近海软基地区水泥搅拌桩施工工艺与质量控制

韩斌武，李振强

(中交一航局生态工程有限公司，广东 深圳 518000)

1 引言

基坑支护结构是基坑工程中重要的组成部分，尤其是深基坑的支护结构更是涉及到人身的生命安全，必须保证支护结构的坚固和稳定[1]，水泥搅拌桩格栅墙支护结构作为近海地区广泛采用的基坑支护形式，其成桩质量就显得尤为重要。近海软基地区淤泥层厚度大，上层回填杂填土成分复杂，相对来说地质情况不太理想，要想做好成桩的质量把控，必须在过程中进行重点的质量控制。

2 工程概况

深圳市沙井水质净化厂三期工程位于近海软基地区，地貌类型属深圳市西部海河混合堆积地形～海积冲积平原区，场地原始地貌为鱼塘等滩涂地，地面原始高程约2.0～3.1 m，后经人工开发，堆填建设用地，现状堆土多为生活垃圾、废土废渣、建筑垃圾等。

本工程面积将近4万m2，基坑开挖深度深，基坑周长达到800余延米，支护结构类型采用水泥搅拌桩格栅墙支护，坑内采用水泥土格栅进行坑内加固，设计总桩数达到3万余根。

3 近海软基特点

以沙井三期项目为例，场地原始地貌为鱼塘等滩涂地后经人工堆填建设用地，现状地势凹凸不平，总体向西(海向)微倾。根据工程地质勘察报告结果显示，土层地质由上而下分别如下：

(1)第四系人工填土层(Q4 ml)。人工填土层主要分布于场地表层，根据填土成分的不同，分为杂填土(生活垃圾)、杂填土(建筑垃圾)、素填土。

(2)第四系海相沉积层(Q4 m)：主要以淤泥、淤泥质砂土为主。

(3)第四系冲洪积层(Q4al+pl)：主要以粉质黏土、细砂、中粗砂、砾砂、淤泥、淤泥质砂为主。

(4)第四系残积土(Qel)：主要以风化严重的混合花岗岩堆积而成。

4 水泥搅拌桩施工工艺

施工工艺包括：①场地整平;②桩位放线;③桩机就位;④水泥浆液配置;⑤预搅下沉上提喷浆;⑥复搅下沉上提喷浆;⑦桩机移位;⑧成桩。施工流程见图1。

图1 单轴水泥搅拌桩施工工艺流程

4.1 场地平整

华南地区近海软基上表面多为杂填土，表层凹凸不平。为了保证现场施工安全以及水泥搅拌桩的桩身垂直度，需要在水泥搅拌桩施工前，将整个场地的标高清理到设计标高并进行整平工作。

4.2 桩位放样

依据设计图纸上的桩位的位置、现场控制点之间的相互关系，测量人员精确计算出放样所需的相关数据，核对无误后与施工人员进行交接。

施工人员负责对测量数据进行复核，复核无误后，依据复核后的放样数据，测量人员使用天宝GPS-R8S进行桩位放样，在该过程中，施工人员必须进行跟踪复核，形成复核记录。上报放线记录并经监理工程师复核无误后方可进行施工。

4.3 桩机移位

要选用性能良好的机械，降低故障率[2]，在机械抵达现场后，重点检查吊索、吊环、吊具、钓钩等机械用具，发现问题及时处理。机械组装过程现场要拉设安全警戒带。配置专业人员进行现场安全管理。配备一名专业起重指挥人员(持有特种作业证书)，在机械组装过程中负有起重指挥责任，进行统一号令。在作业过程中严格按照操作规程进行操作，遇到特殊恶劣天气(如6级以上大风、暴雨等情况)，立即停止作业，做好现场保护。

4.4 水泥浆液拌制

水泥浆液严格按照设计的配合比配制。采用卧式散装水泥罐集成一体式制浆系统进行系统制备。该制浆系统采用触摸屏、称重和逻辑控制于一体的触摸控制为核心，配合电气回路来完成全自动制浆，制浆过程中通过多物料定量称重配料与顺序启停控制实现。系统具有手动和自动两种模式可选。

自动制浆系统仅需修改水灰比设计参数及需要水泥浆液体积，勾选自动抽浆系统按钮，即可完成全过程自动制浆过程，因搅拌桶容量有限，若单次需大方量水泥浆液制备时，需分批次完成水泥浆液制备。

手动制浆系统主要为通过手动控制加入水的重量、水泥重量并充分搅拌，来实现水泥浆液制备，完成后需手动控制水泥浆液抽出。

现场配置专职试验检测人员对水泥浆比重进行检验，严格按设计进行水灰比的控制。水泥浆必须随配随用[3]，充分拌和均匀。在水泥罐附近设置自动配料拌和装置，采用“集中拌和、多点供应”的方式向各工作面输送水泥浆。

