水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用

水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用
摘要：在公路工程施工中，遇到软土地基往往是不可避免的。

水泥搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式，具有明显提高软土地基承载力及施工速度快等优势。

本文结合水泥搅拌桩在公路软基处理的实例，主要研究探讨了施工各环节的要求，并在质量控制及技术改进方面提出自己的一些看法。

可供类似工程参考。

关键词：公路软基；处理；水泥搅拌桩；施工工艺；质量控制
近年来，公路建设事业呈现一片繁荣景象，人们对公路工程的质量要求也不断提高。

在公路工程建设中，不可避免地会遇到软土地基问题。

特别是南方地区，软土地基具有含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透性小、抗剪强度低、固结系数小等不利的工程性质，导致地基承载力往往不能满足工程设计的要求，因此，需要对地基进行加固处理。

目前国内处理软基主要采用水泥搅拌桩技术，利用水泥作为固化剂的主剂，使用深层搅拌机械在地基深部将软土和固化剂进行混合搅拌，从而达到提高地基强度的目的，这种技术效果显著，施工时间短。

但水泥搅拌桩施工环节较多，施工质量难以保证，如何有效地控制水泥搅拌桩的施工质量，确保软基处理的效果是我们在水泥搅拌桩应用中探索的一个课题。

1 工程概况
某公路K101+852路段，地质情况复杂，深层软基较多，根据设计要求，此路段采用的深层软基处理有三种形式：水泥搅拌桩、塑料排水板和刚性预应力管桩。

其中水泥搅拌桩工程量较大，是软基处理施工中的重中之重。

2 水泥搅拌桩的施工
2.1 施工前准备工作
（1）材料。

水泥采用不低于32.5级矿渣水泥，也可采用硅酸盐水泥。

对进场的水泥按有关的检验方法做胶砂强度、安定性、细度、凝结时间等项目试验，符合标准方可使用，但对受潮的水泥不允许使用。

（2）配合比验证。

水泥掺入量为加固土体质量的15％，水灰比为0.5，用天然含水量时的加固土（应加固的软土或软弱土）制备7.07cm立方体试件，检验7d、14d、28d无侧限抗压强度。

（3）定位。

各施工段的桩位平面图，注明该段加固深度，在现场进行放样定位，并对行、排位置线在施工范围外设固定桩。

（4）地上及地下附着物的处理。

调查了解各工点施工范围内地上、地下各管线及其它设施，并绘于平面图上，及早办理拆迁，以免因施工造成严重影响。

（5）设备选用。

可选用SI-1型、PH-5型深层搅拌机，每台搅拌机必须配备注浆自动记录设备，并能打印相关数据，避免人为因素影响。

灰浆制备必须采用灰浆拌和机拌和。

2.2 试桩
在搅拌桩正式开工前，每个标段应根据地质情况选取代表性工点，做一定比例的工艺性试桩，以便取得符合设计要求的工艺控制数据，其中包括制浆工艺、水灰比、注浆压力、钻具钻进速度、提升速度、提升时钻头反钻速度、搅拌及复拌遍数、复拌深度、单位时间注浆量、每延米注浆等数据，并经检验合格后，写出试桩总结报告，经监理认可后，方可作为施工依据。

2.3 水泥搅拌桩施工工艺
地上、地下清障、地面平整→测定桩位搅拌机定位调平→拌和站钻头下沉至设计深度→配置水泥浆边喷浆搅拌提升钻头至预定的停浆面→重复搅拌下沉至设计加固深度→配置水泥浆边喷浆边搅拌提升钻头至预设的停浆面→重复搅拌下沉至设计加固→提升搅拌（或喷浆）至预定的停浆面→关闭搅拌机、清洗、清理钻具→移至下一根桩位。

2.4 施工工艺质量控制要求
1）水泥剂量
加固剂剂量直接影响水泥搅拌桩的强度。

因此保证水泥用量是一个非常重要的方面，通常有两种方法可以借鉴。

一是用稠度计经常不定时检查水泥稠度使其控制在合格范围内。

二是根据水灰比、桩径和水泥浆比重计算出每米搅拌桩所用水泥用量，据此计算出每根桩所用袋装水泥的数量，由现场管理人员清点所进水泥数量来计算应施工的水泥搅拌桩数量。

2）质量控制
水泥搅拌桩桩身垂直偏差不超1.5％，桩位偏差不得大于5cm。

水泥浆拌和设备用机械拌和，拌和时间不少于3min。

用比重计测其比重，并检测稠度且应过筛。

控制数量应满足单桩总量拌制，均匀喷浆。

水泥浆到达喷口后，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再提升钻头，边喷浆、边提升、边旋转搅拌。

