水泥搅拌桩在金门供水泵站软基处理中的运用

薛巧新

（福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362000）

1 项目概述

金门供水工程（取水泵站及陆地管道部分）主体构筑物—进水前池、主厂房及副厂房的基础处理采用深层水泥搅拌桩基，桩基特性见表1，平面、剖面布置如图1和图2所示。本工程所采用的深层搅拌桩桩径为0.6 m，桩长9.5 m～16.2 m,固化剂采用强度等级为42.5R以上级的普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为17%（重量比,80 kg/m），水灰比为0.45～0.5。搅拌桩均应穿透埋深5 m以下的淤泥层，层厚大约3 m～5 m，桩端持力层为全风化混合花岗岩或强风化混合花岗岩。水泥搅拌桩终孔采用双控法，达到设计桩长，电流突变（电流突变值由设计人员根据试桩时现场实际情况来确定）。

图1 桩位平面布置图

表1 深层搅拌桩桩基特性表

图2 桩位剖面图

2 解决方案分析与确定

因本工程标准高、工期短，水泥搅拌桩基础作为地基处理部分，牵涉到施工进度及工程造价控制。施工现场已开挖基坑，可看出本工程地基地下水位较高（原地面埋深仅1 m），砂层密实度高（按照地质勘探补勘资料表明。地基砂层标贯达到100击以上）。不同的方案处理效果不同，实际施工过程中对不同方案进行必选，以便确定最佳方案，对比情况见表2。

经过以上方案比选，在市场经济条件下，必须考虑工程造价及工期满足合同要求，建议采用深层水泥搅拌桩处理方案。

表2 主副厂房软土地基处理方案比选

3 密实砂层水泥搅拌桩处理施工方案的实施

3.1 试桩确定施工参数

在金门供水工程基础处理过程中，先后经过19次试桩，分别从基础处理的构筑物位置、不同部位、不同地层变化；基础搅拌桩钻进速度、搅拌次数、水泥掺量参数、桩基钻进深度是否达到预期设计深度等。在试桩过程中发现密实砂层处理软弱夹层的搅拌桩经常卡钻，无法钻到设计桩底高程，跟设计地层不符，无法达到预期的地基处理目标。水泥搅拌桩在密实砂层地基处理适应性较差，成桩效果较差合格率不高，遇软硬地质条件变化较大地质土层容易卡钻，造成施工停顿，影响工期。

3.2 成立QC小组技术攻关

3.2.1 提高砂层中深层水泥搅拌桩成桩效果

选择“提高砂层中深层水泥搅拌桩桩基施工合格率”作为QC课题进行活动。通过开展QC活动，完善施工工艺。最终确保桩基的施工质量。

通过QC小组深入研究，形成如图3的分析图：

图3 因果分析图

通过上述分析图，经过QC小组分析确认，“功率不足钻进及提升困难”、“钻头叶片设置不合理”、“砂层密实度高”是影响深层水泥搅拌桩搅拌不均匀的主要原因。

（1）根据现场桩机钻进及提升困难的问题，项目部采用更换成PH-5F型深层搅拌桩机。该桩机单机电机功率55 kW，较之前PH-5E型桩机的45 kW有较大提升。该套桩机电流表最大值由之前的150A提高至200A，总功率由之前的75 kW提升至92 kW。采用更高功率的桩机，进场试桩共施工304 m，平均每根桩完成时间为1小时，桩机电机无异常情况，施工中能顺利钻进及提升，且钻头提升速度≤800 mm/min，搅拌成桩效果明显，达到预期目标。

（2）据现场验证钻头叶片设置不合理的问题，操作人员于钻头增加二对叶片。在施工现场，通过观察桩机钻进及提升过程中电流值变化同时进行效果检查。

实施效果总结：桩机钻头增加一对叶片后，施工过程中经过砂层地质阻力较大，下钻工作电流值平均为95A，提升工作电流值平均为130 A，电流突变次数较多，但土体同时切割充分，能顺利提升钻杆，无堵喷浆孔情况发生，搅拌喷浆更加均匀，达到预期目标。

3.2.2 针对“砂层密实度高”的问题

现场施工过程中，钻头在密实砂层中受阻力较大，磨损较为严重，甚至发生变形。根据现场情况采用变更桩径600 mm为500 mm的方案。通过变更桩径钻头在钻孔过程中阻力减小，损耗率降低，平均节约施工时间约10 m/s,且充分搅拌，达到预期的目标。

