水泥土搅拌桩施工应用技术研究

王海伟

（中铁济南工程技术有限公司， 山东 济南 250022）

1 水泥土搅拌桩施工技术概述

水泥土搅拌桩施工技术体系在解决河堤防渗透、软基处理和基坑防护等特殊环境下的可靠性建筑施工问题具有独特优势：(1)基坑支护。当施工地区基坑深度大于6m 时，水泥土搅拌桩可配合灌注桩实现基坑支护；当基坑深度小于6m 时，水泥土搅拌桩可以作为重力式挡土墙。(2)软基处理。水泥土搅拌桩常用于提高地基承载力、土体压缩变形矫正、土体结构改善和整体沉降量缩减等方面。

水泥土搅拌桩有两种常见的施工技术模式：(1)“湿法施工”技术模式(2)“干法施工”技术模式。两种施工技术模式在质量控制方面难度有所区别，“干法施工”在现有技术条件下较难做到精准的质量控制，故其在施工现场的应用比例不如“湿法施工”广泛。两种施工技术模式的主要操作步骤如下所述：

表格[1] 水泥搅拌桩施工方式与操作步骤

2 水泥土搅拌桩施工

本文以笔者参与的某处施工区域为例。该施工区域的地层以淤泥层为主且呈现不规则分布，这种土质不利于施工，必须要对其进行“二次改造”才能够作为合格承载层去发挥作用，同时根据使用功能要求，该场地需利用水泥土搅拌桩与其他桩体形成组合结构进行基坑支护。

场地的地质情况可以用表格[2]进行描述。

表格[2] 施工场景描述

2.1 水泥土搅拌桩施工前准备

针对该处施工场地，水泥土搅拌桩施工前需要完成施工场地预处理、专用水泥检测、施工档案库构建和施工机械验收四个步骤。各步骤具体要求如下：

(1)施工场地预处理。将生活垃圾、树根和砖石进行统一清理，将场地低洼处填平，清除桩位处地上杂物。(2)施工用水泥检测。施工所用水泥为P·O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥必须经过样品送检，检测合格后方可作为施工材料使用。(3)施工技术资料准备。配置必要的电脑和打印机设备并安装数据库、工作流和工程管理软件，设计施工记录表、质量控制表和现场记录表等档案资料的基本数据结构，配备专职质量工程师进行全过程追踪。(4)施工机具验收。成立由项目经理牵头、专职质检工程师为骨干的施工机具验收小组，对施工机具进行全方位监测并完成验收材料填写。

2.2 水泥土搅拌桩施工参数选取

根据“表格[2]施工场景描述”揭示，该区域地质并不理想，以随机分布的淤泥层为主，在这种“非理想地质”上施工需要合理选取施工参数以确保工程安全。本文基于该施工场景选取了特征值、抗拉抗压强度、水泥型号、水灰比、掺入比、外加剂、桩长与垂直度、送浆压力、搅拌速度和喷搅次数等10 个参数作为施工关键参数，各个参数的选取详情如下：

表格[3] 施工参数选取

3 水泥土搅拌桩施工应用及问题对策

该施工区域在实际施工过程中因为地层情况、埋藏力特性、承载力特性、孔隙比特性和含水量等原因，使得施工过程中遇到被动土压力区坚固程度不够、搅拌桩支护桩间漏水、部分施工地段发生沉桩现象、搅拌桩喷浆不畅等多种问题，针对这些实际问题施工单位采取了相应的处理措施。

3.1 搅拌桩应用于被动土加固

施工区域以淤泥层为主且呈现不规则分布，被动土压力区坚固程度经常不满足施工要求，针对这一问题施工单位采用被动土加固工艺予以解决。被动土加固工艺经常被用于厚淤泥层基坑支护工作中，可以提高搅拌桩整体抗倾覆能力和稳定性。目前常用高压注浆法和深层搅拌桩法提升被动土压力区坚固程度。其施工技术要点如下：

表格[4] 被动土加固优化

3.2 搅拌桩桩间止水

施工区域搅拌桩数量众多，部分支护桩间出现漏水现象直接影响施工安全并拖慢整体施工进度，施工单位在比较旋喷桩替代法和止水桩排数提升法两种主流方案之后，根据施工队伍技术特点和设备现状，基于“节约成本、保证安全、应用成熟技术”的原则决定使用旋喷桩替代法，其施工方案如下：

