水泥搅拌桩施工应注意的几个问题

2013-08-15丁文亮

黑龙江交通科技 2013年12期

丁文亮

(徐州市交通工程质量监督处)

1 引言

水泥搅拌桩加固地基技术自1980年代以来，以技术工艺成熟、机械设备简单、经济效益明显等优点，在我国逐步推广应用，广泛用于需要大面积地基加固的原料堆场、港口码头岸壁、高速公路软土地基、工业与民用建筑地基处理，海中堤体地基也有应用。但是由于施工管理与质量控制等方面的原因，水泥搅拌桩加固地基施工也不乏失败的案例，且带有一定的普遍性，这也造成一些对水泥搅拌桩施工质量的担心。

分析水泥搅拌桩施工质量问题产生的原因，主要在于现场施工管理、工艺合理性与质量控制检测三个方面，在工程设计与施工时要分别加以注意。结合徐州港顺堤河作业区煤炭码头一期工程堆场地基处理工程，分析水泥搅拌桩施工质量问题，给出处理方案，对类似工程的施工与管理有一定的借鉴作用。

2 工程概况

2.1 工程地质概况

该煤炭码头工程堆场，需形成陆域面积约98.6万m2，其中堆场面积63.4万m2。斗轮式堆取料机基础采取水泥搅拌桩加固处理，设计桩长8 m，总长度34.3万m。

根据勘察单位提供的勘察数据，该区域土层自上而下主要分以下几层。

①1——粘土:灰黄色，可塑，顶部20～30 cm为耕植土，天然含水率 w=34.9%，孔隙比 e=0.994，塑性指数 IP=26.5，该层土厚度1.30 ～3.50 m，平均 2.19 m，承载力设计值fd=100 kPa。

①2——粘土:灰黄色，可塑，天然含水率 w=37.4%，孔隙比 e=1.016，塑性指数 IP=26.0，该层土顶埋深 1.30 ～3.50 m，平均 2.20 m，层顶标高 29.38 ～ 31.40 m，平均30.56 m，厚度 0.20 ～3.70 m，平均 1.76 m，承载力设计值fd=90 kPa。

②——粉土，灰黄色-灰色，局部夹粘土，天然含水率w=25.1% ，孔隙比 e=0.713，塑性指数 IP=5.5，该层土顶埋深1.90 ～6.00 m，平均 3.85 m，层顶标高 26.56 ～31.00 m，平均28.91 m，厚度0.30 ～4.60 m，平均2.00 m，承载力设计值fd=110 kPa。

③1——粘土:灰黄色，可塑，天然含水率 w=48.1%，孔隙比 e=1.050，塑性指数 IP=23.5，该层土顶埋深 0.00 ～6.70 m，平均 5.52 m，层顶标高 25.80 ～ 27.90 m，平均26.90 m，厚度0.50 ～2.50 m，平均1.07 m，承载力设计值 fd=80 kPa。

③2——粘土:灰黄色，可塑，天然含水率 w=39.0%，孔隙比 e=0.892，塑性指数 IP=24.9，该层土顶埋深 0.80 ～8.30 m，平均 6.59 m，层顶标高 24.94 ～ 26.50 m，平均25.83 m，厚度2.10 ～3.60 m，平均2.98 m，承载力设计值 fd=190 kPa。

④——粉砂:灰黄色，饱和，中密，该层土顶埋深9.30～10.40 m，平均 9.90 m，层顶标高 21.94 ～ 23.60 m，平均22.85 m，厚度0.80 ～4.20 m，平均2.95 m，承载力设计值 fd=200 kPa。

⑤1——粘土:灰黄色，可塑，天然含水率 w=26.3%，孔隙比 e=0.745，塑性指数 IP=20.9，该层土顶埋深 11.40 ～13.00 m，平均 12.38 m，层顶标高 19.04 ～ 22.30 m，平均20.38 m，厚度 0.50 ～3.00 m，平均 1.37 m，承载力设计值fd=220 kPa。

