1、- 1 -水泥搅拌桩施工技术刘江桥廊坊市交通咨询监理公司摘 要：通过一些工程实践，从施工角度对水泥搅拌桩施工全过程进行分析总结关键词：水泥搅拌桩；施工；技术修建高等级公路时，地基的变形和路堤的稳定是主要问题，水泥搅拌桩处理软土地基，是目前较为成熟的软土地基处理技术之一，该项技术在河北省沿海高速工程中，得到了广泛应用，作为该项工程的参与者，笔者仅就水泥搅拌桩的一些具体技术问题，和各位同行探讨。1 水泥搅拌桩一般规定1.1 水泥搅拌桩适用于处理软土或高含水量的软弱土、粉性土。当地基土为以下土质时应慎用水泥搅拌桩： 天然含水量大于 85%的淤泥。 塑性指数 Ip 大于 25 的粘土。 有机土、泥炭土
2、或地下水具有侵蚀性时。1.2 水泥搅拌桩分为喷粉水泥搅拌桩（干喷法施工）和喷浆水泥搅拌桩（湿喷法施工）两种，干喷法所成的桩简称粉喷桩，湿喷法所成的桩简称浆喷桩。2 水泥搅拌桩施工2.1 施工前的准备工作 施工前应做好“三通一平”工作。当场地不满足施工机械行走的要求时，应铺，设砂砾垫层或灰土垫层。作好施工机械的保养检查和计量设备的标定工作。 施工前应熟悉设计文件和工程地质资料。施工量较大的工程尚需编制施工组织设计。 进行水泥土配合比试验，以确定固化剂和外掺剂的数量。 为了掌握能满足设计要求的各种技术参数，必须进行工艺性试桩。2.2 施工工艺2.2.1 粉喷桩的施工工艺 测量放线，按设计图纸确定桩
3、位，并置搅拌机于桩位处。- 2 - 启动钻机，边旋转边钻进，此时不喷粉，但必须送压缩空气，以防堵管。钻至设计标高后停止钻进。 开始喷粉，并启动钻机钻头呈反时针旋转，边提升边喷粉搅拌（对于掺灰量较大的桩，可以采用二次喷粉方法） ，当钻头提升至离地面 3050cm 时，停止喷粉。 进行复搅，复搅深度由试桩确定。 复搅并提升钻头到地面，完成一根桩的施工。 移动钻机，进行下一根的施工。2.2.2 浆喷桩的施工工艺浆喷桩与粉喷桩的施工工艺基本相同，只是浆喷桩需制备水泥浆液，水灰比可按 0.450.50 控制，浆液施工质量控制应符合以下规定： 固化剂浆液应严格按预定的配比拌制。制备好的浆液不得离析、不得停
4、滞过长（时间不超过 2h） ；浆液到入料斗时应加筛过滤，以免浆内结块，损坏泵体。 泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。现场拌制浆液。现场拌制浆液，应有专人记录固化剂、外掺剂用量，并记录泵送浆开始、结束时间。 根据成桩试验确定的技术参数进行施工。操作人员应记录每米下沉时间、提升时间，记录送浆时间、停浆时间等有关参数的变化。 供浆必须连续，拌和必须均匀。3 室内配合比试验水泥土配合比试验是水泥搅拌桩的设计和施工的基础工作，是控制水泥搅拌成本和施工质量的依据，每一项水泥搅拌桩工程正式施工前必须认真进行该项工作。3.1 试验目的水泥土配合比试验的目的是认识地基土的特点，通过水泥土无侧限抗压强度测定，
5、合理确定加固料和掺加料的品种和数量。3.2 试料土的采集在需要处理的软弱土地基内，用钻探或开挖的方式，选取不少于 3 处代表性试样，试样为保持天然含水量的扰动样，试样要求用塑料袋或其它密封容器包装，保证天然含水量不至于流失。同时，必须采集部分原状土，以满足土的物理力学试 - 3 -验要求。 3.3 试验项目3.3.1 试料土进行土的物理及力学试验，试验项目包括：天然含水量、天然容重、比重、塑限、颗粒分析、有机质含量、无侧限抗压强度等。3.3.2 水泥试验将施工用的水泥取回样品进行试验 。水泥试验项目包括安定性试验、胶砂墙度试验、凝结时间和细度试验等。3.3.3 水泥土试验 水泥土的掺灰量按下式
