水泥搅拌桩在黄骅港煤堆场工程中的应用

林诚鑫

神华黄骅港务公司

水泥搅拌桩在黄骅港煤堆场工程中的应用

林诚鑫

神华黄骅港务公司

本文通过对黄骅港煤堆场水泥搅拌桩工程实例的分析，叙述了深层水泥搅拌桩在吹填土地基中的施工工艺及流程，指出了软土地基条件下水泥搅拌桩施工中常见的问题及解决方法。为类似条件下水泥搅拌桩的施工提供了有益的借鉴。

水泥搅拌桩；黄骅港；轨道梁；三喷六搅

一、水泥搅拌桩简介

水泥搅拌桩是软基处理的一种有效形式，将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。

水泥土搅拌桩的施工工艺分为浆液搅拌法和粉体搅拌法。适用于处理淤泥、淤泥质土、素填土、软—可塑粘性土、松散—中密粉细砂、稍密—中密粉土、松散—稍密中粗砂和砾砂、黄土等土层。不适用于含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土，硬塑及坚硬的粘性土、密实的砂类土以及地下水渗流影响成桩质量的土层。当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%时不应采用干法。寒冷地区冬季施工时，应考虑负温对处理效果的影响。

二、黄骅港煤四期堆场工程概况

黄骅港煤四期露天堆场斗轮堆取料机基础为倒T型（部分区段为矩形）轨道梁，共四条，每条轨道梁长1200米，轨道梁下设砼垫层、石灰土垫层，砂垫层，采用水泥搅拌桩复合地基。

水泥搅拌桩直径为0.5m，桩长18m，按照正方形布置，间距为850mm，其中BQ11、BQ12轨道梁矩形梁每个断面下5根桩，倒T型梁每个断面下3根桩，桩底、顶标高分别为-14.0m、+4.0m；BD15、BD16轨道梁每个断面下均为3根桩，桩底、顶标高分别为-13.5m、+4.5m。搅拌桩固化剂采用P.O42.5级水泥，掺入量为20%，采用三喷六搅的施工工艺施工。

三、水泥搅拌桩施工工艺及方法

1.施工技术参数

计算参数：桩径φ500mm；桩长18m；水灰比0.5；水泥参量20%；土比重取1.8g/cm3；水泥密度取3100kg/m3；水密度取1000kg/ m3。其它参数如下：

（1）单桩土重：（18+0.5）×3.14×0.25×0.25×1.8=6.54 t；

（2）单桩水泥用量：C=6.54×20%=1.31 t；

（3）单桩用水量：W水=0.5×1.31=0.65 t；

（4）单桩所用水泥浆体积：V=1.31/3.1+0.65/1=1.072 m3；

（5）水泥浆比重：ρ=(1.31+0.65)÷1.072=1.828 g/ml。

2.施工工艺流程（见图一）

3.主要施工方法

3.1 施工准备

（1）桩位复核

施工前技术员先校核设计施工图纸，确定搅拌桩桩位坐标、标高，并上报监理工程师审批后方可进行施工。

（2）施工区域场地整平

搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍；地表过软时应加设垫板（或木方），防止桩机失稳。做好施工准备，以及供水供电线路、机械设备施工线路、机械设备放置位置、运输通道等。

3.2 测量放线

测量人员依据业主提供的控制点，利用全站仪及GPS按设计图纸进行桩位放线，准确定出各搅拌桩的位置，利用长30cm的Φ 10钢筋定位搅拌桩的中心位置（桩位允许偏差不大于50mm）。

3.3 钻机就位

深层搅拌桩机自行就位、对中。桩机在施工前必须水平、稳固，机底座须用枕木垫平、垫实，在桩机钻杆上测出标高控制线，并用红漆在机架上划出深度标志，机架正、侧面和搅拌管必须垂直，搅拌头对准桩位，并用悬挂线锤来测设桩架垂直度（小于1%），经检查符合要求后方可开钻。

3.4 第一次下沉、提升

深层搅拌机借助钻杆及钻机的自重以0.5m/min的速度完成第一次下沉，搅拌头每转一圈下沉控制在10～15cm之间进行下沉，沿导向架边旋转、边切土、下沉至设计标高，然后进行搅拌头提升，在提升过程中需对土质继续搅拌。

3.5 水泥浆制备

水泥浆拌制采用内径1.1m，高1m搅拌罐，单桩水泥用量为1.31t，分3次搅拌，水泥用量依次为400kg、400kg、510kg，水泥浆水灰比0.5。水泥浆搅拌前预先对搅拌罐进行加水水位标记，并对加水及水泥数量进行全程旁站、记录。搅拌机预搅下沉同时，后台开始拌制水泥浆液，拌好待用的浆液倒入集料池中继续搅拌。

3.6 第二次下沉、提升喷浆搅拌

第一次下沉提升完成，钻头提升至停浆位置（停浆位置应高于桩顶标高500mm）。打开搅拌头上的喷浆阀，开动泥浆泵待搅拌头喷出水泥浆后以0.5m/min的均匀速度进行第二次下沉，此次下沉过程中需边搅拌边喷浆，钻至设计标高后停止下沉，并持续注浆30秒，把水泥浆压入软土层中，将水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头，并持续注浆。以0.5m/min的均匀速度，边提升、边搅拌、边喷浆，使水泥浆与土体充分拌合。

3.7 第三次下沉喷浆搅拌

待搅拌头出地面后停止第二次提升，进行第三次下沉，此次下沉以0.5m/min的均匀速度进行搅拌喷浆施工，并在钻至设计标高后停止下沉，并持续注浆30秒，把水泥浆压入软土层中。

