基于深层水泥搅拌桩的软土地基公路施工技术研究

刘飞 LIU Fei；臧习倩 ZANG Xi-qian

（北京城建华晟交通建设有限公司，北京 101399）

0 引言

软土地基是由含有大量细微颗粒的松软土、拥有孔隙的有机质土、泥炭等土层构成的地基条件，拥有较高的地下水位，在软土地基上方的填方、构造物不具备更强的稳定性，有较大概率会出现沉降现象。我国各地均开展大规模的公路基础设施建设，需要通过处理软土路基提高在软土地基条件下建设的公路工程稳定性能，提升整体承载性能。为此，本文将从具体案例出发，结合相关文献资料，系统性分析基于软土地基条件下的公路工程施工技术。

1 软土地基的危害

软土地基存在若干种特征，会为软土地基上的公路工程带来一定程度的危害：第一，因触变性带来的侧向滑动。软土本身属于结构性沉积物，一般情况下呈现出絮凝状态，如果不对软土进行外界荷载施加及破坏，其本身具备一定结构强度。如果受到外界荷载影响，破坏原本的软土结构，软土地基强度会快速下降，这种性质即为触变性。在施工建设中，如果软土地基受到振动的荷载影响，有较大概率会发生侧向滑动、底面挤出等负面现象；第二，因低透水性带来的强度偏低影响。软土地基不具备更高的透水性，在垂直方向透水率极低，并不能达到预期的排水固结效果。这会导致软土地基拥有较长的沉降持续时间。正因为软土地基对于公路工程后续使用产生较大的负面影响，所以需要采用合适施工工艺，有效处理软土地基，合理规避可能产生的使用危害，保障公路工程长期安全使用。

2 深层水泥搅拌桩施工技术

2.1 工艺原理

关于水泥加固原理探讨，主要为以水化反应、水泥水解等方式利用，会有水泥水化物生成，并且其会和土颗粒产生团粒化、离子交换、碳酸化反应等，从而构成具有一定水稳性及其强度的“水泥加固土”。而水泥加固土强度则与被加固性质，如有机质、含水量等息息相关，此外还会受到如外加剂、掺入量、硅酸盐水泥等级等的影响。水泥加固土抗压强度会伴随水泥掺入量提升而加大，在常规情况下，一般水泥等级会大于45.2、水灰比会在0.43～0.55 之间、掺入比一般是12%～20%，关于强度标准值的确定，适宜取同配比的室内试块90 天龄期的立方体抗压强度平均值和现场成桩28 天的无侧限抗压强度，一般可达0.5～3.0MPa。

2.2 工艺工法特点

所选工艺主要以“深层水泥搅拌桩加固”为主，该工艺具备施工噪声小、无振动、技术可靠合理且不会污染环境等优势。其本身属于就地搅拌并加固地基的一种形式，在具体施工中软土会发生不同侧向挤压现象，因此，不会对已有邻近建筑产生过大影响，加固效果十分显著、所投入成本也较低。基于多测研究、检测与试验证明，想要提升地基承载力，需将深层水泥搅拌桩加固软基这种方式进行充分利用，该方式经济、科学、合理且行之有效。但是也需注意，当前阶段领域研究中，该技术还处于初步研发阶段，在检测技术、施工工艺等方面的研究尚不完善，这就使得施工质量难以做到全方位把控，这就需要注重终端验收、过程控制等工作的强化，以保证施工过程原始资料的不断累积，以完善该工艺技术的应用与研究。

2.3 适用范围剖析

深层搅拌工艺在常规情况下，其使用范围主要在粉土、黏性土、正常固结淤泥、饱和黄土等地基处理中，也可适用于竖向承载的复合地基、基坑的止水帷幕、基坑工程围护结构等。

3 案例分析

某地高速公路全长为34km，拟建设双向4 车道，路基宽度设置为24m。在前期地质勘察作业中，确认施工区域拥有较大规模的软土地基。比如部分路段在盐渍化地区范围内，含有厚度在1～5m 之间的软土地基，土质类型主要为黏土、粉细砂，一些路段存在表面渗水问题。还有一部分路段在冲积平原范围内，拥有大量水浇地与林地，含有厚度在5～15m 之间的软土地基，土质类型主要为淤泥、粉质黏土。在施工单位与设计单位综合分析后，确认使用深层搅拌桩施工工艺对软土地基进行处理，通过添加适量水泥的方式，达到强化软土地基的处理目标，确保公路工程施工建设达到预期水平。

