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摘要水泥深层搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式。本文介绍了水泥深层搅拌桩施工中设计参数及要求、试桩、施工准备、施工工艺流程、施工控制、质量检验等控制环节。
关键词软基处理水泥深层搅拌桩施工控制
0、前言
深层水泥搅拌桩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，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土，处理效果显著，处理后可很快投入使用。如何有效地控制深层水泥搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果是我们在工程实践中探索的一个课题。
一、工程概况：
小黄圃至华口村公路跨线桥工程位于广东省佛山市顺德区，属于该区快速干线网碧桂路改造工程的重要组成部分。
本项目为旧路扩建项目，原则上采用拆分利用现有道路、“两侧拼接”的对称扩建方式，部分路段从投资、工程经济、环保以及提高道路服务水平等方面考虑采用高架桥或下沉隧道穿越，最大限度保护用地环境，提高道路通行能力。
二、 软土地基处理设计标准
2.1 软土地基设计形式选用
软土地基的处治，本着因地制宜、就地取材、经济合理的原则。本项目均为既有道路的加宽扩建，软土地基深度基本大于3米小于12米的，经综合比较，本标段内软土地基设计选用水泥搅拌桩处理方案。
2.2 水泥搅拌桩设计方案
桩径50cm，间距1.2m～1.5m，桩体采用"四喷四搅"的方法施工。
●材料要求
水泥采用P.0.42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比一般采用0.4～0.45。
●水泥掺量的确定：
浆喷桩的水泥掺量由室内配合比试验确定,本工程水泥掺量为50kg/m。根据土样天然含水量、孔隙比的不同，水泥掺入量应相应变化，表3-6的数据可供参考。
2.3设计参数及要求
桩体施工完成三个月后方可填筑路堤或施加其他荷载,并在加载前进行试桩,要求28天桩身强度达到1.0MPa以上,单桩容许承载力标准值不小于140kN。
三、施工工艺流程（四喷四搅）
搅拌机械运至工地后，先安装调试，待转速、空气压力及计量设施正常后，再开始就位。
将搅拌头对准设计桩位，启动电机，待搅拌头转速正常后，边旋转切土边下沉，直至达到加固深度。
从桩底向上喷浆，同时搅拌提升，直至离地面50cm，再重新边喷浆边搅拌至桩底，再重复一次从桩底向上喷浆，同时搅拌提升，至离地面50cm，再重新边喷浆边搅拌至桩底后停止钻进，连续喷浆1分钟，最后搅拌提升至地面。
关闭电源，移动设备，重复以上步骤。
将地面下未喷水泥的50cm，用水泥土回填，并捣实。
四、施工过程的质量控制
4.1 严格控制水泥等材料的质量
水泥加固强度与水泥材料质量密切相关，因此进场的水泥必须有出厂合格检验单，水泥制备浆液前宜过筛，去除杂物和块状体。每批进场的水泥应备样进行水泥土强度试验，满足要求的水泥方可投入工程使用。
4.2 确保搅拌桩桩身强度和均匀性
制桩质量的优劣关系到地基加固的成效。因此，要严格按要求控制喷浆及提升速度，以保证加固范围内每一深度均得到充分拌和。
4.3 保证桩体垂直度
为使搅拌桩基本垂直于地面，要注意钻机操作平台的平整度和钻架对地面的垂直度。
4.4施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中斷喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。
五、桩体和复合地基加固效果的质量检验及工程验收
水泥搅拌桩施工完成后，应按照质检部门要求，抽取2%～5%的桩进行桩质量检验，主要是对桩身强度、桩位、桩头及装身完整性进行检验。
5.1 桩身强度检验
在成桩7天内用轻便触探器进行桩身检验，检测深度不少于1m，通过触探击数检验桩身水泥土强度。28天后对桩身按照总桩根数的2%～5%的频率抽取芯样，通过动测检查桩身质量并进行静载试验，检验工程桩的承载力是否满足设计要求。
5.2 桩位及桩头水泥土强度检查
开挖基槽检查桩位、桩数及桩顶强度。对不合格的桩根据其位置和数量等具体情况，安排桩机操作手采取补桩或加强邻桩等措施。
5.3载试验
单桩荷载试验最大加载量为单桩设计荷载的两倍。压板直径和桩径相等，试桩数量不少于桩数的1%，并不少于三根。
5.4外观鉴定
桩体圆匀，无缩颈和回陷现象，搅拌均匀，凝体无松散，群桩桩顶齐，间距均匀。
六、若干问题的探讨
6.1 计算单桩承载力时侧壁摩阻力的取值
水泥搅拌桩单桩承载力设计时侧壁摩阻力往往是参照混凝土桩周土摩阻力，若不加折减，计算所得单桩承载力往往偏大，其原因是：混凝土桩为刚性桩，而水泥搅拌桩为刚性——柔性桩，其桩身变形大于混凝土桩，因此，侧壁摩阻力沿桩身的分布上部大于下部。或者根据桩长乘上一个适当的深度变量折减系数。
6.2 关于置换率的计算
置换率m= fsp•k-ßfs•k
Rkd/AP-ßfs•k
式中的ß值反应出桩土共同作用下桩间土强度的发挥和分担问题。复合地基ß值小于1，ß与面积置换率，桩间土和桩端土的软硬，固化剂掺量的多或小，桩身龄期长短等因素密切相关。因此，应进行试验，获得更为准确的ß值。
6.3 提高水泥搅拌桩在粘土层的搅拌均匀程度
工程实践证实，现行的成桩施工工艺已可充分满足淤泥质土层的搅拌均匀程度，但地表粘土层的搅拌均匀性则相差甚远，其桩身质量问题总是与浅部硬壳层及素填土层的搅拌均匀有关，主要反映在：
