从而提高地基土承载力和增大变形模量。施工工艺一般为双搅双喷工艺,工艺流程:定位下沉(喷浆)搅拌(喷浆)搅拌提升重复下沉搅拌重复(喷浆) 搅拌提升移位。 施工原理:高压缩性的淤泥或淤泥质粘土,呈软塑
3、性,力学强度极差易出现地基土破坏和滑动,在荷载作用下会产生较大沉降以及较大的侧向变形,基本无天然持力层。利用水泥、石膏等活性材料作为固化剂,通过机械作用,将地基深处的软塑土与固化剂强制充分搅拌,结硬成具有整体性,水稳定性和满足一定承载力要求的地基。 3 深层水泥搅拌桩的加固机制和特点 软土与水泥加固的基本原理是基于水泥与软土的物理化学反应过程。施工过程中软土首先被搅拌切削成大小不等的团块，水泥浆掺入后，水泥包裹土团。由于水泥的掺量很少，水泥与软土之间的不充分混合，水泥土中会产生强度较大和水稳性较好的水泥区和强度较低的土块区。水泥土的物化反应是一个缓慢的过程，水泥与土粒表面先反应，然后逐渐向土粒
4、中间发展，经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，逐渐改变其性质。因此，水泥和土之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎的越小，水泥分布到土中越均匀，水泥土结构强度的离散性越小，宏观的总体强度也越高,无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增加。 水泥搅拌桩加固土的力学性质对于用水泥搅拌桩处理的地基而言,水泥加固土的强度是至关重要的。用水泥搅拌桩形成复合地基, 主要依赖的就是水泥土的强度。水泥加固土的抗压强度一般为 3004 000 kPa, 影响加固土的抗压强度的因素较多,与土类、含水量、水泥掺入比、养护龄期以及外掺剂等因素有关。 (1)土的种类对水泥土强度的影响 (2)水泥掺入比对水泥
5、土抗压强度的影响为不同成因的不同类别地基土的不同水泥掺入比与水泥加固土无侧限抗压强度的关系,抗压强度随土的水泥掺入比的增大而增大,当掺入比小于 5%时,水泥水化反应很弱,水泥土的强度比原状土增长较小,水泥掺入比宜大于 10%。水泥土的强度随水泥掺入比的增加速率也不同,粉土的增长速度最大。水泥掺入比对水泥土无侧限抗压强度的影响(3)水泥强度等级对水泥土的抗压强度的影响试验表明:水泥强度等级越高,水泥的早期强度增长速率越快,当水泥掺入比相同时,水泥强度等级每提高一级,水泥土的无侧限抗压强度提高 15% 30%。 (4)土中含水量的影响室内试验说明,水泥掺入量比较大时,强度随含水量增大而显著减少。
6、在灌注桩周围搭接而成的环形水泥深层搅拌桩与周围土体充分搅拌,形成的水泥土能有效的阻止水的作用,降低水的渗透,并且在水的作用下,水泥深层搅拌桩的后期强度得到了大幅度提高,能有效的防止灌注桩在成孔过程的塌孔。水泥深层搅拌桩的刚度要比灌注桩周围的淤泥质土刚度大的多,在每个灌注桩周围搭接成一个封闭的圆环,能分散每个承台桩体上产生的应力集中现象,将承台的土体分割成几个部分,每个部分都能限制和约束土体的侧向变形,阻止土体的移动。水泥深层搅拌桩以浆液的形式注入土中,容易搅拌均匀。另外,可以直接把石膏按需要量倒入搅拌池,和水泥浆一起拌和均匀,压入土体中,对提高水泥桩强度有明显作用。4 深层水泥搅拌桩的施工工艺
7、及技术要求 桩机定位:平整场地利用自行移动将深层搅拌机移至指定桩位并对中，为保证桩位准确，必须使用定位卡，控制其对中误差50mm，导向架和搅拌轴应与地面垂直，控制其偏差1%； 浆液配制： 采用矿渣硅酸盐水泥 32.5R 水泥，沿桩体每延米水泥用量 70kg/m。搅拌桩的水灰比控制在 0.50.55，水泥应抽检合格，用水量应准确，搅拌时间不少于 3min； 喷浆成桩：开启泵机并确认喷嘴喷出浆液后，启动桩机下旋钻进喷浆成桩，喷浆应连续，控制钻进速度低于 1.0m min，喷浆速度低于0.8m/min，转速约 60r/min，喷浆压力 1.01.4MPa，喷浆量 30L/ min，钻进喷浆至设计桩长
8、或层位后，原地喷浆 30s，再反转匀速提升； 提升搅拌：搅拌头自桩底反转匀速搅拌提升至地面，如有软土包裹则应及时清除； 重复钻进搅拌及提升搅拌成桩：仍按上述步骤进行，喷浆量如已达到设计要求，则只需复搅而不再送浆，成桩后开动浆泵清洗管路中的残留水泥浆,使成桩直径和桩长达到设计要求； 搅拌桩施工应严格按照设计桩位、桩长、桩数、喷浆量以及试验确定的参数进行，质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持全程的施工监理。检查的重点：水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。 5 水泥深层搅拌桩施工难点配合比的确定：通过对淤泥质土中有机质含量和含水量的测定,初步确定水泥种类与配合
9、比,通过室内试验确定外加剂含量,在通过现场原位搅拌取样试验结果,来调整配合比。在原位钻孔桩周围进行工艺性试桩,测定其强度。搅拌工艺：为了能充分将水泥浆与土体搅拌均匀,每根水泥桩在成桩过程中进行二次钻进。第一次钻进,在确认浆液从搅拌叶的出浆口喷出后,启动钻机沿顺时针方向边钻边注浆,直至设计桩长,再继续喷浆 5 分钟后停泵,改逆时针方向搅拌提升至设计桩顶,第一次搅拌结束。第二次钻进,以同样方式再次顺时针方向钻进注浆,停止注浆的位置以水泥用量达到每根桩设计用量为止,但不能影响搅拌机的继续钻入,直至设计桩长后,改逆时针方向搅拌提升到搅拌头露出地面。两次循环钻进成桩,经过上下两次循环钻进提升,使水泥浆在桩孔内搅拌 4 次,使之与土体充分搅拌。6 结语 水泥土搅拌桩是一种具有工程造价低、处理效果好、质量易控制、周期较短、施工工艺受环境制约少的成熟地基处理技术,在软土场地施工中有较高的推广意义。在实际应用中建议搅拌桩桩端落入承载力较高的土层，每延米水泥用量根据土质情况适当增加，由于搅拌桩后期强度增长较大，应适当延长桩的养护时间，以期达到良好的工程质量和经济效益