3.1 施工准备

3.1.1 设备准备

①施工前应检查深层搅拌桩机、水泥配制设备、导向设备及提升速度量测设备、水泥浆流量控制仪表及其它计量设备完好程度。②在正式施工前期阶段，需对搅拌机械设备灰浆输送管至搅拌机喷口时间、灰浆泵输送量等技术参数进行明晰与标定（如图1）。

图1 GZB-600 型深层单轴搅拌机

3.1.2 材料准备

①深层水泥土搅拌桩固化剂的选用，确定为32.5 级常用硅酸盐水泥，在掺入量方面，控制为加固土重量的7%～15%，1m3土体加固需掺入约110～150kg 水泥。②水泥应符合钢筋混凝土用水泥标准要求，并有出厂材质证明、进场复试报告。水泥应存放于封闭的水泥库中，若无条件库存应露天架空20～30cm 码放，苫盖防雨布遮盖。③外加剂。关于塑化剂选用，是以木质素磺酸钙为主；在石膏、促凝剂选用方面，对产品出厂合格证的检查、验证一定要及时，并且需保证掺量能够通过试验。

3.1.3 施工现场处理

在应用深层搅拌桩施工工艺时，需要保证施工场地的平整度，充分清扫垃圾、石块等杂物，以水通、电通、道路通、场地平整的“三通一平”作为施工场地处理的标准，根据施工设计图纸做施工放样处理，通过施工放线确认搅拌桩的具体位置，如图2 所示。

图2 施工现场处理

3.2 深层搅拌桩施工工艺

深层搅拌桩施工顺序如图3 所示。施工工艺流程如图4 所示。

图3 深层搅拌桩施工顺序图

图4 水泥土搅拌法施工工艺流程

3.2.1 测量放样

依照施工图纸要求，把控地墙内边线精准放出，而后利用其进行搅拌桩施工范围有效测得，在监理、总包检验、复核完成后，也需要注重定位桩设置，以保证保护效果。

3.2.2 导沟开挖

以定位桩利用，进行搅拌桩边线测得，标识过程需采用石灰或细绳，而后才能依据标识展开样槽开挖工作，其深度需控制在自然地坪下约1.5m 左右位置，在正式开挖前，需注重障碍物及周边环境清理。

3.2.3 桩机就位

在样槽开挖作业已经完成后，需确定搅拌桩是否依照定位桩实现精准就位，并充分发挥搅拌机上水平尺、线锤设置，进行搅拌机水平度、垂直度调整、改善，保证搅拌机钻杆能够一直维持垂直。将场地内水准点进行充分利用，并引测搅拌机底座平台的标高。同时，依照设计图纸，着重利用不同水泥掺量对应深度范围、加固深度等要求，进行搅拌机钻杆入土深度换算，在换算完成后需于机架上做出标识，保证整体控制有效性。

3.2.4 预拌下沉

在起重机上利用钢丝绳吊挂“预拌下沉设备”，贮料储罐砂浆泵与深层搅拌机的连通，需要以输浆胶管利用实现，而后需在确定深层搅拌机冷却水的循环时间已经正常之后，及时开启搅拌机，以使其充分利用自身重量，在导向架搅拌方向引领下，把控时效做切土下沉动作，这个过程起重机钢丝绳也需要做到及时有效放松，其中，电机电流检测表主要展现的是下沉速度有效控制作用，常规情况下需把控速度在0.6～0.8m/min 之间。作业期间运行电流需要≤70A。一旦出现下沉速度过慢情况，可以采用于输浆系统补给稀浆液形式，推进钻进工作速度。

3.2.5 制备水泥浆

确定深层搅拌机已经下沉至一定深度，需遵循设计配合比要求，开展水泥浆拌制作业，在正式进行压浆作业前期，要及时于集料斗中进行水泥浆添加。

3.2.6 喷浆搅拌提升

在深层搅拌机的下沉，已经达到设计所需深度之后，需做到灰浆泵的及时开启，以便于自搅拌机中心管将水泥浆压入地基，这个过程需要注重一边喷浆、一边搅拌，在持续1～2min 后，可以上提，上提过程需直至到达设计桩顶标高，以确保一次搅拌过程完成。关于深层搅拌机的提升速度控制，需要严格依照设计提升速度进行，常规情况下，以0.5m/min 的匀速提升为主。

