浅析水泥土搅拌桩地基加固工程施工技术及检测方法

□张圣西 □周 沛（中国水利水电第十一工程局有限公司）

1.工程概况

大沙河闸位于大沙河的入湖口处，闸轴线距湖西大堤约130 m，闸两侧通过大沙河河堤与湖西大堤连接。主要建筑物包括节制闸闸室、船闸上闸首以及防渗范围内的上、下游翼墙和船闸闸室，为1级建筑物；次要建筑物包括船闸下闸首以及防渗范围外的上、下游翼墙和船闸闸室，为3级建筑物。建筑物的挡洪标准同湖西大堤，按防御1957年洪水标准设计，挡洪水位37.0 m；设计标准为20 a一遇，出口水位与南四湖同频率遭遇，出口水位为36.3 m，设计流量1360.0 m3/s。

闸址处揭露地层主要为第四纪冲、洪积而成，层中夹层、互层较多，上更新统（Q3）土层均含有砂礓，且自上而下砂礓的粒径逐渐增大。场区地层自上而下分为8层：（0）层为人工（堆）填土、（1-1）层为黄色砂壤土、（1-2）层黄色中、轻粉质壤土、第（2）层为黄色粘土、第（3-1）层为黄、灰黄色粘土，夹中粉质壤土层和少量砂壤土薄层、第（3-2）层以黄或灰色粉质粘土夹轻粉质壤土、第（4）层为黄、灰黄色细砂、砂壤土、第（5）层以黄、灰黄夹灰白或灰绿色中粉质壤土和轻粉质壤土互层、第（6）层为黄或灰黄、灰白色粉质粘土、第（7）层为黄色含砾中粗砂、第（8）层为黄夹灰或褐黄色粉质粘土。

上闸首、左右岸岸墙、翼墙等水工建筑物及相关工程基础采用水泥土搅拌桩加固处理。桩的置换率分别达到：岸墙22.4%，翼墙直线段26.8%，圆弧段22.3%，船闸上闸首26.9%。设计桩长10 m，桩底深入持力层3-2轻粉质壤土夹粘土层中1.0 m。加固范围内的地基土层物理力学指标见表1。

表1 加固范围内的地基土层物理力学指标表

由于存在多层不同性质的土层，因此需要选择一种薄弱土层作为目标进行处理，以确定施工技术参数。第2层土为粘土，在搅拌桩施工范围的最上部，受到的荷载最大，且其承载力低于其余土层，因此选择该土层土作为加固目标。地基加固处理技术指标见表2。

表2 地基加固处理技术指标表

2.施工规划

2.1 施工组织安排

考虑到汛期基坑过水以及地下水的影响，建筑物基础开挖时预留1 m的保护层暂不开挖。为此，先将左岸建筑物基础开挖至EL31.0 m高程，然后在此高程处进行搅拌桩的施工，停浆面高程为设计桩顶高程以上30 cm。上部搅拌桩孔为空桩头，不喷浆。搅拌桩施工完成后，将上部预留土方挖除，破除桩头至设计桩顶标高，进行复合地基承载力的检测和上部水泥土褥垫层的施工。汛期基坑过水，汛后将水抽排，开始进行建筑物钢筋混凝土结构的施工。

2.2 施工水、电布置

水泥搅拌桩施工利用前期准备、施工阶段形成的水、电系统。从施工变压器直接通过185 mm2电缆接入水泥搅拌桩施工现场，长度约100 m，用电总功率约为200 kW，在工作面设置移动式配电柜，然后敷设70 mm2电缆，接入搅拌桩机。

水泥搅拌桩经检测合格的地下水，配置3m3水箱。

3.施工主要技术参数

施工采用2台ZGZ-A型水泥土搅拌机，灰浆泵型号为BW-150型，工作压力为0.4～0.6 MPa。提升速度：提升速度控制在1 m/min以内，并与喷浆速率相匹配。桩身垂直度：≤1%。深度记录误差：≤5 cm。浆液水灰比：水灰比根据试桩情况确定,水灰比为0.55。段浆量：根据试桩的结果确定，段浆量为4.6L/10 cm。浆液比重：与水灰比相匹配，浆液比重为1.775。停浆面位置：为保证承重桩桩头质量，停浆面必须高于设计桩顶高程0.3 m。

4.工艺性试桩

主要是确定水泥搅拌桩的主要施工工艺技术参数：钻进速度、提升速度、水灰比等，通过试桩以确定最终的施工技术参数以指导大面积的桩基施工。

水泥土搅拌桩在施工前根据设计要求进行了工艺试验，以确定该场地的施工工艺技术参数。试桩地点为岸墙外侧1 m，试桩桩数为2根，桩长为10 m。

4.1 试桩方案

根据室内配合比设计报告，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。水泥掺入量15%进行试桩。先采用水灰比为0.6进行试验，流易性及搅拌均匀度都比较好，则按水灰比0.55继续试验；如流易性或搅拌均匀度不太好，则说明水灰比偏小，则将水灰比调大到0.65进行下根桩的试验。

4.1.1 初步参数

4.1.1.1 喷浆量

土的自然密度为1.82 g/cm3，桩径为0.5，水泥掺量15%，通过计算：水灰比0.6：段浆量为4.9L/10 cm。水灰比0.55：段浆量为4.6L/10 cm。水灰比0.65：段浆量为5.2L/10 cm。