6、计算：（3-1）%10被 拌 和 的 软 土 重 量掺 加 的 水 泥 重 量掺 灰 量 a 水泥土强度的龄期为 7 天、28 天、90 天。 水泥土强度标准：以 90 天的无侧限抗压强度 R90d 为准。一般情况下，水泥土的 7 天、28 天、90 天强度之间有下列近似关系：qu(28d) 2.37 qu(7d)-0.19； （3-2）qu(90d) 1.14 qu(28d)+0.85 （3-3）3.4 水泥土的试样制备3.4.1 试模水泥搅拌土配合比试验的标准试模应为 h=510cm 的圆试模。当工地试验 室不具备条件时，允许用 7.077.077.07cm 的方试模。它们之间的关系式为：
7、 圆试模的强度= 0.87 方试模的强度 （3-4）3.4.2 成型把在施工场地现取的原状土及水泥运至试验室，经原材料试验后，按拟定的试验配方称重后放入搅拌锅内，用搅拌铲人工拌和均匀，亦可戴着塑料手套拌和（为了保证搅拌均匀，允许掺加少量水） 。然后在 h=510cm 的试膜内装入一- 4 -半试料，击振试模 50 下，紧接着填入其余试料再击 50 下，最后将试块表面刮平，盖上塑料布，以防水分过速蒸发。试块成型 12 天拆模，用油漆编号，称重后放入养护室，分别进行各龄期的养护，水泥土试件的制备数量要求每组试件不少于3 个。3.4.3 养生养生室温度 202，湿度不低于 95%，养生最后一天饱水
8、24 小时。在实际施工中，为了争取时间，可采用 60高温养生的方法进行水泥搅拌土配合比试验，高温养生 30h 约相当于标准养生 28d 强度值；高温养生 96h 约相当于标准养生 90d 强度值。3.5 无侧限抗压强度测定3.5.1 水泥搅拌土的无侧限抗压强度一般采用小型压力机测定，加载速率控制为12mm/min 。3.5.2 水泥搅拌土的破坏标准： 应力突然减小； 试件裂纹开始发生。 3.6 试验报告试验报告的内容包括： 被加固土的采集地点、深度，采集方法，采集时间及室内物理力学试验资料。 加固料、掺加料的生产厂家、自检报告、出厂日期及质量检测资料。 水泥土的试验资料（包括图表、曲线） 结论
9、意见及说明。4 试桩水泥搅拌桩施工前，应根据现场实际情况，进行试桩，以确保大面积施工质量。试桩试验要求达到以下目的： 掌握满足设计喷浆量（由水泥掺量确定）的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等。 掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。 检验室内试验所确定的水泥土配合比是否适用于现场。 检测桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求。 检验单桩允许承载力和复合地基承载力是否满足设计要求。- 5 - 检验加固剂分布的均匀性和有效加固长度能否符合设计要求。工艺性试验桩数量一般为 3050 根或根据需要确定，并应提交试桩报告。5 施工质量检验5.1 施工现场常规检
10、查：项目包括桩径、桩距、 桩长、垂直度及喷灰（喷浆）数量检查。检查方式采用现场开挖量测及检查施工记录，对于不合格的桩应根据其位置和数量等具体情况，分别采取补桩或加强邻桩等措施，检查数量 2%。5.2 在成桩 28 天以后进行钻探取芯: 抽查频率为不大于 2%，取芯位置：沿着桩径2/5 轴线处垂直钻进。5.3 在成桩 28 天以后进行载荷试验，测定单桩承载力和复合地基承载力。抽查频率不大于 0.2%,且一般不少于 3 根桩。4 资料分析水泥搅拌桩是一种非均质桩，它的横断面是一个四周强度大，中心水泥很少，甚至“中空” ，这是由于水泥搅拌桩的施工机械和工艺决定了的，它就是一个外强内弱的“蛋壳桩” 。
11、水泥搅拌桩的标准强度是整个断面的平均强度，钻探取芯的位置如果恰在中轴线 2/5 处或稍偏外侧，其强度必然较大，取芯位置如偏向中心，则强度会大大降低，钻探时如果偏到桩外面，容易造成错误结论。这也是水泥搅拌桩区别于其它桩类（例如钻孔贯注桩）的特点。所以，用钻探取芯法检测水泥搅拌桩质量，要进行全面分析，否则有可能造成误导。工程实践表明，钻探取芯法可以直观地看出桩长、掺灰量等。但是也应注意到钻探取芯法容易出现的问题，当出现两种相反意见争执不下时，可以采取挖沉井的方法开挖个别桩（6m 以内） 。5.水泥搅拌桩施工中经常发生的问题及对策5.1 水泥搅拌桩的钻进速度与喷浆速度水泥搅拌桩的正常钻进速度采用 挡