4.5 预搅喷浆

移动深层水泥搅拌桩机，对准桩位控制点，调整桩机水平，机械用水正常循环运行后，即可开启水泥搅拌桩机电机，通过控制水泥搅拌桩机上的吊索，操控机械钻头沿导向架向下钻进，边搅拌边切削土体下沉，操作架上有仪表盘，通过控制电流检测表来调整钻进提升速度。施工过程中，根据地下土质情况调整钻进提升速度。杂填土、素填土地层钻进提升速度不宜大于1.0 m/min，淤泥地层钻进提升速度每分钟不宜大于0.8 m，工作电流不应大于额定电流。

在施工过程中，严格把控观察设备运行情况，了解地层变换情况，钻头钻进到设计标高位置后，暂停钻进，保持在桩底标高处连续喷浆不应小于30 s[4]。水泥浆液始终保持拌合状态，钻进提升过程中一直保持喷浆搅拌，中途不得间断[5]，严格控制好喷浆压力在0.5～0.6 MPa之间，根据地下土质情况调整喷浆压力，杂填土、素填土地层喷浆压力要严格控制在0.5 MPa，误差不超过0.05 MPa，淤泥地层喷浆压力要严格控制在0.6 MPa，误差不超过0.05 MPa。施工过程中，因其他原因导致停止喷浆，应保证有0.5 m的复核喷浆深度，根据桩机钻进或提升情况，将钻头下沉或提升停浆点0.5 m[6]位置处，等水泥浆液供应系统恢复正常后，在进行搅拌施工。若故障导致停机过程比较长，如一般情况下超过40 min以上，为了保证设备和管道中的泥浆不硬结，要对设备和管道进行全面清洗。

4.6 复搅喷浆

为了加强水泥搅拌桩成桩的均匀性，使土体充分搅碎[7]，需要对全桩长重复进行上下复搅，并在复搅过程中进行第三、第四次喷浆。

4.7 桩机移位

水泥搅拌桩施工完毕后，将叶片上的土块杂物清理干净，确保注浆孔不堵塞[8]。缓慢移动深层水泥搅拌桩机至下一根水泥搅拌桩桩桩位，水泥搅拌桩搭接施工的间隔时间不宜超过24 h[9]。当完成一段施工段后，应对水泥搅拌桩机钻头进行全面清理。

4.8 成桩

等待水泥搅拌桩施工完成14 d后，用人工方式，采用浅部开挖的方法，挖出桩端头，注意开挖过程中不要破坏桩头，开挖完毕后，目测检查搅拌均匀性，采用直尺测量成桩直径。等到28 d后，选择有代表性的桩体进行钻探取芯检测。至此，水泥搅拌桩正式形成。

5 不同地质条件下水泥掺量与水泥土强度比对

由于水泥掺量因素对水泥搅拌桩的现场施工效果影响较大，水泥土的无侧限抗压强度是非常重要的一个参数[10]，因此，应开展室内配合比试验确定合适的水泥搅拌桩水泥掺量。

5.1 试样成型

选取满足土性要求的土样摘除植物根茎等杂物，用搅拌器搅拌；待土样搅拌均匀后，加入事先按配合比要求乘量好的水泥与水，继续搅拌，搅拌机旋转叶转速300 r/min，搅拌时间约为15 min。待水泥土搅拌均匀后，分层装入立方体试模，并放上振动台进行振捣密实。试件成型后放入20°±5°，相对湿度不低于50%的环境下养护。

本次配合比试验对水泥7 d、14 d、28 d、60 d、90 d试验结果进行汇总，水泥淤泥质黏土层、砂性土层2种代表土质不同掺灰量的配合比试验。

本次试件无侧限抗压强度为试验7 d、14 d、28 d、60 d、90 d龄期强度。

5.2 无侧限抗压强度结果统计

5.2.1 淤泥质黏土层

本次完成淤泥质黏土层7 d、14 d、28 d、60 d、90 d5种不同的掺灰量，配合比试验无侧限抗压强度值基本满足最大值或者最小值与平均值的差值小于20%的，剔除不合格结果，统计有效数据，如表1所示。

表1 不同龄期无侧限抗压强度～水泥掺量汇总

5.2.2 砂性土层

本次完成砂性土层7 d、14 d、28 d、60 d、90 d5种不同的掺灰量，配合比试验无侧限抗压强度值基本满足最大值或者最小值与平均值的差值小于20%的，剔除不合格结果，统计有效数据，如表2所示。