表格[5] 旋喷桩替代法施工模式

3.3 搅拌桩沉桩问题

施工区域以淤泥层为主，且呈现不规则分布，含水量较高，部分搅拌桩桩体出现沉桩现象。为了解决该项问题，施工单位从送灰压力调节、速度提升、辅助空桩、回填等多方面入手：(1)送灰压力调节。适度降低送灰压力P1，P1 取值能够保证正常送灰。(2)速度提升。提升喷粉速度V1、复搅速度V2、提钻速度V3 和下钻速度V4，可以降低桩底压力。(3)辅助空桩。当某根桩L1 出现沉桩现象时，可以在L1 周边放置L2、L3、…、Ln，帮助L1 释放能量。(4)回填。当某根桩L1 已经下沉，先做提钻操作，在提钻操作全部完成后使用水泥土回填，复搅深度≥1.0m。

3.4 搅拌桩喷浆不畅问题

为了确保施工区域各项进度平稳有序进行，施工单位针对搅拌桩喷浆不畅问题成立调查小组收集故障报告，发现故障现象基本上表现为喷浆阻塞和喷浆能力不足。施工单位针对这两种故障给出如下方案：(1)喷浆阻塞。导致喷浆阻塞的原因有水泥问题、滤网破损和杂物清理不到位等。解决喷浆阻塞的常规手段是定期巡检，主要检测仓库防雨防潮能力和设备器具运行状态，发现破损部件及时更换。(2)喷浆能力不足。输浆管状态会直接影响到喷浆能力，如果输浆管有弯折、漏浆、外压或者长度不和要求的情况，会直接损害喷浆能力。解决喷浆能力不足需要从管道保养和输送距离两个方向入手，做好管道巡检工作的同时尽可能缩短送浆距离。

3.5 水泥土均匀度问题

施工区域的水泥供应相对比较充裕，施工巡视组在走访过程中发现部分施工人员存在“过度搅拌”的问题，形成了不必要的人力资源浪费。从经验角度出发，水泥土均匀度和水泥土搅拌次数是正相关的，即水泥土搅拌次数决定水泥土的均匀度和水泥土强度。实际施工时水泥土搅拌次数应当遵循“适可而止”的原则，过分强调搅拌次数只会过犹不及拖累整个施工效率造成资源浪费。水泥土搅拌次数达到一定峰值之后，继续增加搅拌次数对于水泥土均匀度的提升极其有限，水泥搅拌次数最佳值计算公式如下所示：

公式[ 1]水泥搅拌次数最佳值

Best_count=(width*cos(angle)*leaf_count*cycle_count)/speed

在“公式[1]”中，width 为搅拌叶片宽度，angle 为搅拌叶片和轴的夹角，leaft_count 为搅拌叶片数目，cycle_count 为搅拌头转数，speed 为搅拌头提升速度。经过计算可以确定Best_count 的常见数值。需要说明的是Best_count 数值是参考数值，Best_count 取值随施工条件和设备性能动态变化。

3.6 施工质量检测问题

水泥土搅拌桩施工质量检测问题涉及到组织管理和技术分析两个方面。在技术层面上，主要涉及桩体位置偏差、桩身偏斜、浆液密度、水泥掺量、水灰比、喷浆流量、提升速度、抗压强度和用量误差等，具体内容见“表格[3] 施工参数选取”。在管理层面上，施工质量涉及到施工组织结构设计、施工人员管理、施工物料管理等因素。在条件允许的情况下，可以将施工档案电子化并引入人工智能技术进行价值深度挖掘，提升施工质量管控精度和广度。

4 总结和展望

水泥土搅拌桩施工技术在不断进步，水泥土搅拌桩与旋喷桩、灌注桩、注浆等地基处理技术相互搭配，作为组合桩来实现施工目的，也是目前施工技术发展趋势。总体来看，一部分施工技术已经有非常完善的分析模型和计算模型，可以进行量化分析和重复验证；另一部分施工技术处于“实践领先理论”的状态，即施工人员发现按照某个策略A 进行施工效果比较好，但策略A 为什么好的原因却无法准确解释。随着技术人员对施工技术研究的不断深入，相信会有更多更好的施工技术组合得到推广、解释和验证。