深层水泥搅拌桩在密实砂层中施工工艺探索应用

刘铁

株洲高科房地产开发有限公司 湖南株洲 412007

1 工程地质条件

项目位置原地面高程▽42.0m-43.0m，地下水位线▽41.5m，地下水丰富，场地自上而下分布有表层耕植土、细中砂、淤泥、中粗砂（夹杂卵石）、砂质粘土和全~弱风化混合花岗岩。沉淀池基础均置于细中砂上，下卧淤泥软土层，且在地震基本烈度为VII条件下可能产生液化，地基工程地质条件较差[1]。

2 施工工艺

2.1 一次试桩

试桩设备选用桩机型号：PH-5D型喷粉桩机（单机电机功率45kW）、高压旋喷机。水泥采用中材牌42.5R普通硅酸盐水泥。试桩施工参数按照设计图纸要求实行：单桩水泥用量80kg/m，搅拌桩均应穿透中细砂层、淤泥层、中粗砂层，桩端持力层为全风化混合花岗岩或强风化混合花岗岩，桩径为600mm，水灰比为0.45-0.5，搅拌头提升速度800mm/min。试桩桩号分别为B37、F78、K11，现场钻孔均达到桩端持力层后，搅拌桩机原位搅拌30s后提升，在提升至3.5m-5.5m高度时，均出现钻头被卡住无法钻动，并出现钻头脱落现象，桩机工作阻力很大，电流表数值已超最大量程150A，电机冒烟严重，并发出烧焦异味[2]。

2.2 试桩失败原因分析

经比对地勘图纸、桩机型号及机械性能、施工过程中桩机作业工况，现场分析原因查明：①砂层密实度高；②桩机机械功率不足导致钻进及提升困难；③桩机钻头叶片设置不合理是影响试桩失败的主要原因。

2.3 工艺改进

（1）针对“桩机机械功率不足导致钻进及提升困难”问题

功率不足是导致钻进及提升困难的主要原因，所以首选更换更大功率施工机械。经市场调查，PH—5F型喷粉桩机的单机电机功率55kW，比PH—5D型喷粉桩机的电机功率45kW有较大提升；同时桩机电流表最大值由150A提高至200A，总功率由75kW提升至92kW。经综合比选，决定更换成PH—5F型喷粉桩机进行二次试桩。

（2）针对“桩机钻头叶片设置不合理”的问题由于砂层密实，为使土体充分切割，决定钻头增加一对叶片。

（3）针对“砂层密实度高”的问题。根据试桩情况发现，桩机钻头发生变形，钻头磨损严重，主要原因是钻头在密实砂层中受阻力较大。各参建方经现场研究讨论，同时设计方经设计重新验算，最终建议采用变更桩径，即桩径由D600mm变更为D500mm，以减小钻头磨损。

2.4 二次试桩

二次试桩设备及工艺参数选择，桩机更换为PH-5F型深层搅拌桩机（单机电机功率55kW）、桩机钻头由两叶片改造成四叶片钻头、桩径D500mm。

更换PH-5F型深层搅拌桩机后，二次试桩共施工156m，每根桩完成时间平均为60min，桩机钻头提升速度≤800mm/min，施工中能顺利钻进及提升，桩机电机无异常情况，搅拌成桩效果明显。

桩机钻头改造增加叶片后，钻进过程经砂层地质时阻力较大，现场实时记录数据显示，桩机下钻工作时平均电流值为95A，提升工作时平均电流值为130A，电流突变次数较多；但施工中土体可充分切割，钻杆能顺利提升，浆孔未堵喷，喷浆得以均匀搅拌[3]。

通过变更桩径，即桩径由600mm减小为500mm后，桩机钻头在钻进过程中所受阻力减小、损耗降低，土体得以充分搅拌，节约了施工时间。

经过机型改选、改造钻头、变更桩径等一系列方案优化后，二次试桩施工顺利，实现预期目标，为正式进行桩基施工提供可靠数据和技术支持。

3 施工质量检验

3.1 开挖目测

成桩7d后，采用浅部开挖桩头，目测成桩的搅拌均匀性，量测成桩直径，检测量为总桩数的5%。本工程共检测45根，桩径符合设计及规范要求，目测成桩搅拌均匀。

3.2 桩身完整性检测

本工程采用反射波法检测桩身完整性，共检测55根桩，实测波速平均值3803m/s，标准差118m/s，离散系数3%，其中最小波速3790m/s，最大波速3820m/s。所测桩身全部完整，全部Ⅰ类桩，占所测桩数的100%[4]。

3.3 复合地基荷载试验

设计单桩承载力150kPa。竣工验收时应采用复合地基荷载试验，应在桩身满足试验荷载条件下进行，宜在成桩28d后进行，检测数量为总桩数的0.5%-1%。本工程复合地基静载试验共检测7根，均满足单桩复合地基承载力特征值150kPa的设计要求[5]。

4 结语

这个项目的应用表明,当水泥搅拌桩需要穿透各种土壤地质层的致密砂层(与石子混合)和粉砂土,有必要控制施工过程参数,包括施工机械和工具的选择,设计桩直径的选择和选择钻头类型。