水泥搅拌桩在水利工程软基处理中的应用

王贺利

【摘要】在水利工程建设中，会遇到很多技术性问题，其中比较常见的是遇到软质地基。软质地基是指淤泥等结构不能够承受大型建筑的土基，这类土质在我国的分布广，所以如何有效地解决软质土基在我国水利工程中的影响十分重要。本文结合实际的工程对水泥搅拌桩在水利工程软基处理中的应用做了分析。

【关键词】水泥搅拌桩水利工程软基处理

中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号：

水泥搅拌桩是用于水利工程加固饱和软黏土地基的一种技术，它利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将原状软土和水泥浆强制搅拌，经过物理化学作用生成一种特殊的、具有较高强度和水稳定性的混合体，它对提高软土地基承载力、减少地基的沉降量有明显效果。近年来，随着大量水利工程不断实施，水泥搅拌桩应用也越来越多。水泥搅拌桩复合地基以其造价低、整体强度好、施工无振动、无噪声、无污染、设备简单、工期短等优点，在水利工程软基加固中得到设计人员的青睐。在此本文结合工程实际对水泥搅拌桩在水利工程软基处理中的应用做了简要的探析。

一、工程概况

曲逆河北支涵洞是南水北调中线总干渠上的重要交叉建筑物，涵洞位于顺平县白云乡西朝阳村北约1km处，主要任务是使曲逆河北支洪水从总干渠下面穿过，保证总干渠不被洪水淹没，保障总干渠输水安全。涵洞设计流量940 m3/s。主体工程由进口段、洞身段、出口段三部分组成。进出口段两侧均为半重力式混凝土挡土墙，洞身段为9孔4.0m×4.5m的钢筋混凝土箱涵。

按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》和《南水北调中线京石段应急供水工程（石家庄至北拒马段）初步设计报告》及审查、批复意见，曲逆北支排洪涵洞洞身、进出口段翼墙均为1级建筑物；下游海漫、防冲槽，河沟控导、防护等次要部位为3级建筑物；临时建筑物为4级建筑物。

二、水泥搅拌桩设计

本工程进出口挡土墙和中间箱涵均座落在第四系上更新统上段冲洪积层（al+plQ）的黄土状壤土，土层厚8～10.7m，地基承载力100 kPa，不能满足设计要求，经比较，采用水泥搅拌桩处理地基。

搅拌桩复合地基承载力标准值按下式计算：

f sp，k －复合地基承载力标准值；

fs，k—桩间天然地基土承载力标准值；

m－置换率，取0.23；

Ap－桩的截面积；

β－桩间土承载力折减系数取0.5；

Rkd－单桩竖向承载力标准值。按下式计算。

fcu,k－水泥土试块的无侧限抗压强度平均值；

n－强度折减系数；

qs－桩周土的平均摩擦力，粘性土取12～15kPa；

Up－桩周长；

L－桩长；

qp－桩端天然地基的承载力标准值；

α－桩端天然地基土的承载力折减系数，取0.4。

计算结果，水泥搅拌桩间距1.2m，梅花型布置，进口段桩长7m，出口段桩长4.5m，箱涵段桩长10m。

三、水泥搅拌桩技术要求

1、试桩要求

水泥搅拌桩基础处理在正式施工前须进行试桩，通过试桩检验复合地基能否达到设计要求，同时确定制桩的工艺、水泥掺入比，检验桩的均匀性等。试桩作业可选择处理地基中非主要部位进行，但须报设计人并经监理人批准后执行。试桩不少于4根，试制桩间距应符合设计要求。

承包人应提交一份现场生产性试验计划，报送监理人审批。试验成果应报送监理人和设计人 。试验成果包括本工程招标文件中关于验收条款中所规定的资料，包括制桩的工艺要求和相关数据等内容。

