大直径水泥搅拌桩在软土地基道路中的应用

范晶晶

（中铁建珠海投资开发有限公司， 广东 珠海 519010）

软土地基道路一般应进行软基处理，以提高地基承载力，增加地基稳定性，减小工后沉降。软土地基的处理方法很多，目前常采用堆载预压、真空预压、水泥搅拌桩、素混凝土桩、高压旋喷桩、管桩等方式。大直径水泥搅拌桩主要用于加固深度超过20 米的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力不大于120kPa 的地基，较常规复合地基造价更低，是近年发展起来的在软土地基处理中应用较为成功的一种新方法。

1 大直径水泥搅拌桩技术

1.1 技术原理

大直径水泥搅拌桩技术是以水泥作为固化剂，运用改进后的搅拌桩机将水泥送入土体并进行搅拌，使水泥与土充分接触并发生一系列物理化学反应，使软土硬结，达到强化软土地基的作用，提高地基强度。

1.2 技术优势

大直径水泥搅拌桩除继承了普通水泥搅拌桩施工简单、振动小、挤土效应弱、无公害等优点外，还具有以下优点：

1.软基加固深度明显加大。普通水泥搅拌桩加固深度一般最大为15～20 米，大直径水泥搅拌桩加固深度最大值达到30m，适用性更强，对处理深厚软基更有效。

2.桩间距加大。普通水泥搅拌桩桩间距一般为1m 左右，大直径水泥搅拌桩桩间距可达2 米以上，有利于保持土的天然结构，充分发挥硬壳层的自身强度。

3.经济性更好。大直径水泥搅拌桩较素混凝土、管桩、高压旋喷桩等复合地基造价更低，经济性更好。具体见下表：

备注：参照广东省2018 年5 月份相关信息价，结合各类桩桩长、常用桩径及桩间距估算而得

2 大直径水泥搅拌桩经济性优化分析

2.1 设计阶段经济优化分析

设计阶段是决定方案经济性的关键阶段。决定水泥搅拌桩造价的关键因素包括桩长、桩间距、单米水泥掺量，本文主要就单米水泥掺量分析方案的经济优化。《复合地基技术规范 GB/T 50783-2012》提出“固化剂掺入比应根据设计要求的固化剂强度经室内配合比试验确定，水泥掺入可取10-20%”。但实际上大部分地区在开展设计前，不经室内配合比试验，直接采用地区经验值，如《广东省公路软土地基设计与施工技术规定 GDJTG/T E01-2011》等地方规范约定“搅拌桩水泥掺量宜为15%～25%，含水量高时取大值。含水量高于70%时，应通过配合比试验确定水泥掺量。”含水量低于70%不再要求设计阶段做配合比试验。因此对于地质含水量小于70%的，设计单位一般不经试验直接取中间值计算。鉴于软基处理一般涉及造价较高，尤其是规模较大的主要干道，软基处理造价很高，不经试验直接取中间值，可能存在较大的投资浪费。

2.2 施工阶段经济优化分析

在施工阶段，施工单位没有优化设计图的“冲动”，反而想保住设计水泥用量值。在开展室内试配试验时，基本上还是按照设计规定的水泥掺量值执行，实际上试验的优化作用不明显。项目开工建设前，不能对水泥掺量进行实质性优化，基本按照设计施工，造成投资无法得到节省。

因此，水泥搅拌桩投资控制依然存在较大的空间，需要投资方高度重视，转变习惯做法，充分发挥试验的作用，做好试验监督、分析，根据试验结果优化水泥掺量，从而节省投资。

3 大直径水泥搅拌桩质量关键指标管控

鉴于设计阶段水泥掺入量采取的是经验值，可能存在一定的优化空间，施工方有利用此“空间”故意减少水泥实际用量的可能性，此外，水泥搅拌桩属于隐蔽工程，施工持续时间长，作业点多，造价高又难以监管，受利益驱使极易出现偷工减料行为。

大直径水泥搅拌桩施工控制参数很多，施工中所有故意“偷工减料”行为归根结底是为了减少水泥用量，而水泥用量取决于水灰比及喷浆量两个指标，围绕这个关键点去监管才能抓住要害、有的放矢。常见的“偷工减料”行为有：（1）桩长不足；（2）钻杆提升速度过快，搅拌喷浆时间不足；（3）水灰比加大；（4）复搅复喷深度不足；（5）上部桩径满足要求，下部桩径不足等。以上部分做法很具有隐蔽性，监督较为困难。

