深层水泥搅拌桩的施工工艺及特点分析

深层水泥搅拌桩施工工艺及特点分析

1、加固原理

深层水泥搅拌桩是加固软粘土及粉土的一项新技术，是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，水泥的水解和水化反应所产生的氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化铁酸钙，通过与颗粒发生离子交换和团化作用，析出大量的钙离子与土中的矿物质(二氧化硅、三氧化硅)进行化学反映，生成不溶于水的结晶化合物，这些物质在水中、空气中逐步硬化，形成具有整体性和一定强度的柱状体，使其与柱状体之间的土共同支承上部荷载，形成复合地基，从而加固软基。深层水泥搅拌桩按水泥的掺入方式的不同，分为粉喷桩和湿喷桩。

2、施工工艺

2．1施工次序

场地平整一测量放样定桩位一钻机就位，对中，机具及仪表标定一现场工艺性试桩，确定施工参数一钻孔至设计深度一提钻喷粉或喷浆(边提钻边喷一钻头提至距地面30～50em时，停止送粉或浆一复搅(根据实际情况进行补喷水泥粉或浆一移至下一桩位施工。

2．2施工工艺

2．2．1施工准备阶段

(1)场地平整

首先应平整场地，整平后地面坡度不得大于2％，便于钻机的对中及保持桩的垂直度，施工场地两侧开挖排水边沟，以防施工期间被雨水浸泡而影响施工，河塘地段可清淤后，按要求填筑素土，整平、压实(压实度不少于85％。)施工场地要将最外侧桩位中心线外3米作为场地平整边界，并且保证施工场地地面标高比设计桩顶标高至少高出50em，以确保施工

质量。

(2)测量放样定桩位

桩位的放样必须按设计要求先绘制桩位平面布置图，据平面布置图再放出现场实际桩位图。桩位布置一般按照梅花形布置，并用小木桩或竹片定位，外加石灰粉作醒目标记。

(3)机械设备要求

深层搅拌法所用的施工机具包括深层搅拌机、水泥浆制备系统及起重机、导向设备和提升速度控制设备等。钻机就位必须校正井架的垂直度并对中，垂直度应小于1％，各类机具的监测装置及电流表、压力表必须经计量部门计量、标定，保证仪器、仪表的准确。粉喷桩和湿喷桩的施工机械组合见图1、图2。

2．2．2施工阶段

2．2．2．1湿喷桩

(1)湿喷桩现场工艺性试桩，确定施工参数

首先应在施工段落钻取土质情况最差的土样委托有资质的试验单位进行室内配合比试验，确定水泥用量。室内配合比7天结果出来后，再进行工艺性试桩，以确定有关技术参数，包括：钻进速度，提升速度，水泥用量(总量和单位用量)，喷浆次数，湿喷桩的水灰比，复搅次数，走浆时间(灰浆自泵出至到达浆喷出时间)，来浆时间(浆液从喷浆口喷出时间)，停浆时间，总喷浆时间(停浆时间与来浆时间的时间差)等。如某软基处理工程，试桩下来的参数为：第一次下钻提升时下钻提升速度不得大于0．8m／mim；复搅时下钻速度不得大于1．5m／mim，提升速度不得大于0．8m／~m，总的每延米施工时间不得小于4．5m／mim。在试桩5—7天后有选择地进行全程取芯检测，以确定合适的施工工艺，即可进入全面施工阶段。

(2)施工

现场水泥浆存放池必须采用金属制容器，其容积必须大于该施工段落最长桩+1米的用浆量，管道质量应满足管内压力要求，管道接头不得多于2个，且管长不大于60米。湿喷桩在施工

前，首先进行放线定位。机械进场后，要对深层搅拌机定位，保证搅拌机轴垂直。准备工作就绪后，开动钻机，待搅拌头转速正常后，借深层搅拌机的自重，以0．38—0．75m／rain 的速度正循环边旋转切土边下沉，直到加固深度。然后将深层搅拌机反循环略为提升，开动灰浆泵将水泥浆压人软土层中，以实验确定的提升速度边均匀提升、边喷浆、边搅拌，使水泥浆与土体充分拌和，当钻头提升至离地面30era左右时，送浆阀关闭，提升钻头出地面，再重新正向旋转钻机钻进，至设计标高后停钻，再反向旋转提升钻头，搅拌至原地面，此谓复搅(复搅一次是指喷浆结束后，钻头人桩顶下钻搅拌拌至桩底后提升搅拌至桩顶这一过程)，一般来说，复搅次数不得小于两次。在施工过程中若发现喷浆管堵塞不喷浆时，应立即停止施工，标明钻杆所处的深度，查明原因，迅速排除故障，重新喷浆，在接处重叠应不少于1．0米，如间隔时间超过12小时，该桩应作报废处理，重新进行打桩，新桩与报废桩外边缘的距离不能大于设计桩距的15％。