2.2 有关设计要求

设计交工面地基承载力特征值不小于150 kPa，处理后地基压实度不小于93%，水泥搅拌桩施工采用“四喷四搅”工艺，桩长约8 m，直径500 mm，水泥搅拌桩呈梅花形，间距1 m或1.2 m(布置于两轨枕间);采用载荷试验检测搅拌桩复合地基承载力，搅拌桩施工结束28 d后进行荷载试验，每条基础试验数量不少于2点;成桩7 d后，采用浅部开挖桩头，深度宜超过停浆面下0.5 m，目测搅拌均匀性，量测成桩直径，检查数量为总桩数的5%;成桩3 d内，用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性，检验数量为总桩数的1%，且不少于3根;经触探和载荷试验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28 d后，用双管单动取样器钻探取芯做抗压强度试验，取芯率不得低于80%，芯样直径不应小于80 mm，抽芯每延米至少制作一个试样，28 d龄期试样的无侧限抗压强度平均值不得小于1 MPa，变异系数宜小于0.35，检查数量为施工总桩数的0.5%，且不少于3根。

2.3 施工情况概述

2011年10月开始工艺试桩施工，投入1台搅拌桩机，按设计要求共进行4根试验桩。2011年12月下旬开始，投入约20台搅拌桩机开始大规模工程桩施工。2012年2月中旬对水泥搅拌桩进行钻芯取样和复合地基承载力自检，发现成桩效果不理想，承载力不能满足设计要求，立即停止施工，至此已完成水泥搅拌桩近2万根。

为解决水泥搅拌桩处理地基达不到设计要求的问题，经分析研究，最终选用补桩方案。2012年6月中旬至9月中旬共补桩1.19万根，9.5万余m。补桩后，于28 d龄期对20根桩钻芯取样和标准贯入试验，全部为优，补桩质量合格率为100%，地基承载力满足设计要求。

3 分析与处理

为解决上述水泥搅拌桩施工质量问题，通过查阅施工、监理记录，察看水泥土芯样，现场桩位开挖，综合判断问题产生原因，研究处理方案。

3.1 原因

分析该工程水泥搅拌桩施工产生质量问题主要有以下几点。

(1)施工区域土质主要为粘土，塑性指数IP大于25，含水率较高，试桩时对土质特性了解不充分，施工中粘土包裹钻头现象严重，虽然进行加砂或调整搅拌机转速处理，但针对性不强，效果不佳。

(2)试桩数量较少，未采取多区域试桩，导致对现场情况了解不全面，工艺方案简单粗糙。

(3)施工过程中，主要对桩位间距进行复核，控制钻头直径、成桩垂直度、钻进深度、单桩水泥用量等，对影响成桩质量的关键指标重视不够。

(4)搅拌机施工记录显示，搅拌头钻进、提升速度过快，没有按照施工工艺要求的0.5 m/s控制，实际速度近1.0 m/s，监理过程中对此没有加以控制。

(5)施工质量管理不严格，特别是夜间施工监管更是存在盲点，对水泥搅拌桩可能出现的质量风险认识不足，问题分析处理不及时。

(6)施工单位准备不足，为赶工期盲目开始大面积施工，最终导致工期和经济上的重大损失。

3.2 主要处理方案

(1)在原“四喷四搅”基础上，在搅拌桩下半部的4.3 m增加一喷一搅，形成“六喷六搅”施工工艺。配备自动监测仪器，全程记录喷浆量及搅拌深度等施工参数。重点对搅拌头进行改良，由原来的两层四枚叶片增加至三层六枚叶片，每枚叶片上加焊竖向耙齿，提高对粘土的切削和搅拌效果，使得水泥浆与土体充分搅拌，做到成桩均匀。

(2)桩身质量检测采用《江苏省高速公路施工标准化指南(软基处理)》，以标准贯入等综合评分法进行评定，无侧限抗压强度作为辅助指标。

(3)后期水泥搅拌桩复合地基承载力特征值若达不到150 kPa，则采取减小桩间距或调整桩长等方式解决。

(4)加强水泥搅拌桩施工过程的监管力度，增加现场施工管理人员数量，对每台搅拌机派一名监管人员，确保24 h全程监控。做好原材料管理，严格水泥进场检验，严格控制单桩水泥用量、水灰比，增加喷浆量，减慢上提下钻速度，逐日对每台机器完成搅拌桩数量及水泥用量进行统计分析，杜绝偷工减料现象。