12、（1.47m/min） ， 进入硬土层用挡（0.8m/min） 。钻进深度由电流值的大小来控制，正常钻进时电流值 3040A，当电流表读数明显上升或电流突变达到 100A 时说明已进入硬土层。钻进过程中，送浆管道压力控制在 0.10.2Mpa 范围内，喷浆时管道压力 0.250.40 MPa。一般情况下，喷浆提升采用挡速度（0.8m/min） ，假若采用 70kg/m 以上的大掺灰剂量时，应采用二次喷浆。为了保证桩底的喷浆量，根据管道的送浆时间，在- 6 -提升钻具前，应提前喷浆，不允许先提升钻具，后喷浆。5.2 关于粉喷桩的“堵管”问题堵管是粉喷桩喷灰过程中出现的喷粉不畅和不喷粉的现象。堵管
13、的原因有： 水泥过筛不细，造成的粗颗粒堵塞管路； 灰管压力过小，造成水泥粉淤积或搅拌钻头的喷灰口被土块堵塞； 孔内压力过大，造成喷灰管扭“麻花” 。对以上问题采取以下方法解决： 水泥严格过筛； 适当调高管道压力； 调整钻进速度。5.3 关于粉喷桩的“沉桩”问题粉喷桩复搅结束，搅拌头升离孔口的瞬间，大块泥团从桩头射向空中。紧接着水泥桩体向下“紧缩” ，孔口留一圆柱体空洞，这一现象称为“沉桩” 。 “沉桩”深度一般为 0.5m1.0m,最大可达 2m。5.3.1 沉桩原因分析造成“沉桩”现象的地层原因是地基土天然含水量过大。实践证明，水泥搅拌桩有一定的适用范围，天然含水量大于 85%的软土路段应慎
14、用水泥搅拌桩。一般而言，随着地基土天然含水量的增加，水泥搅拌桩的掺灰量也需增加。但是实际的地基土各个地层的含水量并不是均匀的，软土有些部位的淤泥含水量可能很大，喷粉过程一般速度较均匀，这样就有可能导致这些部位喷粉量不足。软土中的高含水量淤泥结构形式常为海绵状或蜂窝状，疏松多孔，经扰动后结构破坏呈流动状态，导致桩体下沉。施工工艺和施工机械的一些问题也可能导致“沉桩” ，具体如下： 孔底或某些部位喷粉量不足，底部喷粉不及时，甚至没喷粉就提升钻具，地基土被扰动强度降低，有些施工单位考虑到桩头部分要进行抽检，所以喷粉量有意- 7 -识上超下欠，下部喷粉量不足，底部空气压力过大也可造成喷粉量不足。灰量不
15、足起不到固化作用，侧壁磨阻力又小，抵抗不了水泥土的重量，造成向下压缩，导致桩体下沉。有些施工单位考虑到桩头部分要进行抽检，所以喷粉量有意识上超下欠，下部喷粉量不足，底部空气压力过大也可造成喷粉量不足。 钻进或提升速度过快，喷灰压力过大，使孔内产生高压气团，在喷粉上升的过程中搅拌头处土体松动，造成桩体部分土体被甩在外侧，孔内土体不足，导致桩体下沉。 设计或施工桩长不够，没有打入硬层，也是造成“沉桩”的原因。5.3.2 沉桩的预防措施 增大掺灰量； 减慢钻进和提升速度(宜采用 0.8m/min)； 减小气体流量和管道压力（压力宜控制 0.25MPa） ； 提前送灰。考虑到送灰管道约 60 米，从开
16、始喷粉到灰进入孔底有一个时间差，所以钻进底部后，先喷粉 12 分钟，然后再提升钻具。 改进钻头的形状或尺寸。减小钻头钻头叶片的倾角，减小径向推力，从而减小了对孔壁的挤压作用。也有施工单位采取减小钻头直径的方法，水泥搅拌桩正常的桩径为 50cm，如发生“沉桩” ，可把钻头改为 4548cm，就可以避免由于桩径过粗而造成喷粉量不足。5.3.3 沉桩的补救措施 对于较浅的沉桩，可用 8%的水泥土回填夯实。 对于较深的沉桩，可在沉桩处用素土回填，然后用粉喷桩机进行补桩，要求补钻至沉桩空洞下 1.0m ,喷粉量与正常施工相同。参考文献：1.公路软土地基路堤设计与施工技术规范JTJ 017962.高速公路软土路基处理技术-试验研究与工程实例 中交第一公路勘察设计- 8 -研究院 张留俊 王福胜 刘建都 著3. 沿海公路乐亭至冀京界段高速公路项目土建工程施工招标招标文件