提升到原地面下30～50cm时，不停浆原地搅拌30s再下沉搅拌，同时泵送必须连续。

喷浆量及搅拌深度必须采用国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录并打印。

3）钻进、提升速度确定
通常人们认为慢钻进比快钻进要好。

为了验证施工过程中下钻和提升的速度对成桩质量有多大影响，采用武汉PH-5机型做了对比试验（见表1）。

表1 P H -5 机型每米转数
通过对比试验武汉PH-5机型，快速的5档复搅比慢速的3档复搅每米深度钻头旋转圈数要多0.70转，比2档复搅要多1.84转，单位长度内钻头旋转圈数多应对水泥土的均匀性更为有利。

为了证实快速钻进的效果，分别在3个施工段选择地质条件有差异、桩长不一的断面进行了试验。

武汉PH-5档机型下钻速度由4档调为5档，提升喷浆时由2～3档调为4档，复搅、提升速度由3档调为5档和4档，成桩后对9根桩进行了标贯和取芯也是相当完整（见表2）。

表2 PH-5机型试验桩标贯和芯样强度
与同一断面慢速钻进相比效果还要好一些，因此采用快速钻进，不仅可有效控制施工中出现的沉桩、翻淤、翻浆等问题，同时还具有降低工程成本、提高工作效率、缩短施工工期的好处。

所以建议在深层水泥搅拌桩施工中使用PH-5机型时采用3～4档快速钻进和复搅方法。

表3为轻便触探仪击数与水泥土抗压强度关系。

表3 轻便触探仪击数与水泥土抗压强度关系
4）钻头结构形式确定
公路三合同段进场初期时的深层水泥搅拌机械中，大部分钻头采用3层或2层厚板状一字平钻头。

该钻头在砂性的软土层中钻进效果还算可以，但在粘性土层钻进时，切割、破碎土体的能力就非常差。

下钻时，容易将土体挤压成饼状、大块状，喷浆的均匀性和复搅的效果较差，还容易出现抱钻、翻淤和堵管等问题。

对问题桩通过挖验后发现，桩体往往存在喷浆不均匀，完整性和坚硬度差等问题。

分析其原因除与处理的土层、送浆的压力、水泥的用量等有关外，与钻头的结构形式有密切的关系。

发现这些问题后，将钻头进行了改进，将3层或2层厚板状一字平钻头改为3层薄板状一字形斜钻头。

改进后的钻头下层刀片由平改为35°～45°，并加焊了利于切土的倒三角或倒牛角刺，从而克服了翻淤、翻浆、抱钻和因抱钻而堵管的问题，同时加快了钻进速度，提高了效率、缩短了工期。

以一根长12m的水泥桩为例，以前需53min完成，改进后40min就能完成任务。

更明显的是经过标贯及取芯检测，芯样的完整性和坚硬度有很大的改观。

5）钻头的使用与更换
在日常施工中，钻头使用和更换是被施工及操作人员容易忽视的问题。

钻头在钻进和复拌过程中，钻头与软土的磨擦会使钻头的直径慢慢减小，钻头的顶部倒三角或倒牛角刺会被慢慢磨损。

在公路三合同段k105+405箱涵两侧及地基处理深层水泥搅拌桩施工过程中进行了对比和测试，该处共设有水泥搅拌桩3216根，桩径为500mm，深度为15m。

从工程地质纵断面图来看，主要为亚粘土，软弱地和亚砂土。

从表4中可以看出钻机在钻进过程中钻头的磨损情况。

表4 PH－5机型钻头磨损情况
通过表4在实际施工中检验对比来看，在深层水泥搅拌桩施工中应根据地质情况、桩的设计深度、桩径等选取钻头的直径(建议取比设计桩径小10～18mm的钻头)。

钻头直径偏大导致工期延长和水泥材料的浪费，钻头直径偏小导致桩径偏小不能满足设计要求。

同时，在钻进的过程中应经常检测钻头的磨损情况，并及时更换钻头。

这些容易被施工人员或操作人员忽视，所以现场监理人员和项目施工管理人员应及时检查和督促，保证软土地基的处理质量满足设计和使用要求。

公路三合同段的施工管理和实际检测证明，通过严格细致的施工管理和现场监控，既能提高工程质量，同时又控制了投资成本，并缩短了计划工期。

3 结语
综上所述，水泥搅拌桩加固软土地基具有效果明显、施工速度快等优势，处理后可很快投入使用，在确保工程质量的前提下能够降低施工成本、缩短了施工工期，具有很好的应用前景。

只要我们在施工中要紧抓施工环节，采取有针对性的质量控制措施，控制好水泥搅拌桩桩体质量，是能达到预期目标的。

参考文献
[1] 陈明;水泥搅拌桩施工工艺及质量控制分析[J];企业科技与发展;2010年02期
[2] 谢天基;水泥搅拌桩软基处理浅析[J];中国新技术新产品;2010年02期。