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水泥搅拌桩施工工法
一、序言

水泥搅拌桩是运用水泥作为固化剂，使用特制的深层搅拌机械，对地基深层的软土、软弱土进行搅拌使之与加固剂混合后起化学物理反应，对软土或软弱土地基进行加固的一种措施。使地基通过固化处理到达提高地基的承载能力，减少地基沉降的目的。

怎样有效地控制深层水泥搅拌桩的成桩质量，保证软基处理的效果是我们在工程实践中探索的一种课题。本文通过哈大客运专线TJ-2标段软土地基采用水泥搅拌桩加固地基的施工应用，总结形成此工法。

二、特点

㈠具有投资少、抗渗效果好、地基加固效果明显等长处。

㈡该工法施工简便，施工过程较易控制，施工进度快，适合于地下水不发育的软弱地基加固，适合大范围推广、大面积施工。

三、合用范围

深层水泥搅拌桩合用于处理淤泥质土、泥炭土和粉土、粉黏土。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定其合用性。

冬季施工时应注意低温对处理效果的影响

四、工艺原理

水泥加固土的原理是通过水泥水解、水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子互换、团粒化作用、碳酸反应以及硬凝反应等一系列物理—化学作用，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土。

水泥加固土的强度取决于被加固土的性质（含水量、有机质及烧失量等）和加固所使用的水泥品种、标号、掺入量以及外加剂等。加固土的抗压强度伴随水泥掺入量的增大而增大，工程常用的水泥掺入比为12％—17％，其强度原则值宜取试块90天龄期的无侧限抗压强度，一般可达500—3000 kPa。

五、工艺流程及操作要点

㈠、施工工艺

1、施工准备

施工机械进场的便道应畅通，供电设施应齐全。在没有外接电源的施工现场，应配置柴油发电机。

做好钻机就位前的场地整顿，采用人工配合推土机平整场地、清除杂物，地质软弱区要填筑平台；有条件的地方，可用压路机静压1～2遍。同步做好排水工作。

施工机械进场后，应对机械进行检查维修和运转调试，施工队伍要合理配置场地；

查明施工范围内的障碍物，地下有无大块石及地下管线等，空中有无高压电线等所有障碍物应事先清除或设置明显标志避开，保证安全生产。

对原材取样进行浆液配合比试验，确定浆液最佳配比及水泥用量。

试桩：进行成桩工艺试验，试桩不少于2根，确定各项施工技术参数，并对试桩采用钻孔取芯进行桩身均匀性、强度等指标检测，检查成桩效果，以指导后续水泥搅拌桩的施工。

水泥搅拌桩施工是藉搅拌头将水泥浆和软土强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也超高。不过搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的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、搅拌机提高速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。

2原材料质量控制

水泥质量是关键，所用水泥品种和质量应符合设计及规范规定（P.o42.5一般硅酸盐水泥）。水泥进场之后，必须抽样做安定性、强度及凝结时间等指标试验，合格后方可使用。

进场水泥应能满足施工进度的规定，要有出厂合格证，不合格或过期、受潮、硬化、变质的水泥拒绝进场使用，所用水泥都应过筛。

施工用水应做水质分析试验，检查合格后方准使用。

3、施工放样：

首先用全站仪精确地放出施工段落的起始桩位及边线位置，然后用钢尺按设计规定的桩距，在施工范围内用小木棍标示出桩位（按正三角形布置）。

用水准仪测量现场地面标高，确定桩顶标高。

4、桩机安装就位：

水泥搅拌桩桩机安装完毕后，应进行全面的检查、调整。重要有如下五点：

① 钻头直径及钻杆长度与否满足设计规定；

② 输送水泥浆的导管与否漏浆或堵塞；

③ 水泥制浆罐和压力泵与否能正常工作；

④ 发电机或外接电源与否和桩机电路接通；

⑤ 调整桩机机身的竖直度，环节如下：

调整机身两边的拉杆，使机身纵向竖直；

调整机身下边的四个带液压装置的支撑脚，使机身横向竖直；

纵横向都竖直后，钻杆上的悬锤线就会指向中心刻度并紧靠在中心度盘处。

5、拌制、泵送浆液

按试验确定的水灰比（水和水泥按重量）精确计量，水灰比为0.5，水泥掺入配比为18%，换算成每米水泥搅拌桩掺水泥量为63.6kg/m。比重控制在1.80Kg/m3。

在制浆罐中进行拌制，制浆前应事先检查制浆罐的尺寸，确定每次拌制水泥浆的用量，控制在整数位，据此确定每盘水泥浆液中水泥的用量，备好的浆液还应不停地搅拌，使其均匀稳定，不得离析或停置时间过长，超过2h的浆液应减少标号使用；浆液倒入集料时应加筛过滤，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。泵送浆液过程中，泵压应控制在0.45MPa左右。拌和必须均匀，供浆必须持续。如碰到浆液硬结堵管，必须立即拆卸输浆管道，清洗洁净。

单桩水泥用量的控制：

控制好水灰比：按单桩长和设计提供的每米水泥用量计算出单桩水泥用量，计算公式为：单桩水泥用量=每米水泥用量×桩长。严格按设计给出的水灰比进行制浆，不得随意乱调水灰比；

