基于水泥搅拌桩的公路软基加固处理技术

陈凯++石文涛++张欣

摘 要：关于软基处理的方法，国内外学者、工程技术人员已提出至少十几种，如置换法、加固法、顶压法、砂石桩法及深层搅拌法等。本文论述了水泥搅拌桩的加固机理、施工工艺、工程应用及检测过程中的一些注意事项。

关键词：软土；地基处理；水泥搅拌桩；复合地基

中图分类号：TU472 文献标识码：A

水泥搅拌桩是将制备好的水泥浆注入土中，并和土一起搅拌形成水泥土。利用水泥的水化作用以及与土壤颗粒的化学反应，不仅可以获得地基加固的强度，有效地降低沉降体积，承受较大的荷载率，还可以提高地基变形能力。水泥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、素填土及黏性土地基。水泥搅拌桩复合地基的刚度与水泥掺量和混合均匀度有关。

1.水泥搅拌桩对软基路堤的加固原理

水泥加固土的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程， 它与混凝土硬化机理不同，由于水泥掺量少，水泥是在具有一定活性介质——土的围绕下进行反应，硬化速度较慢，且作用复杂，水泥水解和水化生成各种水化合物后，有的又发生离子交换和团粒化作用以及凝硬反应，使水泥土土体强度大大提高。

2.水泥搅拌桩的施工工艺

水泥搅拌桩的施工工艺：桩位放样→钻机就位→测试和调整钻机→正循环下钻至设计深度→打开高压注浆泵→反循环喷浆提升钻杆→钻入地面以下0.3m→再次喷浆下钻至设计深度→反循环提钻至地面→至桩顶结束→进入下道工艺。

3.水泥搅拌桩的工程应用

3.1设计

在工程设计中，原有硬路的路肩和拓宽部分使用水泥搅拌桩加固。设计桩径为50cm，原有硬路的路肩间距为1.6m，拓宽部分的间距为1.2m。根据现场布置，桩尖通常要求穿透淤泥层，桩长一般为6m～14m。施工采用二次混合工艺，水泥土搅拌桩的水泥掺量为55kg/m，水泥土的无限抗压强度设计为等于或大于1MPa。经处理后软土地基的承载力应小于100kPa。为减少桩间土壤的沉降差，分别选择200m的道路进行测试。通过分析和比较后，在水泥搅拌桩顶部与路基顶部之间增加20cm厚的缓冲垫、5cm×5cm的GSZ层和厚25cm、水泥含量3%的稳定砾石层，如图1所示。由于个别原有路肩受到高压电缆的影响，使用高压旋喷桩进行加固，但这一处理方法的成本较高。

3.2 施工技术参数

3.2.1 施工技术要求

（1）孔位偏差：<2cm

（2）桩体垂直度偏差：<1.5%

（3）桩径允许偏差：≯5cm

（4）固化剂：通用硅酸盐水泥R32.5，水灰比为0.6。

3.2.2 施工机械配置

根据水泥搅拌桩工程的规模，各施工现场应配置一台PH-5系列深层搅拌桩机、一台发电机、一台砂浆搅拌机（功率为3kW，容量为200L）、一个集料斗（容量为300L）、一台砂浆泵（功率为12.5kW，工作压力为0.5～1MPa）和一个功率控制箱。

3.2.3 施工工艺

（1）施工工艺的参数确定

PH-5搅拌桩机喷雾器的施工技术参数采用现场施工桩的结果。在施工过程中，参数可根据不同地质情况进行调整，但水泥掺入比（0.6）和水泥含量（55 kg/m）不得随意更改。

（2）施工前活动

应认真做好现场交通警示、设备维护和材料准备工作，并准备好技术交底以确保根据试桩的结果和参数进行施工。

（3）施工布置

首先，测量工程师放置导桩到位，即导桩的两根柱靠近原有水泥混凝土路面的边缘。然后由施工工人放置其他桩。

（4）清洁桩顶处原有硬道的路肩、路面结构使用风镐对原有硬道的路肩、路面结构进行手动清洁，清洗直径大于55cm。

（5）施工方法如图2所示，图2中（a）表示钻机定位，（b）表示钻机钻入，（c）表示钻孔最终停止位置，（d）表示刷白提升，（e）表示合成搅拌桩。。

4.水泥搅拌桩施工检测注意事项

对水泥搅拌桩复合地基的施工质量控制应贯穿在施工的全过程，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。

（1）施工项目管理组应指定专人全程监督水泥搅拌桩的施工。

（2）施工过程中应保持搅拌桩机底盘的水平及导向架的竖直，根据规范要求，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩机和桩位的偏差不得大于50mm。不能与成桩7d后的现浇桩一同开挖，且严禁使用该机器进行挖掘。桩头应小心布置，不得使用重锤进行敲击，桩头应平整，且必须高出底桩2cm～3cm。

（3）为保证水泥浆能到达桩底，桩头钻进设计深度时，必须预留一定的停留时间（约2～3分钟）。

（4）施工过程中必须随时检查水泥含量、桩长、合成搅拌长度。工人应检查有无异常情况并记录下处理方法和措施。容量计用于制备浆液，过程中需要注意水灰比的控制。当喷出水泥浆和空气且空气压力达到0.45 MPa时，应立即停止灌注水泥浆，将钻头吊出地面，切断空气压缩机的电源并查明堵塞的原因。

（5）在桩施工过程中，必须保证在喷出水泥浆的同时能对桩进行提升操作并能连续进行。

（6）在水泥搅拌桩施工完成后，需要进行下列质量检查。浅部开挖：桩顶挖出500 mm，对成桩直径及搅拌均匀程度进行目视检查；成桩7d后应使用便携式测深仪检测桩的质量，贯入点应在1/4桩径方向，采样率为2%，并按设计要求对重要的机械部件进行切割取样，制作标准试块进行抗压试验；成桩28d后，对现场桩体的取芯样进行无侧限抗压强度试验，检查比例为5‰，各工作现场要求混合上、中、下三部位进行试验的桩应超过3根，水泥砂浆用于钻孔后的回填和灌注。在对地基进行竣工验收时，通过复合地基和单桩的载荷试验来测试成桩28d后的承载力，且检查数量应超过桩总数的1%。

结语

实践表明，水泥土搅拌桩复合地基是较好的软基处理手段之一。本文介绍了水泥土搅拌桩复合地基的基本原理，并结合实践经验总结了水泥搅拌桩的一般施工过程，同时对施工中的一些注意事项和对水泥搅拌桩的检测进行探讨，可作为工程技术人员和相关科技研究者的参考。

参考文献

[1]趙健.水泥搅拌桩加固高速公路深层软弱土基的施工工艺与质量控制[J].北方交通，2011（5）：45-46.

[2]陈明.水泥搅拌桩施工工艺及质量控制分析[J].企业科技与发展，2010（2）：37-38.endprint