2．2．2．2粉喷桩

其施工工艺与湿喷桩施工工艺基本相同。

现场工艺性试桩确定钻进速度、走灰时间(灰自泵出至到达灰喷口的时间)、提升速度、水泥用量(总量和单位用量)、喷灰次数、复搅速度、复搅次数等技术参数。施工时，钻头正向旋转钻进时可不喷水泥，只喷射压缩空气，既可保 I颐利钻进又可减小负载扭矩，并且不致堵塞喷射口，一般钻进50era后启动空压机。下沉钻进时，应根据土质软硬及电流交化及时换档，控制钻进速度。当钻到设计深度后停钻，然后反向旋转提升钻头，同时打

开阀门，按需要量向被搅松的土体喷射水泥，边提边搅边喷，可使软土与水泥充分混合，距地表50era处停止喷粉，以免孔口冒灰。

若喷灰过程中在某一段喷灰不足，可二次喷灰，操作重复上述操作，在反向旋转提升钻头至该段落，边提边搅边喷，补足灰量。喷灰结束，必须复搅。《公路工程质量检验评定标准》中规定“桩身上部(1／3桩身)范围内必须进行二次搅拌”。过程中若喷灰管堵塞不喷粉，处理参照湿喷桩。

3.两种软基处理方法的比较

3．1优缺点

湿喷桩搅拌法形成的桩体强度低，形成强度时间短、离散性较高，但施工简单、控制手段较多，质量易控制。

粉喷桩在施工时，高压气流对软土的搅动明显，原有土粒问的结构遭到破坏，在水泥土新的胶结稳定层发挥作用前，原有地基承载力被破坏了，故较易引起桩头下沉，桩体疏松不均匀，空心桩、夹层、断桩等问题，且缺乏有效的观测手段，质量较难控制，但施工机具体积较小，适应性强，便于操作。

3．2应用范围与使用条件

一般认为：粉喷桩宜用于含水量高的软土处理，湿喷桩宜用于含水量较小的软土处理，但不绝对。对粉喷桩而言，在高含水量的软土区，整个土体几乎成了流体，水泥粉遇到水即成团块，团块外表水化胶结，形成一个不透水的坚硬体，而内部则为粉状的水泥，与土体不容易均匀混合，阻止了团块内部的水化作用，降低了处理效果。而湿喷桩在处理高含水量的软土时，即使在处理过程中，又增加了单位土体内的含水量，但由于水的渗透性，最终还是能达成平衡态，此时，与原有土体的含水量相比并未增加多少，但水泥浆与土体经过复搅能充分混合形成了强度，并达到加固作用。工程实践也证明了用湿喷桩处理含水量高的软土是可行的，且效果也很好，因此作为应用条件来说不能绝对化，即含水量不是主要决定因素，而应根据地质的综合条件，软土的各类性质及施工条件综合考虑。

4.施工质量控制及施工注意事项

4．1正式开工前，应进行试桩以确定合理的技术参数。

4．2每个台班施工完毕，必须立即用水清洗储料管、压浆泵、深层搅拌机及相应的管道，以免水泥浆凝固而影响继续使用。

4．3为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，每工作班组检查不少于2次，使垂直度偏差不超过l％。

4．4为了确保桩体每米掺合量以及水泥(水泥浆)用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。

4．5施工中控制深层搅拌机的提升速度，它是控制喷灰量或注浆量、搅拌均匀程度，保证加固效果的关键，必须连续匀速进行。

4．6施工中发现喷浆(喷灰)量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆(喷灰)量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆(喷灰)中断时应及时记录中断深度。在l2小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于lOOem，超过12小时应采取补桩措施。

4．7深层搅拌桩施工时，泵送固化剂必须连续，固化剂的用量以及泵送固化剂的时间应有专人记录，其用量误差不得大于±l％。

4．8施工时应严格控制喷浆(喷粉)时间和停浆(停粉)时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆(喷粉)。严禁在尚未喷浆(喷粉)的情况下进行钻杆提升作业。储浆(储灰)罐内的储浆(储灰)应不小于一根桩的用量加5Okg。若储浆(储灰)量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