针对以上偷工减料行为，常规要求是加强技术人员、监理的旁站监督，做好施工记录，但实际上因技术人员、监理人员数量经常严重不足，且桩机作业点多，24 小时施工，实际上人员很难完全旁站监督施工，造成质量失控。第二种常见做法是要求桩机安装自动记录仪，自动记录打设桩长、复搅深度、水泥浆用量等指标，并随机抽检水灰比，达到控制目的，但常出现自动记录仪被人为设定修改等情况，造成自动记录仪记录不实，无法起到控制质量的作用。在施工管理中，本人认为一是可以利用先进的监控技术，而不是完全靠人力旁站监督，如现场设置监控摄像头，实时传输到监管后台，减少人力成本，同时起到震慑作用；二是进行暗查，在施工方不知情的情况下，监督人员记录打桩过程相关数据，当场与自动记录仪机打小票进行比对，发现自动记录仪作假的，停工整顿，严肃处理；三是重点检查水泥采购、进出场、过秤、送检、水泥款支付等环节，围绕水泥用量这个关键点进行控制；四是明确检桩桩位由建设单位组织公开随机摇号抽选，防止检桩环节出现舞弊行为。

4 工程实例

4.1 工程概况

广东省珠海市某道路是城市主干道，长约2 公里，宽60 米，所处区域软土层深度较大（约20～30 米），紧邻道路南侧有110kv 高压线通过，采用堆载预压、真空预压处理方式安全风险过大，采用普通水泥搅拌桩处理深度无法达到要求，而素混凝土桩、高压旋喷桩、管桩等处理方式造价过高，综合考虑安全、质量、造价等因素，软基处理采用了大直径水泥搅拌桩处理方式。

4.2 应用效果

大直径水泥搅拌桩振动小，挤土效应弱，经监测，对旁边高压电塔影响很小，保证了高压线安全。桩基质量经检测，单桩承载力大于300KN，复合地基承载力大于100kpa，满足了设计和工后沉降要求。采用大直径水泥搅拌桩总造价较其它复合地基处理方式节省造价2000 万元以上。

在项目施工中，通过设置监控摄像头、检查水泥数量、随机抽查核验自动记录仪的准确性、随机摇号抽桩检验等具体措施，及时发现了存在的质量问题并予以纠正，控制了大直径水泥搅拌桩质量，效果良好，检桩合格率达到100%。

4.3 值得关注改进的地方

根据本项目大直径水泥搅拌桩检测情况，选取三根具有代表性的桩检结果进行分析，见下表：

大直径水泥搅拌桩强度检测结果 序号 受检桩号 (#) 桩径 (mm) 施工桩长 （m) 水泥土设计强度 （MPa/90d) 抗压强度检测值 MPa 1 JZ6-1-21 1000 24.4 1.5 2.7～3.0m处芯样 5.65 11～11.3m处芯样 4.75 21.7～22m处芯样 3.37 2 JZ8-30-31 1000 20.5 1.5 1～1.3m 处芯样 5.94 11.7～12m处芯样 4.7 18～18.3m处芯样 6.35 3 JZ11-35-32 1000 27.5 1.5 2.7～3.0m处芯样 5.59 14.7～15m处芯样 6.11 26～26.3m处芯样 7.37

桩检报告显示桩体90 天无侧限抗压强度为3Mpa 至8Mpa，远高于设计规定的1.5Mpa，反应出原设计采取的水泥掺量经验值选用存在一定的优化空间，在今后类似项目中，要在设计阶段更加科学合理确定水泥掺量，在施工前做好配比试验，做好水泥掺量优化，在保证质量的基础上控制投资，减少浪费。

总之，大直径水泥搅拌桩具有较好的软基处理效果，费用相比常规水泥搅拌桩、高压旋喷桩、管桩等更经济，在处理较厚的软土地基上有其优越性，值得借鉴推广。另外，大直径水泥搅拌桩的设计优化、质量控制不容忽视，是今后需要进一步研究改进的重点。