真空预压处理地基上水泥搅拌桩施工技术.doc

水泥搅拌桩在其真空预压处理软基中的应用上水泥搅拌桩施工技术
三航局厦门分公司 符绳山 郑进强

[摘 要] 水泥搅拌桩是软土地基处理的技术，效果显著，使用较广。 本文结合工程实践，介绍了水泥搅拌桩施工工艺，总结了在真空预压软基处理过的地质上进行水泥搅拌桩处理路基软基的质量控制要点。
[关键词] 真空预压地质 水泥搅拌桩 路基软基加固

1 工程概况
图1 工程平面示意图
滨海东大道（澳头-大嶝大桥段）道路工程位于厦门市翔安区南部沿海，为城市快速路，全长5782m，路幅宽60m。工程大部分穿越翔安南部AL2-5和AS地块吹填造地区域，共有3570m长路基采用水泥搅拌桩进行软基处理，总共17.5万根，120.7万延米。如何控制好施工质量，直接关系到路基软基的加固处理效果。工程平面示意见图1。

2 地质条件
吹填区域为前期造地工程，吹填淤泥厚度5-7m，采用真空预压处理，地基承载力不小于60kPa，后紧接着进行本工程路基软基处理。吹填造地地质至上而下为0.5m红褐色粘土，1m中粗砂，3.5-7.0m吹填土，以下为残积中液限粘质土，吹填软基处理时中粗砂层底部铺设一层土工格栅和一层无妨土工布，砂面至残积中液限粘质土中存留真空预压处理造地时方形插打的排水板。吹填土含水量高，孔隙比大，压缩性大，强度较低。处理区地质条件见图2。

3 2 设计要求
水泥搅拌桩桩径0.55m，桩长6.5-10.0m，间距1.2-1.4m，梅花形布置，如图3所示。水泥浆立方体抗压强度要求达1500kPa（90d），水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量在13%左右，水灰比为0.5，且水泥用量不小于55kg/m。搅拌下沉和提升速度为0.5-0.8m/min，自地面以下1m慢速，出口原位喷射搅拌30s。地基承载力特征值不小于60kPa方可开工，搅拌桩端部穿过软土层，并进入持力层残积中液限粘质土深度不小于1.0m，终孔原则以设计桩长为主电流为辅双控。
质量检测方法及要求：
（1）成桩3d后，轻型动力触探检查每米桩身的均匀性，抽取0.1%且每处理路段不少于3根。

（2）成桩7d后，浅部开挖桩头，目测均匀性，量测桩径，抽取5%。
（3）成桩28d后，取芯样做抗压强度检验，抽取0.1%且不少于3根；抽取0.3%进行复合地基载荷试验，承载力不小于87kPa；抽取0.3%进行单桩竖向载荷试验，承载力不小于90kN。