3.2.3 桩基质量检测

通过QC小组技术攻关，完美解决了深层水泥搅拌桩在密实砂层地基的质量通病，提高了深层水泥搅拌桩的合格率。按照设计指标和规范要求进行桩基质量检测。

（1）桩基静载，检测桩基复合地基承载力指标，经过检测，完全达到设计要求，详见表3。

表3 搅拌桩单桩复合地基静载试验结果汇总表

（2）低应变检测

设计要求：检测数量不少于总桩数的1%，做桩身完整性检测。进水前池及主厂房水泥搅拌桩总根数642根，其中围封桩309根，梅花桩333根；副厂房水泥搅拌桩总根数800根，其中围封桩391根，梅花桩409根。施工完成后，委托有资质的试验室，对主厂房及进水前池的水泥搅拌桩进行了低变检测，检测8组；对副厂房水泥搅拌桩的进行了低变检测，检测61组，检测结果均符合设计及规范要求。

3.3 水泥搅拌桩施工工艺

施工准备→桩位放样→桩机对位→加固浆液制备→钻进至设计标高（同时喷浆）→提升搅拌→复喷→复搅→检查核实电脑记录→成桩结束，工艺流程图见图4。

图4 水泥搅拌桩施工流程图

3.4 砂层水泥搅拌桩的施工工艺要点与技术措施

（1）施工场地平整：采用推土机推平场地，并用现场开挖砂土回填地表，用压路机静压整平。

（2）桩位放样：由测量员根据施工图纸和测量控制点放出桩位，并用石灰线画出桩位，并用小钢筋头定出桩位中心。

（3）桩机就位：采用汽车吊或桩机自带起重机钢丝绳，移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度，确保钻头与地面垂直，保证成桩偏差在规范允许值内。

（4）配制水泥浆：开始按试桩确定的配合比拌制水泥浆，并将配制好的水泥浆倒入水泥浆液池中。同时将水泥浆液池中的搅拌机开启，以防止水泥浆液沉淀，造成浆液比重不足。

（5）预搅下沉（同时喷浆）：每次开机前必须调试，检查桩机运转及输送水泥浆管路工况是否正常。搅拌桩机电机开动，根据试桩确定的施工参数，在淤泥层宜控制在0.8 m/min～1.0 m/min，放松机架卷扬机钢丝绳，使水泥搅拌桩机钻头沿桩身桩架自上而下搅拌切割土体向下钻进。搅拌钻头向下钻进的速度由桩机自带电机的电流表控制，约在95 A～130 A之间。若电流大于130 A，则表明进入持力层，即可开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转提升搅拌桩机钻头，使水泥浆和原地基软土层充分拌和，直到钻头下沉钻进至桩底标高或进入持力层1m以上。喷浆压力大于0.6 MPa～1.0 MPa。在桩底部停留30秒，在桩端原位搅拌喷浆。钻进深度及喷浆情况由桩机上的电脑记录仪记录并打印。

（6）提升搅拌：根据试桩确定的基础处理参数，搅拌桩机钻进下沉到达设计桩长后，再次提升桩机，重复下沉搅拌，钻进搅拌过程严格控制搅拌机提升速度，控制在0.8 m/min～1.0 m/min。在淤泥层中钻进时，采用“四搅四喷”法加固淤泥层土体。

（7）重复提升搅拌：为使软土层和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边提升出地面。

（8）清洗：工完清洗，每一工作班结束，应在水泥浆池中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗输浆管路中的残存水泥浆，直至钻头喷出的浆液转为清水为止，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净，确保下一工作班施工质量。

（9）移位：重复上述步骤，再进行下一根桩的施工。

4 结语

深层水泥搅拌桩施工技术属于较为成熟的基础处理措施，但用于密实砂层中的软土下卧层处理施工过程，会遇到各种不确定因素，施工进展缓慢，无法满足合同工期和质量要求。在金门供水泵站工程水泥搅拌桩处理施工中，采取QC小组技术攻关，从影响工期及质量各种因素着手，改进钻机设备电机型号、更换桩机钻头叶片造型及数量、改善搅拌施工工艺，着重对淤泥层四搅四喷浆处理、对施工全过程质量监控，从而大幅提高搅拌桩施工质量合格率，将施工成本控制在合理范围，此项工艺对其他类似工程具有借鉴意义。