深层水泥搅拌桩施工工艺参数研究

季建华

(昌乐县交通工程有限公司，山东潍坊 262400)

0 引言

深层水泥土搅拌桩是以水泥为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体，已经广泛应用于竖向承载的复合地基、基坑工程维护挡墙及防渗帷幕等［1］，但质量事故屡有发生［2-5］，其原因不仅涉及到设计，更多的源自施工质量［6］。

现行工程标准及各种文献资料多涉及或关注深层水泥土搅拌桩设计及检测技术，而对于深层水泥土搅拌桩的施工工艺，特别是工艺参数的积累很少，有必要研究工艺参数对成桩质量的影响，引起设计与施工的重视，以合理确定工艺参数、保证成桩质量。

深层水泥土搅拌桩施工参数一般包括桩位偏差、桩长、桩径、垂直度、水泥掺量、水灰比、水泥浆输浆量、搅拌头钻进与提升速度、搅拌轴转速、复搅遍数等［1，7］。前述六个参数一般在设计时就确定了，且在施工中容易控制。而后四个参数则由于需要相互匹配以保证水泥土拌和体的均匀性，并受地质条件、桩工机械性能影响，在设计及施工中较难确定及把握。因此本文重点分析深层水泥土搅拌桩的水泥浆输浆量、搅拌头钻进与提升速度、搅拌轴转速、复搅遍数四个施工参数对成桩质量的影响。

1 水泥浆输浆量影响

在深层水泥土搅拌桩施工过程中经常出现由于水泥浆输浆量原因导致的桩身质量问题，归纳起来，主要有如下几种:

1)输浆量不连续、不均匀。

由于喷浆口或输浆管堵塞、输浆泵故障等原因，经常出现深层水泥土搅拌桩施工过程中输浆不连续或大小不均匀的情况，则在桩体中出现水泥浆富集段与稀少段，桩身质量不均匀，影响桩身承载力。为了做到水泥浆输浆量连续、均匀，应经常检修设备避免故障，并且在发现质量事故后及时对水泥浆稀少段进行补喷。

2)输浆量过大或过小。

水泥浆输浆量过大时，搅拌头尚未提升到设计桩顶，水泥浆已经消耗完，桩头水泥掺入比小于设计值，桩身强度不满足要求;另外当钻进速度较小时，容易导致返浆量过大。水泥浆输浆量过小时，则会延长施工时间，降低施工效率。根据目前国内深层水泥土搅拌桩施工常用输浆泵性能，输浆压力一般随着输浆量的减小而降低。当水泥浆输浆量过小时，较小的输浆压力无法冲破喷浆口周围的土阻力而将水泥浆液喷射到周围土中，影响桩体成桩质量，特别是在搅拌桩深部问题更为突出。李功一［8］通过“两喷四搅、四喷八搅、四喷四搅”等多种工艺试验对比证明了这种现象:输浆量大时深部成桩质量好于输浆量小的工况。

在桩身长度内喷浆均匀、确保水泥浆掺入比是深层水泥土搅拌桩成桩质量的保证，只有在此前提下才能谈及水泥土搅拌均匀程度对桩身质量的影响。因此水泥浆输浆量的选择应与钻进速度或提升速度相匹配，使桩身长度内喷浆连续、均匀，保证水泥掺量的均匀性，并且喷浆压力不宜太小，一般选择0.4 MPa～0.6 MPa。

2 搅拌头钻进与提升速度影响

搅拌头钻进与提升速度直接影响水泥土拌和均匀程度与施工效率。钻进速度或提升速度过大时，搅拌轴转速无法与之匹配，在拟加固土中形成螺旋状切割，达不到每点土体搅拌20次或每米切削400次的要求［1，7］，影响桩身水泥土强度。另外搅拌头钻进速度过大，当遇硬夹层或地下障碍物时，容易憋钻，造成机具设备损坏;而提升速度过大，当水泥浆与土拌和后的混合物含水率相对较低时，搅拌轴提出后留下的空间不易被周围水泥土填充进去，出现空心现象［8］，影响单根桩承载力。

钻进速度或提升速度小，则水泥土搅拌均匀，但单根桩施工用时长，施工效率低，并且容易出现搅拌头尚未提升到设计桩顶，水泥浆已经消耗完的情况。另外，施工时间过长对相邻桩搭接施工质量也是不利的。

根据目前国内深层水泥土搅拌桩施工现状，搅拌头钻进与提升速度多数为 0.8 m/min ～1.2 m/min，达不到标准［9］规定的“机头提升速度不得大于0.5 m/min”的要求，但桩身质量检测结果均满足要求，这说明搅拌头钻进与提升速度值的大小不是影响桩身质量的主要因素，只要水泥掺量均匀、水泥浆与土混合物被搅拌次数满足要求即能保证桩身质量。

