对软基中水泥土搅拌桩施工的探讨

　　摘要：水泥搅拌桩是一种应用较广泛的地基加固方法，但如何有效的控制水泥搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果就成为在工程实际中需要探索和研究的关键问题。
　　关键词：软基加固；水泥土搅拌桩；设计参数；过程控制
　　水泥土深层搅拌桩(湿法)是一种常用软基土体加固方法，其特点是施工简便、成本低，加固后整体承载力显著加强，下面结合工程实例谈谈在软基土水泥土搅拌桩的施工工艺、浆液制备、流程控制、质量检查验收等环节主控项目的施工控制方法。
　　1工艺概述 
　　1.1土体加固机理
　　水泥土深层搅拌桩在软弱地基中的施工(湿法)是指机械或人工将土与水泥或水泥系材料混合后形成的圆柱形状水泥土体。湿喷桩加固软土地基实际上就是水泥加固土的过程，采用机械深层搅拌软土与水泥浆进而发生的一系列物理化学反应形成复合地基的过程。即利用水泥或水泥系材料为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深度就地将原位土(软弱土层)和固化剂(水泥浆液)强制搅拌，形成水泥土桩体，达到支承建筑物基础的设计要求。
　　1.2适用土质及优点
　　该施工方法可以普遍适用于处理软弱地基特殊性岩土，如正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。水泥土搅拌桩(湿法)加固软土技术具有独特优点，土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降。最大限度地利用了原土，搅拌时无侧向挤出，对环境无污染，施工速度快，经济效益好，与其它砂石换填、打桩等地基处理类型相比节约成本明显。
　　2工程地质条件
　　以某项目软土地基为例说明。地形地貌：长江河漫滩地貌，征地前为稻田，现已采用杂填土填高到设计标高。
　　地层岩性：①杂填土，灰褐色，软土，厚1~2m。②砂土层，软塑，原江岸吹填砂层，厚1.5~3m。③Q4al粉质粘土，灰黄色，软～硬塑，厚3～5m。④Q4al粘土，褐黄色，硬塑。 水文地质条件：厂区的地下水按区域水文地质条件、含水层性质和埋藏条件等可以划分为两种类型：上部含水层中的地下水类型为孔隙潜水；下部含水层中的地下水类型主要为弱承压水。地下水水位主要受大气降水和地表水体的影响，并与长江水体形成密切的补排关系，呈季节性变化。常年地下水埋深的变化幅度一般在1.00~1.50m。
　　3设计参数
　　(1)本段软土基础处理采用水泥土深层搅拌桩，共294根，桩径ф60cm，有效桩长l0m；纵向间距lm，横向间距0.75m，长方形布置，桩打入硬底不小于0.3m。浆喷桩水泥浆采用425#普通硅酸盐水泥，水灰比采用0.5：1，水泥掺入量不小于15％，复合地基承载力不小于130kPa。经施工换算桩体每延米水泥用量不小于70kg，单桩桩身28d无侧限抗压强度不小于1.6MPa。根据被加固土的性质及单桩承载力要求，该基础搅拌桩采用425#普通硅酸盐水泥，掺入量为加固土体质量的15％，水灰比为0.5；每延米桩体的水泥用量，其配合比计算公式为：
　　式中：
　　——天然湿密度；——水泥搅拌桩半径；15％——水泥掺入量。
　　单桩水泥浆量计算：
　　式中：
　　一水泥浆稠度取0.58；一每延米水泥用量(水灰比0.5）；—设计有效桩长10m。
　　(2)室内配合比设计。无侧限抗压强度≥0.8MPa，无侧限抗压强度≥1.6MPa，无侧限抗压强度≥2.4MPa。
　　4施工工艺
　　水泥土搅拌桩(湿法)施工工艺分为钻进喷浆、提升喷浆两种工艺流程。本工程采用提升喷浆，二喷四搅的施工方法，采用PS一5型深层搅拌机。根据本工程土质特点，在钻入时为防止喷浆头堵塞，可适当进行压浆，在提升前先进行座底喷浆。保证水泥搅拌土成桩质量。施工工艺流程如下：
　　桩机就位→钻进达到设计要求喷浆到底→提升搅拌重复喷射搅拌→重复钻进、提升搅拌→成桩完毕→移位。
　　各操作过程及要点如下：
　　4.1定桩位
　　搅拌钻机到达指定桩位对中。为保证桩位准确，必须严格控制桩位点，使桩位对中误差不大于10mm，导向架和搅拌轴应与地面垂直，用两个锤球或经纬仪控制，垂直度的偏差不超过1％，为随时掌握钻进深度，导向架上用油漆进行深度标识。
　　4.2预搅下沉
　　启动电机，放松起吊钢丝绳，使搅拌机沿导轨(钻进速度0.5~1.0m／min，转速60r/min)下钻至设计深度，下沉深度大于设计值30cm。要求软土应完全预搅切碎，以利于提升喷浆时同水泥浆均匀搅拌。
　　4.3制备水泥浆
　　施工用的水质必须经化验对水泥无腐蚀作用，开始制备水泥浆，严格控制水的用量，使其符合设计水灰比1：2，水泥浆比重1.8g/m3，拌合时间不少于3min，保证水泥浆无硬块、无杂质。待压浆前将水泥浆倒人集料罐中，保证水泥浆不离析，储浆量应满足一桩一罐的要求。
　　4.4钻进喷浆搅拌