4 应重点关注的问题

分析水泥搅拌桩施工质量问题产生的原因，主要还在于现场施工管理、工艺合理性与质量控制检测三个方面，在工程设计与施工时要分别加以注意。除按照相关规范进行设计、施工与质量管理以外，要尤其重视以下几个环节。

4.1 现场施工管理

(1)重视分包队伍的选择和管控。在建设市场从业单位良莠不齐、质量信誉意识差、监管尚未完全到位的情况下，选择稳定可靠的分包商队伍是做好施工管理的前提。分包商除必须接受项目承包商的技术管理要求外，尚需具有可靠的自控能力，这个自控能力体现在对技术和经济效益的追求两个方面;分包商的类似工程施工业绩和经验也很重要，这决定着施工工艺执行时的准确性和自觉性;在单个项目施工过程中加强管控，及时淘汰不合格的分包商，对避免质量、经济方面的更大损失非常必要。

(2)加强施工方案的落实和检查。一些施工单位侥幸地认为地下工程偷工减料不易被发现，对工艺控制马马虎虎，而一旦出现质量问题往往不知所措。施工前即应对一线操作工人加强技术交底和操作培训，严格按照设计文件和批准的专项施工方案施工，加强工艺执行和控制指标的检查，对违反施工工艺的行为要及时处理，监理要旁站到位，特别是夜间施工时。

(3)地基处理工程往往工期较紧，为保证后续施工和投产的时间节点，存在不合理压缩工期的可能，导致前期调研、试验不充分，工艺研究仓促，盲目赶工。水泥搅拌桩的检测时间较为滞后，发现问题为时已晚。因此，前期的地质勘察、设计、施工图审查、工艺试桩等环节尤为重要，对工期要求较紧的项目，应尽早做好多种地基处理方法的比选，慎重选用。设计代表要及时进驻现场，建设单位要牵头，及时沟通协调解决施工过程中出现的问题。

(4)水运工程中类似地基处理工程的现场特点是集中、空旷，且为隐蔽工程，在条件许可的情况下，应采用视频监控辅助旁站、巡视的方式对施工进行全过程全方位的管理。

4.2 施工工艺选择

(1)充分调查施工场地土质。现行建筑地基处理技术规范规定，水泥土搅拌法适用于处理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;用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，必须通过现场试验确定其适用性。本工程试桩阶段对塑性指数较大的情况未引起重视，未做室内配比试验，工艺试验未根据现场情况做多方案比选和优化，最终导致施工工艺粗糙，针对性、可靠性不足。

(2)围绕搅拌均匀性制定工艺措施。水泥搅拌桩的质量决定于水泥与土搅拌的均匀程度，搅拌越均匀，桩身越连续，水泥土强度越高。反之，强度越低。为此，要从电机功率、转速、灌浆压力、叶片层数和夹角、喷浆提升速度、出浆口位置和方向等方面加以试验。

(3)重点控制喷浆提升速度。提升速度过快易造成搅拌次数不足，土体切削不充分，形成水泥富集块或水泥芯柱。施工时要根据土质情况，严格控制喷浆提升速度，最后一次复搅提升速度宜≤0.5 m/s。

4.3 质量控制与检测

建筑地基处理技术规范要求，水泥搅拌桩质量控制应贯穿于施工的全过程，并应坚持全程的施工监理。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。检查重点是水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。成桩7 d后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，检查量为总桩数的5%;成桩后3 d内，可用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性，检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。由于施工工艺存在问题，质量控制要点执行不到位，使得成桩质量存在较大问题。采用补桩方案是保证地基处理质量，减少工期损失的最佳选择，由此造成经济损失也是不得已的。研究补桩方案时，提出桩身质量检测方法，按照《江苏省高速公路施工标准化指南(软基处理)》，采用标准贯入等综合评分法进行评定，以无侧限抗压强度作为辅助指标是可行的。由于水泥搅拌桩的施工特点和检验数量、龄期的要求，必须在工艺可靠、控制严格的基础上，找到快速有效的检验判断桩身全长质量的方法。此类大规模采用搅拌桩处理地基的工程，无论桩身均匀性、轻型动力触探等检测项目要求的检验桩数，还是载荷试验要求的检测龄期和周期，都将对质量判定、检测费用和工期造成较大的影响。这一点，在设计阶段选择地基处理方法时，就要综合加以考虑。