3.2.7 重复上下搅拌

在集料斗水泥浆已经排空、深层搅拌机已经提升到符合深度的顶面标高，为保证泥浆与软土间充分搅拌，需再次以边旋转边沉入方式将搅拌机置于土中，下沉速度不变，直至已经达到设计深度，需要再把搅拌机从地面提出，这个过程也就完成一根柱状加固体，其外形呈现是“8”字形。而后重复上述作业流程即可构成壁状墙体。

3.2.8 清洗

在每日施工已经完成后，需将适量清水添加至集料斗中，并将灰浆泵开启，以保证所有管路水泥泵的有效清洗，直至清洗干净，当然也需对粘附于搅拌头软土做出清洗，保证其干净。

3.2.9 质量检验

根据规范规定及设计要求，施工质量控制主要采用：①水泥土取样，7 天无侧限抗压强度满足设计要求；②钻芯取样，检测桩数的1%且不少于3 根，28 天抗压强度应符合设计要求；③静力触探或贯入试验，必要时可采取静力触探或贯入试验手段，查明加固范围及加固土体的强度。

3.3 参数计算

软土地基加固的搅拌桩确定，以φ800@600 三轴搅拌桩型号为主，总体桩长在18.72m，实桩、空桩分别是12.21m、6.52m，二者水泥掺入量也不同，分别是20%、10%。单根桩水泥用量：实桩为12.20（长）×1.8（土比重）×1.08（有效加固面积）×0.2（水泥掺入量）=4.74T，空桩为6.53（长）×1.8（土比重）×1.08（有效加固面积）×0.10（水泥掺入量）=1.27T，总量为：6.01T。单根桩水泥浆浆液用量：浆液配比为水:水泥=1.5:1，浆液比重为1.37t/m3，实桩4.74（水泥用量）÷0.4[水泥用量÷（水用量+水泥用量）]÷1.37（浆液比重）=8.65m3，空桩1.27（水泥用量）÷0.4[水泥用量÷（水用量+水泥用量）]÷1.37（浆液比重）=2.32m3，浆液总量：10.97m3。浆泵参数：浆泵一般设置4 个档位，其中1 挡450L/min，2 挡320L/min，3 挡210L/min，4 挡120L/min。现场设置1 个3 挡、1 个4 挡。平均注浆压力0.4MPa，每桶浆液注完时间一般是5min，可确定浆泵供浆流量是每分钟0.219m3。

3.4 钻孔取芯强度分析

在已经成桩约28d 之后，需做钻探、取芯作业，常规情况下抽检的频率需控制占总桩数1%，取芯位置最好控制在桩径2/5 位置处。而后需要做代表性样芯加工作业，将其加工成φ×h=50mm×100mm 的圆柱体试件，而后需开始抗压强度测试。芯样28d 龄期无侧限抗压强度大于1MPa，90d 龄期无侧限抗压强度大于1.4MPa，显示成桩强度符合预期。

3.5 载荷试验

在已经成桩28d 之后，还需规划载荷试验，主要针对复合地基承载力、单桩承载力做出检验，抽检频率确定为总桩数0.2%，每一单项工程需确定3 处开展载荷试验，保证复合地基承载力能够充分满足设计要求。

3.6 效果分析

本公路工程采用深层搅拌桩施工工艺处理施工范围内的软土地基，在2020 年5 月正式投入使用，在2021 年～2022 年对公路工程进行跟踪调查，并没有出现因软土地基引起的使用问题。同时，该公路工程在2023 年6 月进行复检时，无侧向滑动，使用强度较好，符合公路工程使用的数据指标。可以认为，本文采用的深层搅拌桩施工的组合工艺，基本完成该公路工程的软土地基处理任务，可以满足公路工程长期使用需求。

4 结束语

在软土地基条件下开展公路工程施工作业，需要根据勘探技术，详细分析软土地基的实际情况，确认公路工程施工规模，结合本文理论内容，设计一套内容完善的施工方案。在方案执行过程中，需要根据施工人员反馈情况、现场技术人员工作经验，对部分细节内容做合理优化，确保施工资源得到最大化应用，降低软土地基对公路工程施工与应用造成的负面影响，实现当地交通系统稳定运行目标。