浅谈水泥搅拌桩施工最佳水灰比的确定

张纪祥 吴全飞

摘要：基于泉港石化市政配套工程施厝路一期工程中水泥搅拌桩软基处理工程实例，通过试桩施工，结合该水泥搅拌桩单桩复合地基载荷试验成果，对比成桩取芯情况以及水泥土无侧限抗压强度试验结果，得出合适的水灰比。

关键词：水泥搅拌桩；复合地基；承载力；荷载试验；取芯；水灰比；

前言

水泥搅拌桩是利用深层搅拌机械将水泥浆或水泥粉输送到地基深处与软土强制搅拌，利用与软土间的物理化学反应，使软土硬结为具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土。水泥搅拌桩与桩间土共同承担上部结构传来的载荷，形成复合地基。这种地基处理技术已经成为国内多层建筑和道路桥梁软基处理技术中应用最为广泛的技术之一，取得了良好社会经济效益。由于问题的复杂性，目前无论是设计计算理论，还是质量检测技术都还远远落后于工程实践的发展，不能满足工程建设的要求。其中，水灰比的确定是确保工程承载力和成本控制的重要环节，对此进行分析研究对提高水泥搅拌桩工程质量和经济效益具有重要的现实意义。

1.工程概况

施厝路工程大致呈东南～西北走向，以0.3%缓坡交替上下坡穿过大片内海围垦区，路线全长2365m。其中软基处理水泥搅拌桩段1019m，该段属于海积阶地，主要为滩涂、鱼塘等。根据地勘报告拟建场地地基土由素填土①、淤泥质土②、粉质粘土③、中砂④、粉质粘土⑤、残积砂质粘性土⑥、全风化花岗岩⑦、强风化花岗岩⑧、中风化花岗岩⑨组成。

素填土①：土质松散，欠压实，其工程地质性能差；

淤泥质土②：属于软土，其工程地质性能差；

粉质粘土③：可塑状，其工程地质性能一般；

中砂④：为可液化土，其工程地质性能差；

粉质粘土⑤、残积砂质粘性土⑥、全风化花岗岩⑦、强风化花岗岩⑧、中风化花岗岩⑨：该层力学强度高，变形模量大，层位稳定性一般，其工程地质性好。

設计桩径：D=500mm。桩长：H，根据地质勘探报告确定，打透软土层并进入硬层不小于50cm。桩距：L=1.5m，按等边三角形梅花型排列。设计水泥浆液水灰比为0.4～0.5，采用42.5级及以上普通硅酸盐水泥，要求施工成桩的水泥土28d无侧限抗压强度不小于1.35MP，地基加固后复合地基承载力为100Kpa。

本文结合该工程现场实际情况进行试桩实验，以确定适合本工程的最佳水灰比。希望通过本文，形成确定适合各工程最佳水灰比的思路，以指导水泥搅拌桩工艺在不同工程中最佳水灰比的确定。

2.现场试桩

2.1试桩方案

本工程为确定最佳水灰比采用如下试桩方案：1、水泥选用42.R级普通硅酸盐水泥2、水灰比选用0.4、0.45、0.5、0.55四组配合比3、外加剂选用木质素减水剂，掺量5.5‰4、每组配合比试桩三根5、每组三根试验桩间隔布置，且要求桩体打设长度基本一致。

2..2试桩

0.4水灰比配置的浆液浓度太高，流动性较差，由于时值夏季，天气炎热，现场试桩施工频繁出现堵管情况，故而放弃该组，本次试桩实际成桩水灰比为0.45、0.5、0.55三组。

3.试桩检测

3.1取芯检测

试桩7天后对本次试桩成桩情况进行检查，由于每组试桩只有三根，本次取芯每组取一根，其余留做单桩复合地基承载力试验。

通过室内抗压实验，三根桩无侧限抗压指标，7天无侧限抗压强度值均大于1.35*70%=0.945MPa，因此三根成桩的水泥土28天无侧限抗压强度均满足设计要求。但S7号桩4.5m-7.5m段成桩不理想，取芯不成型。

3.2复合地基载荷试验

试验承压板选用面积为0.50㎡的圆形钢板，并在承压板下铺设20mm厚粗砂垫层找平。逐级增加载荷，由固定在基准梁上的变形测量装置测得相应的稳定沉降，直至达到地基破坏标准或者达到设计承载力，由此可得到荷载沉降曲线（p-s曲线）、沉降时间对数曲线（s-lgt曲线）。通过对p-s曲线、s-lgt曲线进行计算分析，可以得到复合地基承载力特征值fak。复合地基载荷试验成果曲线如下图所示

桩号：S3桩

号：S6

桩号：S9

S3从p-s曲线看无明显拐点，且总沉降量最大为8.70mm，小于s/b的0.06，在s-lgt曲线上反映出沉降基本能稳定。依据国家行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），承载力特征值不能判定，所以为不小于最大加载值（200KPa）的一半，为≥100KPa。

S6从p-s曲线看无明显拐点，且总沉降量最大为10.91mm，小于s/b的0.06，在s-lgt曲线上反映出沉降基本能稳定。依据国家行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），承载力特征值不能判定，所以为不小于最大加载值（200KPa）的一半，为≥100KPa。

S9从p-s曲线看无明显拐点，且总沉降量最大为12.21mm，小于s/b的0.06，在s-lgt曲线上反映出沉降基本能稳定。依据国家行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），承载力特征值不能判定，所以为不小于最大加载值（200KPa）的一半，为≥100Kpa。

4.结语

通过本次试桩施工，以及现场取芯和单桩复合地基承载力检测，可以看出：

①水泥搅拌桩施工成桩效果跟水灰比有关系，且水灰比越小，成桩效果越好。

②三组不同水灰比下成桩复合地基承载力检测结果均满足设计要求，但是0.55水灰比下成桩取芯情况出现芯样不成型情况，0.55水灰比不能满足设计要求。

③为了节约成本，同时又能满足设计要求，本工程水泥搅拌桩施工最终选用水灰比0.5。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准：建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）

[2]中华人民共和国国家标准：土工试验方法标准（GB/T50123-1999）

[3]中华人民共和国行业标准：建筑桩基检测技术规范（JGJ106—2003）