3 搅拌轴转速影响

目前国内使用的深层水泥土搅拌桩机有的搅拌轴转速是恒定，有的是可调的，这里仅研究搅拌轴转速可调的情况。

在钻进速度或提升速度相同的情况下，搅拌轴转速越大，则同一点水泥浆与土混合物被搅拌次数越多，被粉碎得越细，水泥分布到土中越均匀，水泥土结构离散性越小，水泥土强度越高;但搅拌轴转速过快，容易在搅拌头上形成“土团”，将大大影响搅拌效果［10］。搅拌轴转速小时，容易在拟加固土中形成螺旋状切割，搅拌不均匀，影响桩身水泥土强度。

根据目前国内生产的搅拌轴转速可调的桩工机械性能，搅拌轴转速大时，搅拌头钻进速度或提升速度也大，反之亦然，但搅拌轴旋转一圈搅拌头钻进或提升的距离是恒定的，一般为1 cm～3.75 cm。因此搅拌轴转速的选择要综合考虑搅拌头钻进速度或提升速度、水泥浆输浆量等因素。

4 复搅遍数影响

随着复搅遍数的增加，同一点水泥土被搅拌次数越多，水泥与土体拌和越均匀，成桩质量越好。例如马在宏等［11］采用标准贯入试验、取芯测试、静载试验等方法研究了长江漫滩软土中两喷六搅工艺与两喷四搅工艺对水泥土搅拌桩桩身质量的影响，前者比后者的桩身水泥土强度高，复合地基承载力有较大提高。潘殿琦等［12］通过对比试验，也得到类似的结果，进行上部复搅的单桩承载力明显比未进行上部复搅的桩要高，有的提高1/3左右。

根据水泥土强度增长机理，只有保证水泥浆与土混合物被搅拌次数才能达到较高强度，因此宜将喷浆过程放在前几次的钻进或提升过程中，给混合后的水泥浆与土留出较多的复搅遍数，但复搅遍数过多会影响施工效率，每点水泥土搅拌20次～40次［1，13］即可。根据目前国内深层水泥土搅拌桩施工经验及桩工机械性能，可采用两喷四搅或两喷六搅工艺，其中在第一次钻进与提升过程中喷浆，或者在第一次提升与第二次钻进过程中喷浆(见图1，图2)。

图1 两喷四搅工艺

图2 喷浆搅拌工艺

5 结语

1)桩身水泥浆掺量均匀、水泥浆与土混合物搅拌均匀是保证桩身质量的关键。

2)水泥浆输浆量、搅拌头钻进与提升速度、搅拌轴转速、复搅遍数等工艺参数对桩身质量的影响是通过水泥浆掺量、水泥浆与土混合物搅拌次数来衡量的。

3)深层水泥土搅拌桩施工工艺参数应综合成桩质量与施工效率进行优化匹配。

4)深层水泥土搅拌桩施工宜选用两喷四搅或两喷六搅工艺，在第一次钻进与提升过程中喷浆，或者在第一次提升与第二次钻进过程中喷浆;喷浆压力为0.4 MPa～0.6 MPa;桩身范围内每点水泥浆与土混合物被搅拌次数不少于20次～40次。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［2］王建平.水泥土搅拌桩的检测方法及常见事故浅议［J］.西部探矿工程，2004，16(7)：57-58.

［3］陈朝军，杨海荣，范云霞.水泥土桩复合地基事故处理［J］.河南科学，2003，21(5)：590-592.

［4］何 健，吴方沂.水泥土搅拌桩质量事故分析与处理［J］.国外建材科技，2006，27(3)：38-39.

［5］陈荣斌，裴 捷.提高水泥土搅拌桩施工质量的方法与技术［J］.上海地质，2002(3)：54-57.

［6］何开胜.水泥土搅拌桩的施工质量问题和解决方法［J］.岩土力学，2002，23(6)：778-781.

［7］JTJ/T 259-2004，水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程［S］.

［8］李功一.浅谈水泥深层搅拌桩喷浆法施工工艺［J］.山西建筑，2001，27(1)：73.

［9］GB 50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］.

［10］《地基处理手册》编写委员会.地基处理手册［M］.第3版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［11］马在宏，管同心，缪林昌.搅拌桩法加固长江漫滩软土地基施工工艺研究［J］.公路交通科技，2004，21(1)：26-29.

［12］潘殿琦，陈 勇.深层搅拌桩强度的影响因素与改善措施［J］.岩石力学与工程学报，2001，23(11)：1954-1958.

［13］何开胜，宣芝锦.深厚软土中水泥土桩制桩技术的试验研究［J］.水利水运科学研究，1998(1)：19-27.