施工工艺方法对搅拌桩质量的影响分析

张家柱　代世军（安徽省建筑工程质量监督检测站合肥230088安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院蚌埠233000）



施工工艺方法对搅拌桩质量的影响分析

张家柱代世军
（安徽省建筑工程质量监督检测站合肥230088安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院蚌埠233000）

相同水泥掺入量情况下，采用不同施工工艺方法来加固软土地基，通过对加固后的桩身质量检测和单桩复合地基承载力的检测成果的对比分析得出：高含水率和地下水位以下的软土地基加固处理，不适合采用水泥浆搅拌法，而应选择粉体喷射搅拌法进行处理。

搅拌桩复合地基施工方法效果分析

根据勘察报告揭示勘察深度范围内某场地建筑物基础底面以下的土层分为①层淤泥质重粉质壤土、淤质粉质黏土，灰色，流～软塑状，饱和，具有高压缩性。厚度5.0m左右，天然含水率为28.1%～42.8%；孔隙比0.921～1.546，液性指数0.96～1.182，压缩系数a1～2=0.785～1.336MPa-1，抗剪强度c=8～15kPa，φ=1.0°～3.0°，天然地基的承载力特值fk=60kPa。②层粉质黏土，黄～棕黄色，可塑状，结构致密，具有中偏低压缩性，该层未钻穿，揭露最大层厚4.5m，天然含水率为15.8%～21.2%；孔隙比为0.609～0.889，液性指数为0.39～0.70，压缩系数a1～2=0.122～0.284MPa-1，抗剪强度c=37.0kPa，φ=14.2°，该层土的承载力特征值fk=200kPa。对上述①层软土的加固分别按照设计要求选择浆液搅拌法（湿法）和粉体搅拌法（干法）进行处理。

1　搅拌桩的布置及特征参数

地基加固采用水泥搅拌桩，桩径500mm，桩中心距为0.95m，呈梅花型布桩，桩身穿过①层进入②层粉质黏土层的深度1.0m。有效桩长6.0m。处理后的复合地基承载力特征值fak=120kPa。为了便于分析和比较，在正式施工之前，在场地上分别采用湿法和干法进行了搅拌桩的施工，施工控制参数见表1。

2　搅拌桩的主要施工工艺及质量控制

2.1施工场地平整

清除桩位范围内的障碍物。采用粘性土回填，回填厚度1.2m，压实度部低于80%。

2.2施工材料选用

搅拌桩采用经检验合格的R32.5级普通硅酸盐袋装水泥。

2.3施工工艺流程

水泥浆搅拌的主要施工顺序为：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

水泥粉喷桩搅拌的主要施工顺序为：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→开启粉体发送器→反循环提钻并喷灰→提升至设计桩顶以上0.5m→重复搅拌下钻至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

2.4水泥掺入量

湿法搅拌配合比为水灰比0.45～0.50、水泥掺量15%、每米掺灰量55kg、高效减水剂0.5%，喷浆压力不小于0.4MPa；干法搅拌水泥掺量15%、每米掺灰量55kg，喷粉压力控制在0.5～0.7MPa。

2.5提升速度

湿法搅拌先用搅拌桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后，将钻头以0.45～0.5m/min的速度边搅拌、边提升，同时边通过水泥浆输送系统将水泥浆液通过钻杆端喷咀连续地向搅动的土体喷水泥浆液，使土体和水泥浆液进行充分搅拌混合，形成水泥浆、水、土混合体。

干法搅拌先用搅拌桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后，将钻头以0.45～0.5m/min的速度边搅拌、边提升，同时边通过喷粉系统将干粉水泥通过钻杆端喷咀定时定量向搅动的土体喷粉，使土体和水泥进行充分搅拌混合，形成水泥干粉、土混合体。

2.6桩深度

搅拌的深度按照设计要求确定在钻杆上标线控制。

表1　搅拌桩主要工序参数表

表2　触探锤击数统计成果表

3　加固效果检验

3.1水泥土桩身质量检测

水泥土搅拌桩施工完成后，当龄期达到1d龄期后，采用轻便触探试验，对桩身水泥土进行检测。表2是根据试验结果得出的桩身3.0m深度范围内的轻便触探锤击数的统计成果。图1显示的是典型的原天然地基土、湿法、干法桩身水泥土贯入度为10cm的锤击数随深度的变化曲线。

3.2桩身开挖检查

搅拌桩施工完成28d后，将桩体开挖至设计桩顶以下1.5～2.0m，观察和检查桩身水泥土的状况。检查结果见表3。

3.3单桩复合地基承载力检测

在场地上进行了单桩复合地基静载荷试验，采用的压板为0.93m×0.93m的正方形板，试验采用慢速维持荷载试验法，分级加卸荷载，最大试验荷载按240kPa，表4是代表性的两个试验点的结果。依据表4的结果得出的典型曲线见图2。

4　加固效果对比分析

1d龄期的轻便触探试验试验成果显示：湿法施工桩身水泥土的锤击数仅为原天然地基土的1.36倍；而干法施工桩身水泥土的锤击数为原天然地基土的5.34倍，增加幅度较大。干法施工水泥土桩身的锤击数是实发施工近4倍，随着灵气的增长，这种差距会更大。主要是水泥浆液中含有较多的水分与水泥发生水化反应，在含水率较高的土层中会有较多的自由水，不能形成完整、均匀的水泥土结石体；而干法施工搅拌后水泥和软土能比较均匀地掺合在一起，在桩身内形成了稳定的水泥石骨架包裹着软土，同时水泥吸收软土中的水分使得土体的强度得以提高。

因搅拌桩是从不断回转的中空轴的端部向周围已被搅松的土中喷出水泥浆，经过叶片的搅拌而形成水泥土桩。因软土的含水率高，呈致密状，水泥浆既不能够渗入其中，而且又不能附着于软土上，淤泥质黏土容易包裹搅拌头导致喷浆和搅拌困难，水泥浆液与软土不能掺合在一起。水泥浆液一般均滞留在叶片的行径轨迹上，从而形成了水泥浆“富集”现象，导致水泥浆与软土分离，不能形成完整、均匀的水泥土桩身。而干粉能够较好地吸附于高含水率的软土上，并且吸收软土中的水份，降低了搅拌头与土之间阻力，凝结硬化以后能够形成比较均匀的水泥土桩身。

由图2的p～s曲线得出：湿法搅拌后的复合地基极限承载力特征值fu约为140kPa，承载力特征值为fak为70kPa，与加固前的天然地基相比，承载力基本相差不大，加固后的效果不明显。而干法施工的单桩复合地基极限承载力特征值fu≥240kPa，承载力特征值为fak≥120kPa，而且沉降量较小，仅为1.58mmm，是原天然地基承载力特征值的2倍以上。产生这种效果的原因是由于干法施工时再软土中形成的水泥土桩身强度高、连续性好，起到了增强体的作用。

图1　典型的地基土、桩身锤击数（N10）关系曲线图

图2　典型的p～s关系曲线图

表3　水泥土搅拌桩桩身检测结果

表4　单桩复合地基承载力试验点结果表

5　结语

高含水率软土地基中在采用相同的水泥掺入量情况下，但采用不同的施工工艺方法将得出不同的效果。通过对采用湿法和干法加固后的搅拌桩身的质量检测、单桩复合地基承载力的检测成果的比较分析得出：高含水率和地下水位以下的软土地基加固处理，不适合采用水泥浆搅拌法进行处理，而应选择干法搅拌法进行处理。对地下水位以上的软土地基加固处理应根据工程的土质和含水率情况决定选用合适的处理方法■

（专栏编辑：顾梅）