4 3 搅拌桩施工
（1）施工准备
 施工场地应事先平整，清除桩位处一切障碍，如树根和生活垃圾等可能影响搅拌的障碍，场地低洼处应回填砂土。确保三通（路通、水通、电通），并查清地下管线的位置及确定架空电线的位置、高度，不能清除的地下物应做好标志。 
按设计图纸放样，每根桩进行编号并采用竹片等进行现场定位。根据需要改动原设计位置的，需取得设计、监理等的同意后方可执行。 
水泥采用合格的42.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验，检验合格后方可使用。 
水泥搅拌桩施工机械最好配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。本工程施工设备采用SJB-II-双轴搅拌桩机，主要包括: 1台功率90kw拌浆机（双轴），1台3kw灰浆搅拌机，1台12.5kw灰浆泵，1个工作压力控制箱。所有设备必须具备稳定的良好的性能，开钻之前应进行检查维修和必要的保养。
初步计算施工参数：
a–—水泥掺量百分比，按外掺法计，为13%；
w–—水灰比，为0.5；
a延–—每延米水泥用量，不小于55kg/m，按55kg/m计；
υ搅–—搅拌下沉、提升速度，0.5-0.8m/min，取平均速度0.65m/min；
t延–—每延米单次搅拌下沉或提升时间，等于1÷υ搅=1.54min/m；
V延–—每延米桩体体积，等于πD2×1/4=0.237m3；
ρ土′–—土体设计密度，根据a和a延推算，等于（55÷0.13）/ V延=1785.2kg/m3；
ρ灰–—水泥密度，采用试验测定，为3.1g/cm3=3100kg/m3；
ρ浆–—水泥浆密度；等于G浆/V浆=（55+55×0.5）/（55/ρ灰+55×0.5/1000）=1825.2kg/m3；
ρ土–—土体实测密度，采用试验测定，为1610 kg/m3～1688kg/m3，ρ土≤ρ土′，采用a延=55kg/m的水泥用量可满足设计要求；
u喷–—喷浆速度，依据满足a延推算，等于a延/（2 t延ρ浆/3）=0.029m3/min；
v延–—每延米桩体用浆量，等于55/ρ灰+55×0.5/1000或u喷×t延=0.045m3/m；
P–—喷浆压力，初步拟定0.4-0.6MPa。
（2）试桩 
软基处理的效果与搅拌桩的间距、桩长、强度、桩体完整性等有关，而整个成桩过程都是隐蔽过程，搅拌次数愈多，搅拌愈均匀，桩体强度也愈高，但搅拌次数太多，施工时间太长，工效也降低，所以极有必要进行试桩以掌握适用于本工程地质条件的施工工艺及各项技术参数以确保工程质量，并达到以下七点要求：
①现场取土样，分50kg/m、55kg/m、60kg/m三组做试块检验设计水泥掺量的可行性。
②试桩分不同搅喷次数，不同喷浆时间、喷浆压力，不同水灰比等进行成桩。
③确保满足设计要求的桩径、桩长、强度、每米水泥掺量，满足工艺要求的各项技术参数，如最佳的搅拌次数、搅拌速度、水灰比、喷浆时间、喷浆压力、喷浆速度等参数等。
④确定搅拌的均匀性。
⑤掌握在本工程地质条件下的下沉和提升的阻力大小和喷浆情况。
⑥每个吹填区段试桩不少于2根。
⑦试桩检验在施工7d后开挖检查桩体成型情况及搅拌均匀程度，检查深度不小于1.0m；14d后进行钻孔取芯检验抗压强度。
必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工，若不符合设计要求应及时调整施工工艺。
（3）施工工艺
根据试桩结果，本工程水泥搅拌桩采用“四搅四喷”法施工，施工工艺流程见图4、图5示：

①清表、平整。便于安放施工设备，确保施工过程中不发生倾斜、移动；路基填筑质量。
②桩机就位。调整导轨垂直度，其垂直度偏差不得大于1.5%H（H为桩长），施工中采用吊锤观测钻杆的两个方向垂直度和用水平尺测量机架的调平情况，且钻头对中桩位，偏差不得大于5cm。钻头采用4个叶片钻头，直径不小于55cm，桩径偏差不得大于4%。安装调试检测控制仪器设备，并检查各种配套机具设备是否满足施工要求。
③搅拌下钻喷浆。开动压浆泵，待水泥浆到达喷浆口时启动搅拌机，边钻进边喷浆，下钻速度控制在0.5-0.65m/min，喷浆压力控制在0.4-0.6MPa，钻进至桩底标高后，原地喷浆30s，再匀速提升；下钻至设计桩底标高困难时，以转杆电机电流达200A时为停钻指标。
④搅拌提升喷浆。边提升边喷浆，提升速度控制在0.65-0.8m/min，喷浆压力控制在0.4-0.6MPa，匀速提升，出口原位喷射搅拌30s，使桩头均匀密实。然后重复下钻、提升搅拌。
⑤桩机移位。关闭搅拌机械，移位。
（4）注意事项
①水泥搅拌桩的施工中应有专人负责，全过程旁站施工过程并做好相关记录，特别注意各项技术参数的变化。
②水泥浆制作严格控制水灰比，每次搅拌时间不小于3min，制好的水泥浆必须均匀，不得离析。
水泥搅拌桩开钻之前，应先调试设备并保证整个管道无堵塞现象。水泥浆不得离析。制备好的水泥浆停置时间不得超过2h，若停置时间过长，不得使用。 
③施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后必须连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。地面2.0m以下起，压浆压力宜控制在0.5-0.6MPa。储浆罐内的储浆应不小于1根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。 
④注意压浆泵的运行情况，预防管道堵塞；及时发现钻头和水泥土同步旋转的“抱球”形象。
⑤每天测量叶片的长度，确保桩径不小于设计值；检查检测仪器设备的工作状况是否正常。
⑥成桩过程中重点控制桩长和喷浆量，桩长可在转杆上做标志控制，喷浆量可采用单根桩总用量来跟踪控制。
⑦施工中，如因地下障碍物等原因使钻杆无法钻进时，应及时通知监理、设计人员，以便及时采取补桩措施，以保证施工质量。 
⑧如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12h内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12h应采取补桩措施。 