4．9现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：1施工桩号、施工日期、天气情况；2喷浆深度、停浆标高；3灰浆泵压力、管道压力；4钻机转速；5钻进速度、提升速度；6浆液流量；7每米喷浆量和外掺剂用量；8复搅深度。

5.深层水泥搅拌桩的测试方法

5．1检测目的

软土处理的目的是保证复合地基的整体承载力，而地基整体承载力的提高由桩体的外型、桩体的完整性、桩身的连续性、均匀性以及桩体的极限承载力等几个因素决定。围绕着以上目的，衍出以下几种检测方法：桩头开挖法、钻芯抗压法、轻便触探法、载荷试验法、标准贯人法等等。

5．2检测方法

深层水泥搅拌桩的检测方法很多，主要有桩头开挖法、钻芯抗压法、轻便触探法、载荷试验法、标准贯人法等。往往一种方法不能独立地、全面地反映桩的检测情况，不能对桩体质量，承载力情况作出全面的评价，通常应根据地基处理的重要性和现场实际情况及仪器的实际使用条件，采用两种或两种以上的复合方法进行联测，才能作出准确、全面的评价。

5．2．1桩头开挖法

成桩7天后，随机抽取施工段落桩体总量的2％开挖0．5— 1．Om，检查桩体直径、桩间距，桩身连续性及灰土拌和的均匀性和桩身密实性(手感)，若桩头有缩颈和凹陷现象，说明桩体下沉，另外，如果是搭接式桩还可检查搭接情况判断桩体质量。桩头开挖法简单直观，但不能作为定性的依据。

5．2．2钻芯抗压法

成桩28天后，抽取桩体总量的2％作为被检桩，通过钻芯取样来检查桩长，搅拌均匀程度，通过对芯样进行水泥滴定试验来检查桩体各段的水泥含量，通过对芯样作室内无侧限抗压强度试验，判别桩身各段的强度。此种方法检测比较直观、可靠，是目前各类检测方法中用得最多的一种，但也有其弱点。由于粉喷桩主轴部位为喷粉盲区，搅拌时水泥土此处含灰量偏

低，所以检测时取芯应离桩中心2／5桩径处，而湿喷桩在这点上要求不是很高。在取芯过程中应保持钻架的垂直及尽量减少对芯样的扰动。否则，检测结果将差之千里。

5．2．3轻便触探法

在成桩7天后，用轻型动力触探来取样，对取样观察，分析水泥土是否搅拌均匀，同时，根据触探击数来判断桩身强度。此法要求建立贯入击数与水泥土强度建立一对应曲线关系后才能应用，需要有大量的原始资料积累过程，开始比较麻烦，以后使用较方便。缺点：探测深度不深，不能超过4米，触探点不能在桩中心，要在距桩中心2／5桩径处。

5．2．4荷载试验法

在桩体达到28天龄期后，对桩体或复合地基通过具有一定刚度的压板加载不测试桩体承载力，从本质上来说，湿喷桩和粉喷桩不能作为桩体单独起作用，而是作为复合地基整体受力，因此，此法能准确地测量出经过处理后地基的承载力情况。只是压板尺寸应按面积置换率确定，加载方法常用堆载法或锚桩反力支承法。

缺点：是此法不能提供桩身质量的判断信息，也就无法对深层水泥搅拌桩的施工质量进行全面的评价。

5．2．5标准贯入法

标准贯人试验是用质量为63．5kg的穿心锤，以76em的落距，将标准贯人器打入土中15cm，再打人30em，用后30era

的锤击数为标准贯人试验的指标。标准贯入击数是贯入器周围桩体强度、变形特性的综合反映，不会因为裂缝或结核等局部现象而产生判断失误，另外标准贯器所带的芯样也可判断水泥土的含灰量、状态等特性。标准贯人试验操作简单，测试数量及深度不受限制，经过长期的研究，经验性强，是检测水泥搅拌桩的一种行之有并效的方法。

结束语

深层水泥搅拌桩加固工艺合理，技术可靠，施工中无振动，噪音小，对环境无污染，由于它是就地搅拌加固地基，使软土不向侧向挤压，因此对邻近已有建筑物影响很小，加固效果良好，成本低。经过多次的试验检测，证明用深层水泥搅拌桩加固软基，提高地基承载力，是一个行之有效、经济合理的处理手段。但由于深层水泥搅拌桩是一门新技术、施工工艺及检测手段尚未完全规范，施工质量较难控制。因此，必须加强过程控制及终端验收，在施工中不断积累原始资料，逐步完善深层水泥搅拌桩施工工艺。