控制好输浆泵：泵必须有足够的压力和持久稳定的输浆能力，压浆时的压力控制 在0.45MPa。输浆量必须与桩机的钻进速度、搅拌速度及提高速度相匹配。控制好桩机的钻进速度提高速度, 正常的搅拌及提高速率应控制在0.6～1m／min。保证单桩的水泥用量，桩身强度才有保证。

6、桩机钻进成桩

① 搅拌下沉和喷拌提高

桩机对位后，精调桩身竖直度，使搅拌轴保持垂直；启动搅拌钻机，钻头边旋转边喷浆边向下钻进。钻进速度不不小于1.0m/min，工作电流不不小于额定值80-90A；

判断钻头与否到达持力层一般有两种措施：

一是在桩机驾驶室观测电流的变化。钻机开始钻孔及在软弱地层钻孔时，电流表指针在80～90A，当钻头碰到持力层时，瞬间的电流将增大到120A以上。此时，应鉴定钻头已到达持力层。

二是在钻机旁直观观测。当钻头抵达持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，此时，可鉴定钻头已到达持力层。

在钻进过程中假如电机电流表值忽然增大，电流值不小于120A，且钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，可鉴定钻头已到达持力层，同步将钻进深度与设计深度进行比较，相差在0.5米以内时，可确认已钻进至设计深度，此时以较慢钻速再钻进不不不小于0.5米后钻进结束。

确认钻进至持力层不不不小于0.5米后，钻机在桩端搅拌喷浆 30s后匀速搅拌提高，钻头呈反向边旋转、边提高、边喷浆，提高过程中一直保持送浆持续，中间不得间断，使土体和水泥浆进行初步拌和。

钻机提高至桩顶标高如下1.0m时宜用慢速；当喷浆口提高至设计桩顶时，应停止提高，搅拌20—30秒以保证桩头均匀密实。

施工时因故停浆，为防止断桩和缺浆，应使搅拌机下沉至停浆面如下0.5m处，待恢复供浆后再喷浆提高。

② 反复搅拌下沉和提高

搅拌钻头提高至桩顶，进行反复搅拌。重新开起钻头，钻头边旋转、边钻进、边喷浆至设计规定复拌的深度后，再反向边旋转、边喷浆、边提高。使受到搅动的土块被充足粉碎，土体和水泥浆能充足拌和均匀；每根桩均要进行复搅复喷。搅拌采用少许多次喷浆的措施，保证不少于3次搅拌喷浆，同步保证2次复拌。

③ 现场操作人员应详细填写≤浆体喷射搅拌桩施工登记表≥。

7. 钻机移位

桩机移至下一桩位，反复进行上述环节的施工次序。

水泥搅拌桩工艺流程

㈡、施工质量控制要点

1、施工现场事先予以平整，不得回填杂填土或生活垃圾。施工前检查机具性能和施工工艺各项技术参数，并进行实际标定，有关技术参数及时提供现场监理工程师，以作为控制搅拌桩质量的根据。

2、施工过程中严格按设计及工艺规定进行。成桩过程中，以三次至四次喷浆四次搅拌为宜，复搅时应防止浆液上冒。

3、施工中一直保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的垂直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不不小于50mm，成桩直径及桩长满足设计规定。

4、制备好的浆液不得离析，不得停放时间过长，泵送必须持续。

5、前台操作与后台供浆应亲密配合，前台搅拌机喷浆提高的次数和速度与试验桩已标定的施工工艺参数相吻合。

6、后台供浆停机时，及时告知前台以防止断桩和缺浆。使搅拌桩机下沉至停浆点如下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提高。

停机后3小时，应在原桩位旁进行补桩处理并将输浆管拆下，妥为清洗。喷浆搅拌提高的速度和搅拌次数符合设计及施工工艺规定，喷浆量及提高速度等由流量计控制并有专人记录。

7、当搅拌桩桩顶靠近设计标高时，应尤其注意桩头的施工质量，桩顶1－1.5米范围内增长喷浆搅拌一次。同步搅拌自地面如下1m喷浆搅拌提高出地面时，宜应慢速，当喷浆口至桩顶标高时，宜停止提高，搅拌10--20秒，以保证桩头密实均匀。

8、当输浆管有弯折、外压或漏浆状况时要及时检查、理顺管道，清除外压，发现漏浆点应进行补漏，严重时停机换管当输浆管道过长，沿程压力损失增大时可使制浆池布置靠近桩位，以缩短送浆管道。