表2 土层不同龄期无侧限抗压强度～水泥掺量汇总

根据表1、表2可以得出，淤泥质黏土和砂性土相比，要想达到相同强度，所需的水泥掺量要更多，因此针对淤泥质黏土，应采取放慢喷浆搅拌速度来延长喷浆时间进而加大水泥用量。

6 关键质量控制

6.1 垂直度控制

水泥搅拌桩桩身垂直度直接影响单桩竖向承载力，尤其重要。在实际现场施工过程中，要保证机械底盘水平，钻杆和导向架垂直于机械底盘。根据相关施工规范，钻杆的导向架垂直度要做好控制，要求在1/150[11]范围内，根据设计对水泥搅拌桩身垂直桩度施工的相关要求，要不大于1/100，在实际施工过程中，通常采用在机械导向架上悬挂一吊锤(吊坠)，通过调整桩基水平度，控制吊锤(吊坠)与钻杆上、下距离相等，左、右距离相等的方法来控制桩身垂直度。

6.2 不同地质情况下钻进与提升速度的控制

经过成桩效果检查，在相同的钻进提升速度下，淤泥地质条件的成桩效果要弱于其他土质。因此，要对淤泥地质土体加大搅拌次数，通过采取加快钻头的旋转速度和放慢淤泥地质钻进提升速度来实现。在实际施工中，根据地质勘察报告，结合桩机深度仪。在地质分层处提前进行速度的转换，达到每一粒土体都能被搅拌的充分彻底。根据试桩及试验效果显示，杂填土、素填土地层下钻上提速度每分钟不能超过1 m，淤泥地层下钻上提速度不能超过0.8 m/min。

6.3 喷浆压力的控制

在华南地区近海软基施工，因地质条件的不同。喷浆压力对成桩直径，成桩效果显现的尤其十分重要，喷浆压力过大会造成成桩直径大，水泥搅拌桩单位体积水泥用量偏少，影响桩体强度。喷浆压力过小会造成成桩直径小，桩与桩之间未形成有效咬合，影响桩整体稳定性。经过成桩效果的检查，在相同的喷浆压力条件下，淤泥地质的成桩直径要小于杂填土、素土地质，因此相比于杂填土、素土地质，淤泥地质喷浆压力要比杂填土、素土地质大。根据地质勘察报告，在地质分层处进行喷浆压力的调整。根据试桩效果显示，杂填土、素填土地层喷浆压力要控制在0.5±0.05 MPa，淤泥地层喷浆压力控制在0.6±0.05 MPa。

6.4 水泥浆液质量的控制

水泥质量：按设计要求，采用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，水泥必须保持干燥状态、没有受潮和结块等现象，并且有正规的出厂合格证和符合要求的进场检验报告，水泥浆液水灰比严格控制在0.6∶1。通过对水泥浆比重定期检测来控制施工水灰比。

要想保护水泥浆液的质量，必须采用符合要求的拌合用水，加强水泥浆水泥浆液的搅拌控制，尤其是拌合时间的控制，一般不得少于3 min。根据现场施工情况采用分次拌合的，为了保证施工的连续性，必须保证水泥浆水泥浆液连续拌制使用。水泥浆液要随拌制随使用，不得离析[12]，储存时间不得过长，防止凝结结块，一般情况下不得超过2 h。现场配备比重计实时检测水泥浆比重，保证水灰比符合设计要求。另外注意水泥浆水泥浆液搅拌处要有一定数量的遮雨材料(雨布、塑料薄膜等遮盖物)，防止降雨影响水泥浆水泥浆液质量。

6.5 桩长、桩径的控制

在设备进场后，现场实测水泥搅拌桩桩头的规格尺寸，施工过程中要根据水泥搅拌桩桩头的磨损情况定期进行量测。因磨损达不到要求时应及时予以更换，成桩7 d后，采用浅部开挖的方法对桩径进行复核。施工前对每台桩机的桩长进行校核[13]，确保仪表盘的准确性。采用专人复测桩长，保证每一根桩长都是合格的。

7 结论与讨论

水泥搅拌桩的原理是利用水泥浆充分搅拌原状土[14]，使原土硬结成具有一定强度和稳定性的整体结构[15]，整体效果受到施工过程影响因素较多。华南地区近海软基地质情况比较复杂，软基居多。通过工程实例研究结果表明：华南地区近海软基水泥搅拌桩的成桩质量，受切削土体次数及水泥用量影响较大。要想控制水泥搅拌桩的成桩质量，就要在地层分界处转换钻速。建议在该区域进行地勘取样时，加大钻孔密度和精度，使得地勘报告里的地层分界点更加精确，为搅拌桩施工提供数据支持，保证成桩质量。为工程建设的安全、保证质量打下坚实的基础。