5 4 质量检测分析
水泥搅拌桩按设计及规范要求的检测方法和频率进行质量检测，钻孔取芯检验桩体完整性、均匀性及抗压强度，复合地基承载力及单桩竖向承载力均达到设计要求。试桩全数检测。
试桩过程中，常遇到软基中存留的排水板或土工布绞缠在钻头上，对搅拌均匀性和喷浆有一定影响，经分析，选择“四搅四喷”的成桩工艺，来保证搅拌均匀性及喷浆量。经取芯验证，个别桩中排水板被桩体紧紧包裹，桩体完整性及均匀性均达到设计要求。试桩和成桩检测结果对照如下表：
试桩和成桩检测结果对照表
桩类型
桩长
桩头桩径
每延米用浆量v延
均匀性
桩头压强度
复合地基承载力
单桩承载力
试桩
满足要求
满足要求
个别≤v延
差

满足要求
个别＜87 kPa
个别＜90 kN
成桩
满足要求
满足要求
总体≥v延
较好
满足要求
满足要求
满足要求

此外，钻孔取芯操作应注意：
①钻孔宜打在桩体半径的2/5处，较为真实反映桩体的实际强度。
②钻杆要直立，防止偏斜出现斜孔，避免取芯失败。
排水板绞缠钻头
钻孔取芯
开挖检查
③若取不到完整的芯样，可借助标贯试验判断桩体强度，但只能作为少量桩的弥补措施。

6 5 结束语
水泥搅拌桩施工工艺简单，但整个成桩过程均是隐蔽过程，质量缺陷不易发现，必须实行源头、过程、成品三阶段控制，难点在于过程控制，再好的材料，再先进的设备，若不按预定的方案实施也生产不出合格的产品。本工程地质特殊，可适当提高压浆压力以减弱土工材料绞缠钻头阻碍喷浆的影响；二次搅喷提升至桩顶时先提离地面上以便及时发现有无绞带阻喷现象，再下移原位喷浆搅拌30s。施工实践证明，经科学的成桩试验、分析，严密的过程控制，本工程本工程水泥搅拌桩软基加固处理较好效果，得到监理、业主的一致好评，可为类似工程提供参考。
为使水泥搅拌桩的质量控制更具科学性和实用性，应研发更先进的施工设备，淘汰老旧设备；更先进的检测仪器和方法，如自动化的施工设备、控制仪器、桩体无破损检测法等。

审稿意见：
1、厚软基处理施打的塑料排水板、铺设的土工布、格栅等可能对水泥搅拌桩施工产生影响，例如出现绞带、阻喷现象。实施中采取哪些防范或减弱影响措施可在“结束语”章节中简单介绍。
2、“地质条件”章节可合并到“工程概况”章节之中，以显清晰明了。
3、题目能否改为“水泥搅拌桩在其真空预压处理软基中的应用”
4、试桩和成桩的试验检测结果不够明显，最好以表格形式列出。