　　开启灰浆泵，将水泥浆压入地基中，并且边喷浆边旋转搅拌，输浆管道不能发生堵塞。钻进速度为0.5～1.0m/min，转速60r/min，喷浆压力控制在1.0~1.4kPa，喷浆量控制在30L/min（相应数据经国家计量部门认证的电脑检测仪器进行自动记录，附认证书、合格证，并设有专人抄录），钻进到设计桩长后，原地喷浆30s，再反转匀速提升，严格按照设计确定的提升速度提升搅拌，其误差不得大于10cm/min。搅拌钻头如被软粘土包裹时应及时清除。
　　4.5提升喷浆搅拌
　　同上步骤参数提升喷浆搅拌至设计桩顶标高以上0.5m，提升喷浆搅拌至地面，集料灌中的水泥浆正好排空。
　　4.6重复上下搅拌
　　为使软土和水泥浆搅拌均匀，将搅拌机旋转沉入土中至设计深度后再将搅拌机提升地面。
　　4.7清洗
　　向集料灌中注入适量清水，开启灰浆泵。清洗全部管路中残存的水泥浆，直至清洗干净，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。
　　5施工过程控制
　　5.1施工准备
　　现场施工有关人员应该熟悉设计单位所提供的施工设计图，通过试桩，并进行成桩工艺性试验，确定工艺性参数。工艺参数主要是控制：试验室内配合比、掌握下钻、提升的困难程度、确定钻头进入硬土层电流变化程度、确定水泥浆液比重、确定合适的输浆泵的输浆量、掌握水泥浆到达喷浆口的时间、搅拌机提升速度、复搅下沉、复搅提升速度等参数、了解施工中冒浆情况及采用下沉喷浆和提升喷浆的不同效果，并及时进行复合地基承载力试验，寻求最佳的搅拌次数，以指导大规模下一步水泥搅拌桩施工。湿喷桩施工机械选用配有全自动电脑记录仪的定型产品，并经当地计量部门检验后方可使用。
　　5.2平整场地
　　施工现场做到“三通一平”：挖除表层杂填土，开挖后场地标高为设计桩顶标高以上0.5m，局部超挖的低洼区域用粘性土料回填平整并予以压实；清除地面及地下的块料障碍物；根据现场条件因地制宜搭设灰浆搅拌制操作棚和存放水泥临时仓库，仓库必须有防潮措施。
　　5.3机械设备检查调试
　　本工程采用PS一5型深层搅拌机，配备注浆自动记录设备，并能打印出相关数据，灰浆制备采用灰浆拌合机拌和。施工前应确定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数，并根据设计要求通过工艺性成桩试验确定施工工艺。搅拌头的直径应定期复核检查，其磨耗量不得大于10mm。
　　5.4浆液制备
　　水泥系等深层搅拌桩的浆液制配，按有关规范或设计要求进行，采用425#普通硅酸盐水泥。在搅拌罐内放入计算后的用水量(用水量由搅拌浆罐内标尺控制)，再倒入计算后的水泥用量进行搅拌，搅拌时间不少于3min后放入贝宁浆桶(池)内搅拌待用，根据工程进度适时进行下一根桩的水泥浆制备以保证施工的连续性。水泥浆液水灰比。为改善水泥和易性，以提高水泥土的强度和耐久性，在制作水泥浆液时掺入水泥用量0.2％的木质素磺酸钙；施工时水泥浆液不得停置时间过长，不超过2h，浆液在灰浆搅拌机中要不停搅拌，直到送浆前。
　　5.5喷浆、搅拌控制
　　施工过程中，有关现场主管人员应负责全过程，特别是泥浆比重控制、注喷浆压力、成桩桩长、层位，当浆液达到出浆口后，应喷浆座底30s，使浆液完全到达桩端，深度误差不得>5cm、施工过程要特别严格控制钻头下沉和提升速度、供浆与停浆时间，要控制下钻深度、喷浆高程及停浆面，复搅时应避免浆液上冒，记录人员依据设计要求，测定搅拌桩每米灌浆量，发现断桩采取补救措施，同时记录施工中的各种数据，复查桩位等流程工序质量。 从水泥土的加固机理分析看，软土地基深层搅拌加固技术，水泥浆液和原位土之间的强制性搅拌越充分，水泥分布在软弱地基土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也越高。深层搅拌钻机施工时搅拌的次数越多则拌和越均匀，水泥土强度也越高。试验证明，当加固范围内任一点水泥土拌和20次强度可达到规定的强度。
　　每遍搅拌次数N由下式计算：
　　式中：
　　——搅拌叶片的宽度，单位m；——搅拌叶片与搅拌轴的垂直夹角，单位o；——搅拌叶片的总根数；一搅拌头的回转数，r／min。
　　本次试桩参数：=0.1m：=75o；=4；=75r／min
　　次；
　　采用二喷四搅：总=6.7x4=26.8次，满足规范和设计的要求。
　　5.6试桩
　　目的是为了取得符合设计要求的工艺，取得注浆压力和钻进速度、提升速度、提升时钻头反钻速度、搅拌遍数、复拌深度、单位时间注浆量、每延米注浆量等数据，试桩地点应根据地质情况选取代表性工点，且数量应不少于5根。
　　6结语
　　这种方法处理效果显著，处理后可很快投入使用，在工程施工中确保工程质量的前提下能够降低成本、缩短了基础处理施工工期，在工期紧、出于成本考虑不易进行基坑大开挖或基础土质换填。考虑使用水泥搅拌桩进行基础处理应该是经济、科学的施工方案。
　　参考文献：
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