4.1.1.2 钻进速度Vz和提升速度V提

根据喷浆量和泵流量计算,并结合现场取得的经验,选用钻进速度Vz=80 cm/min,取提升速度V提=100 cm/min。

4.1.1.3 注浆量的出口压力

当地层组分以粘土为主时,为保证浆液与粘土拌和均匀并充分反应,取出口压力为0.4～0.6 MPa。当地层为砂性土时,适当减少压力,取0.3～0.5 MPa。当施作下半部分桩体时,适当增加喷浆压力,以保证桩身水泥掺入量满足要求，喷浆压力可通过回浆管调节。

4.1.1.4 旋转速度

根据钻机的性能,取旋转速度为90 r/min。

4.1.2 计算单组桩水泥用量

按水泥掺入量15%，水灰比0.6计算。

土天然容重1820 kg/m3，桩体截面积：0.196 m2,则每米水泥用量为：1830×15%×0.196=53.5 kg/m，则一根桩水泥用量为53.5×10.3＝551 kg，拌制一桶水泥浆，每桶水泥用量为551 kg，拌和用水331 kg。

4.1.3 试桩工艺

采用“两喷四搅”，施工过程中采用SJC型水泥搅拌桩浆量检测记录仪控制段浆量和总浆量。

4.2 试桩的检查

桩身垂直度每根桩施工时均用水准尺或其他方法检查导向架和搅拌轴的垂直度，间接测定桩身垂直度。通常垂直度误差不超过1%。

水泥土搅拌桩成桩7d后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面以下0.5m）的办法，目测检查搅拌的均匀性，两侧成桩直径。

5.水泥搅拌桩施工

5.1 施工方案

根据本工程施工特点，考虑到粘土不易搅拌等，搅拌桩施工工艺采用了“两喷四搅”的施工方法进行施工。第一次预搅喷浆下沉到设计高程为一喷一搅；搅拌提升为一喷二搅；第二次再搅拌喷浆下沉为二喷三搅，再搅拌提升为二喷四搅。施工过程中使用BJ-A型水泥土搅拌桩浆量检测记录仪（以下简称流量计）控制段浆量及总浆量。

岸翼墙、上闸首以及第一联节制闸基础土方一次开挖到EL31.0 m高程，在形成的基坑底部周围挖80 cm深的排水沟以排水，然后在此高程进行搅拌桩的施工，但是停浆高程为设计桩顶高程以上30 cm。其余上部搅拌桩孔为空桩头，不喷浆。搅拌桩施工完成后，将上部预留土方挖除，破除预留的桩头至设计桩顶标高，进行复合地基承载力的检测和上部水泥土褥垫层的施工。

5.2 施工工艺流程

本工程采用两喷四搅的施工工艺，具体工艺流程如下：场地整平→测量桩位→机械就位→搅拌喷浆下钻（速度≤50 cm/min）→到达桩底，搅拌30s后再提升钻具（速度≤100 cm/min），确保底部有足够的浆量→提升搅拌高于设计桩顶标高30 cm→重复搅拌喷浆下沉至设计桩底标高→重复搅拌提升至规定标高→关闭搅拌机械→移位。

5.3 施工工艺说明

第1，就位对中、整平：移动深层搅拌桩机到达预定桩位，对中、整平。

第2，流量计各参数设定：设置深度零点、段浆量、桩长、总浆量等。

第3，搅拌喷浆下沉：启动深层搅拌桩机电机，使钻杆沿龙门塔架搅拌喷浆下沉到设计深度后，开启灰浆泵，待浆液到达喷浆口，再按设计的下沉速度边喷浆（浆量约为总浆量的50%）边下沉搅拌。下沉速度由电器控制装置的电流监测表控制，工作电流不应大于额定电流，且为保证搅拌喷浆均匀。

第4，制备固化剂浆液：深层搅拌桩搅拌喷浆下沉的同时，后台拌制水泥浆，待压浆前将浆液经过滤网倒入储浆筒中。

第5，搅拌提升：深层搅拌桩机提升搅拌高于设计桩顶标高30 cm。

第6，二次下沉喷浆、搅拌提升：重复第3、第4、第5操作。

第7，桩机按设计预设的桩位移动，开始下一个桩体施工。如此循环施工，完成所有桩体施工。

6.水泥土搅拌桩检测

6.1 静荷载试验

水泥土搅拌桩静荷载试验主要指承受的复合地基试验。竖向承载力试验可分为复合地基载荷试验和单桩载荷试验。单桩载荷试验仅能检测桩体承载力，不能反映桩体和地基土共同作用关系，试验结果只能为设计提供复合地基承载力计算参数，不能直接检测出复合地基承载力。复合地基静载试验可直接测出复合地基承载力。

首先，载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并在成桩28 d后进行，检查数量为桩总数的l.0%，且每项单体工程不应少于3点。

其次，经触探和载荷试验后对桩身质量有怀疑时，在成桩28 d后，用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度检验，检验数量为施工总桩数的0.5%，且不少于3根。

6.2 取芯试验

水泥土搅拌桩成桩7 d后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面以下0.5 m）的办法，目测检查搅拌的均匀性，两侧成桩直径。检查量为总桩数的5%。成桩后28 d，从桩身取钻孔取样进行桩体强度的检测。

取芯检测是一种直观准确的水泥土搅拌桩施工质量检测方法。该方法可根据芯样直接检验桩的连续性、均匀性、密实度、桩长、端承条件等，也可以将芯样制作成试块进行抗压强度试验，检验桩体强度。

7.结语

水泥搅拌桩的质量控制贯穿在施工的全过程，其质量检测就显得极为重要，施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。通过桩位偏差检测、桩身垂直度检测、桩身水泥掺量、搅拌头上提喷浆的速度及水泥浆液搅拌均匀性的检测来验收水泥土搅拌桩质量是否符合规范及设计要求。