3.8 第三次提升搅拌不喷浆

当第三次下沉并在桩端喷浆30秒后再以0.5m/min的均匀速度进行第三次提钻搅拌不喷浆，此次搅拌将使水泥浆和土质均匀的拌合在一起，从而达到设计要求。整个水泥搅拌桩施工过程要求单桩共掺入1.31t水泥。

3.9 清洗桩机、移位

成桩完毕后开动水泥浆泵，利用清水清洗喷浆管路中残存的水泥浆，清洗完毕，桩机移至下一桩位施工。

四、质量控制与验收标准

1.钻机就位时，使用悬锤校准钻机的搅拌钻头中心与桩位是否相吻合，为确保定位准确，选派放样经验丰富的测量工程师现场配合。

图一、施工工艺流程图

2.为保证钻孔垂直度偏差小于1%，开钻前必须利用线锤对搅拌机垂直度进行校核。满足施工要求后方可进行施工。

3.为保证水泥搅拌桩的桩径尺寸，在开钻前必须对搅拌头直径进行测量，满足0.5m后方可进行施工。桩机在导向架上沿上法兰盘至下法兰盘方向每一米用红油漆标记一个刻度，在打桩时依据刻度控制桩长。

4.水泥浆搅拌泥浆拌合用水因采用深水井内泵入积水池的地下水（水温约为20℃），并对积水池设置池盖并覆盖棉被的方式进行保温，保证泥浆用水的温度。

5.泥浆管采用绑扎保温棉的方式防止泥浆在输送过程中受冻，同时浆液在泵送过程中必须连续，如因故停浆，要立即通知前台操作工，以防止断桩。

6.水泥浆应搅拌均匀，不能离析（一般搅拌时间不少于10分钟），水泥浆要严格按照0.5水灰比配置，水泥要过筛，为防止水泥浆离析，可在灰浆机中不断搅动，待压浆前才将水泥浆倒入集料池中。

7.严格按照设计的水灰比配制浆液，配制好的浆液必须过滤。集料池中的浆液保持搅匀状态，避免水泥浆分层。

8.深层搅拌机的入土切削和提升搅拌，负载荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢提升速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起之后，才能重启动电机。

9.施工时要严格掌握钻机下沉、提升速度，搅拌叶旋转速度等。要求空搅下沉速度不大于1m/min，提升喷浆速度不大于0.5m/ min。

10.搅拌桩的水泥与土搅拌均匀是影响搅拌桩加固效果的因素，施工中喷浆出口压力保持在0.4～0.6Mpa，使水泥浆自动连续喷入地基，搅拌机边喷浆边旋转边严格按已确定的速度提升至桩顶停浆位置，同时要注意泵送水泥浆必须与上搅喷浆同步。

11.搅拌机预搅下沉时遇较硬土层而下沉太慢时，可适量冲入20%的水泥浆液，严禁冲水。

12.在成桩过程中，凡是由于电压过低或其它原因造成停机，使成桩工艺中断的，为防止断桩，在搅拌机重新启动后，将深层搅拌叶下沉半米后再继续成桩。

13.桩基施工需要停止时，快速将管路中的水泥浆、水放出，并清理干净，桩基钻头上的水泥浆和土应及时清理，避免上冻影响再次使用。停止时间较长时，要将储水罐清空。

五、总结与建议

1.本工程采用三喷六搅的施工工艺，依照单桩水泥掺量、成桩时间等施工参数指导施工，经过基桩的载荷试验和无侧限抗压强度取芯试验，检测结果满足设计要求，验证了该施工工艺是可行的。

2.施工过程中，部分施工场区出现“反水”情况，分析原因为该施工区地下水位较高，所以施工前应提前进行降水、排水工作，以减少土体水压力，提高搅拌喷浆质量。

3.喷浆泵喷浆过程中，输浆管存在堵塞现象，分析原因是管内有水泥结块，或是留在该处的真空预压排水带缠绕喷浆口，导致其不能正常喷浆。施工过程中应加强水泥浆拌制时间、控制水泥过筛的质量,发现有钻头被缠绕需立即进行清理。

4.喷浆泵压力增加、搅拌钻头下沉缓慢，分析原因是输浆管弯折、外压或输浆管道过长，沿程压力损失大。及时安排人员进行检查，维护输浆管道，适当增加泵送压力，保证输浆管的顺畅。

5.冬期施工，若需水量较大而要暂时储存一些拌合用水，需对蓄水罐增加保温棉被，并定时检查水温，以防止拌合水由于冬季夜间室外温度较低且存放时间较长，水温较低，影响水泥浆拌合质量。

6.施工前需合理安排施工顺序，结合桩基载荷试验及无侧限抗压强度试验计划要求，可先进行待检测区水泥搅拌桩施工，尽早满足检桩龄期，为轨道梁施工提供施工作业面。

[1]陈富,李海涛.黄骅港地区深层水泥土搅拌桩施工工艺研究[J].岩土工程学报,2015,S1:156-160.

[2]王玉刚,孙宝昌.水泥搅拌桩在黄骅港轨道梁地基处理工程中的应用[J].施工技术,2006,11:60-61.

[3]李树忠.水泥搅拌桩在加固堆场软弱地基中的应用及施工质量控制[J].港工技术,2005,04:49-50.

林诚鑫（1987-），男,民族：汉族，籍贯：福建福州永泰，学历：硕士学历，助理工程师职称，主要研究方向：工程技术管理方向。