2、技术指标

水泥搅拌桩及处理后的复合地基应满足表1 的指标要求。

表1

3、机具设备

成桩机具与设备性能指标，必须满足施工图纸中规定的制桩的孔径、深度、密实度和最小桩距的要求。

四、水泥搅拌桩的施工工艺

1、施工前的准备

（1）平整场地。应清除有碍成桩的混凝土块、块石等硬质杂物及场地内树根、杂草、有机质、腐泥等软质杂物，并将凹凸不平的地面回填整平。若施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层，再用平地机精平。

（2）根据施工图纸画出桩位平面布置图，用全站仪（或经纬仪）准确地放出施工段落的起始桩位及边线位置，然后用钢尺按设计要求在施工现场定出每根水泥搅拌桩的桩位（一般按正三角形布置），并做好标记。

（3）原材料的质量控制。

水泥：所用水泥品种和质量应符合设计及规范要求。水泥进场之前，必须抽样做安定性试验、检验胶砂强度等指标，合格后方可进场使用。进场水泥数量应能满足施工进度的要求，不合格或过期、受潮、硬化、变质的水泥拒绝进场使用。水：水质分析须检验合格。

制浆：按单桩长和试验得出的每米桩长水泥用量计算出单桩水泥用量，严格按设计的水灰比进行制浆，在制浆罐中进行拌制，备好的浆液应不停地搅拌，使其均匀稳定，防止水泥浆发生离析。超过2 h的浆液应降低标号使用；浆液倒入集料斗时加筛过滤，以免浆液结块而损坏泵体。

（4）成桩试验。试桩一般不应少于5根。通过试桩，可以确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等各项技术参数。

2、施工工艺流程

施工工艺流程：场地平整→测量放样→桩机就位→制备水泥浆→第一次预搅下沉→第一次提升喷浆搅拌→第二次搅拌喷浆下沉→第二次提升喷浆搅拌→成桩结束→施工下一根桩。

3、施工控制要点

（1）做好施工平台后放样定位，搅拌机定位，注意搅拌机的平整度并控制导向架对地面的垂直度，偏斜率≯1%。

（2）采用经纬仪进行桩位施工放样，定出桩位中心。所测放的桩位轴线经复核后予以保护，桩位放样误差≯5 cm；桩径偏差不得大于4%。

（3）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2。严禁带水下钻；第一次下钻和提钻时一律采用低档操作。复搅时可提高一个档位，每根桩的正常成桩时间应不少于40 min；喷浆压力不小于0.4 MPa。

（4）喷浆搅拌均匀，不允许出现断桩。严格按试验确定的参数控制水泥浆的喷出量、搅拌及提升的速度和次数，保证喷浆搅拌的均匀性和连续性。灰浆泵的出口压力保持在0.4～0.6 MPa，使水泥浆自动连续喷入地基土层内并且搅拌均匀。

（5）应根据设计要求在地面下一定深度范围内进行重复搅拌。钻头边旋转、边钻进、边喷浆至设计要求复拌的深度后，再反向边旋转、边喷浆、边提升，使受到搅动的土块被充分粉碎，土体和水泥浆能充分拌和均匀。

（6）应严格控制重复搅拌时的下沉和提升速度，保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌；一般，提升速度不得大于0.6 m/min。

（7）清洗。向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，直至基本干净，并将黏附在搅拌头上的软土清洗干净。

（8）钻具提升至地面后，钻机移位对孔，按上述步骤进行下一根桩的施工。

五、施工注意事项

（1）施工时设计停浆（灰）面一般应高出基础底面标高0.5 m，在开挖基坑时应将上部0.5 m挖去。

（2）为保证水泥搅拌桩端、桩顶及桩身施工质量，当浆液达到出浆口后，应喷浆座底60 s，余浆上体过程中全部喷入桩体，使浆液完全到达桩端，使水泥浆与桩身土体充分搅拌。

（3）水泥浆液的供应必须连续，一旦因故中断，必须将搅拌头下沉到停浆面以下0.5 m处，待恢复供浆后再搅拌提升，以防断桩；若停机超过3 h，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输浆管路，再清洗。