9、当钻进搅拌中碰到阻力较大，钻进太慢，应增长搅拌机自重，然后启动加压装置加压，或边输入浆液边搅拌钻进。

10、当地表温度低于5度时，不得施工水泥搅拌桩。

11、随时检查施工记录，评估成桩质量，如有不合格桩或异常状况，应及时采用补桩或其他处理措施的。

12、水泥搅拌桩成桩过程由现场值班人员指挥，桩机操作手和压浆泵操作手亲密配合，按照边搅拌边喷浆的原则，防止出现因喷浆口堵塞而出现只搅拌不喷浆。

13、水泥搅拌桩成桩后水泥搅拌桩未达设计强度前,桩顶以上没有一米厚垫层状况下严禁大型机械进入施工区。

14、钻机成孔和喷浆过程中，应将废弃的加固料及冒浆回收处理，防止污染环境

六、材料

水泥采用不低于42.5级一般硅酸盐水泥，也可采用矿渣水泥。对进场的同厂家、同品种、同规格、同批号的水泥以200T为一检查批，按有关的检查措施做胶砂强度、安定性、细度、凝结时间等项目试验，符合原则时方可使用，受潮结块的水泥不容许使用。

施工用水要通过化验，合格后方可使用。

七、机具设备

每个作业班组配置1台PH-5A型水泥搅拌桩钻机，1台ZJ-50型压浆泵，1台JBR-2型水泥浆搅拌机，每台水泥搅拌桩钻机24小时运转可完毕水泥搅拌桩约260米。

详细施工时根据工程量的大小及施工工期安排确定搅拌桩机、压浆泵、水泥净浆搅拌机数量。

八、劳动组织及安全

㈠、劳动组织

正常施工中每台水泥搅拌桩钻机配置操作人员3人，每台压浆泵、水泥净浆搅拌机配置操作人员3人，每班配置现场管理人员1人，技术员1人，试验员1人，电工1人，机械修理工1人。按全天两班制，则每台钻机需配置施工作业人员16人。施工管理人员6人。

㈡、安全注意事项

1、场地要平整，陡坡较大要打台阶施工；

2、雨天积水要及时抽排，防止积水浸软路基面，防止钻机庆翻事故；

3、电线电缆要架空布置，采用不要的绝缘措施，以免发生触电事故；

4、佩带必要的安全防护用品，如安全帽、绝缘鞋、防尘口罩等；

5、常常对机械进行维护，加强保养，损坏的部件要及时更换，保证机械正常、安全运转；

6、严格按照操作规程作业，施工操作人员要进行培训，获得合格证件后方可上岗作业。

九、质量规定

本工法执行的质量原则为《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行原则》铁建设【】160号

设计参数：单桩竖向承载力163.62KN,复合地基承载力246.93 Kpa ～343.64KPa,28d立方体抗压强度平均值2.5MPa。

㈠、水泥搅拌桩施工的容许偏差、检查数量及检查措施见下表

序号 检查项目 容许偏差 施工单位检查数量 检查措施

1 桩位（纵横向） 50mm 按成桩总数的10%抽样检查，且每检查批不少于5根 经纬仪或钢尺丈量

2 桩身垂直度 1% 经纬仪或吊线测钻杆倾斜度

3 桩体有效直径 不不不小于设计值 开挖50～100mm后钢尺丈量

㈡、水泥搅拌桩桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度应满足设计规定，施工单位抽样检查频率为总数的2‰，且不少于3根。监理单位按施工单位抽样数量的20%见证检查。

施工完毕后28d，在每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观测其完整性、均匀性，拍摄取出芯样照片，取不一样深度的3个试样作无侧限抗压强度试验。

㈢、复合地基的承载力应满足设计规定。检查数量为总桩数的2‰，且不少于3根，监理单位见证检查，勘察设计单位现场确认，检查措施为平板荷载试验。

十、效益分析：

㈠、施工过程中我们采用“四喷四搅”工艺，严格控制每次喷浆量，提高了水泥搅拌桩成桩质量，水泥浆比重比设计减少了0.3～0.5kg/m3,节省了水泥用量，提高了经济效益。

㈡、施工机械重量轻，短距离内可以自己行走，转场时间较短，就位时间短，可以持续作业，一天两班作业只需6人，有效的保证了施工进度；

㈢、遵照环境保护理念，现场文明施工，作业环境得到极大改善，粉尘污染得到有效控制，到达国家及地方政府规定的环境保护规定。

十一、应用实例

哈大铁路客运专线TJ-2标段D1K509+215.25～D1K520+546.46段，路基工程长度7012.23米，水泥搅拌桩地基处理段落长3488.35米，桩长合计939447延米，地质状况：上部为粉质粘土，呈层状分布于地表，具有中等压缩性及冻胀性；下部为砂岩夹泥岩，呈层状分布于粉质粘土下部，为水泥搅拌桩的持力层。水泥搅拌桩设计桩长：3-10米；水泥搅拌桩设计桩间距：0.8～1.0米；水泥搅拌桩设计桩径：0.5米；水泥搅拌桩平面呈正三角形布置；

水泥搅拌桩路堤段横向处理宽度：无护道时为两侧路堤坡脚范围，设置防冻胀护道时为路堤边坡延长线与地面的交点；

水泥搅拌桩路堑段横向处理宽度：为开挖界线内，详细按工点设计文献进行。

水泥搅拌桩的施工组织、施工安全与施工质量对地基处理的最终效果具有极为重要的意义，我们通过精心的组织、合理的安排、严谨的过程监控保证了水泥搅拌桩的工程质量和节点工期目的实现，获得了良好的效果，桩身质量经第三方检查及监理第三方检查，合格率均为100%。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。