（1）严重的搅拌不均匀。粘土层桩体内存在大块纯水泥块，与原粘土分界清晰，二者强度差异极大。
（2）桩顶中心留有空洞，有时还形成蜂窝状孔洞。
（3）产生同心转。钻头带动粘土柱一起转动，造成水泥浆在桩壁和桩中心局部富集，其余部位几乎无水泥浆拌入或仅偶见水泥块。
处理方法：
（1）根据粘土的天然含水量估算最大允许掺水量。
（2）采用分次适量掺水，以避免过多的水渗到桩周而导致同心转。
（3）在复搅提升不喷浆时掺水，避免直接降低水泥浆浓度。
（4）适量增加粘土层的喷浆量，弥补由于掺水引起的桩身强度下降。
七、体会：
7.1 通过对该工程地基处理，进一步认识到深层水泥搅拌桩不仅是处理软土地基的一种方法，而且是处理山前洼地边缘，软弱极不均匀地基的一种行之有效的好方法。特别是地面下12m内有持力层时，水泥搅拌桩穿透淤泥进入持力层，可大大提高复合地基承载力，降低工程造价及减少建筑物沉降量。
7.2 旧路改造过程中，常因靠近邻近民房、既有行车道，有的仅2m左右，而采用无震动、无污染、噪音小、对周围软土无搅动的搅拌桩，不但可解决上述问题，且技术可靠，经济与环境效益均佳，适合在公路路基软土地区推广应用。
7.3 水泥搅拌桩质量易控制，只要喷浆及搅拌均匀，制桩质量就会有保证，静压结果就会满足要求。
结束语公路软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工环节，严格施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词软基处理水泥深层搅拌桩施工控制
0、前言
深层水泥搅拌桩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，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土，处理效果显著，处理后可很快投入使用。如何有效地控制深层水泥搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果是我们在工程实践中探索的一个课题。
一、工程概况：
小黄圃至华口村公路跨线桥工程位于广东省佛山市顺德区，属于该区快速干线网碧桂路改造工程的重要组成部分。
本项目为旧路扩建项目，原则上采用拆分利用现有道路、“两侧拼接”的对称扩建方式，部分路段从投资、工程经济、环保以及提高道路服务水平等方面考虑采用高架桥或下沉隧道穿越，最大限度保护用地环境，提高道路通行能力。
二、 软土地基处理设计标准
2.1 软土地基设计形式选用
软土地基的处治，本着因地制宜、就地取材、经济合理的原则。本项目均为既有道路的加宽扩建，软土地基深度基本大于3米小于12米的，经综合比较，本标段内软土地基设计选用水泥搅拌桩处理方案。
2.2 水泥搅拌桩设计方案
桩径50cm，间距1.2m～1.5m，桩体采用"四喷四搅"的方法施工。
●材料要求
水泥采用P.0.42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比一般采用0.4～0.45。
●水泥掺量的确定：
浆喷桩的水泥掺量由室内配合比试验确定,本工程水泥掺量为50kg/m。根据土样天然含水量、孔隙比的不同，水泥掺入量应相应变化，表3-6的数据可供参考。
2.3设计参数及要求
桩体施工完成三个月后方可填筑路堤或施加其他荷载,并在加载前进行试桩,要求28天桩身强度达到1.0MPa以上,单桩容许承载力标准值不小于140kN。
三、施工工艺流程（四喷四搅）
搅拌机械运至工地后，先安装调试，待转速、空气压力及计量设施正常后，再开始就位。
将搅拌头对准设计桩位，启动电机，待搅拌头转速正常后，边旋转切土边下沉，直至达到加固深度。
从桩底向上喷浆，同时搅拌提升，直至离地面50cm，再重新边喷浆边搅拌至桩底，再重复一次从桩底向上喷浆，同时搅拌提升，至离地面50cm，再重新边喷浆边搅拌至桩底后停止钻进，连续喷浆1分钟，最后搅拌提升至地面。
关闭电源，移动设备，重复以上步骤。
将地面下未喷水泥的50cm，用水泥土回填，并捣实。
四、施工过程的质量控制
4.1 严格控制水泥等材料的质量
水泥加固强度与水泥材料质量密切相关，因此进场的水泥必须有出厂合格检验单，水泥制备浆液前宜过筛，去除杂物和块状体。每批进场的水泥应备样进行水泥土强度试验，满足要求的水泥方可投入工程使用。
4.2 确保搅拌桩桩身强度和均匀性
制桩质量的优劣关系到地基加固的成效。因此，要严格按要求控制喷浆及提升速度，以保证加固范围内每一深度均得到充分拌和。
4.3 保证桩体垂直度
为使搅拌桩基本垂直于地面，要注意钻机操作平台的平整度和钻架对地面的垂直度。
4.4施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中斷喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。
五、桩体和复合地基加固效果的质量检验及工程验收
水泥搅拌桩施工完成后，应按照质检部门要求，抽取2%～5%的桩进行桩质量检验，主要是对桩身强度、桩位、桩头及装身完整性进行检验。
5.1 桩身强度检验
在成桩7天内用轻便触探器进行桩身检验，检测深度不少于1m，通过触探击数检验桩身水泥土强度。28天后对桩身按照总桩根数的2%～5%的频率抽取芯样，通过动测检查桩身质量并进行静载试验，检验工程桩的承载力是否满足设计要求。
5.2 桩位及桩头水泥土强度检查
开挖基槽检查桩位、桩数及桩顶强度。对不合格的桩根据其位置和数量等具体情况，安排桩机操作手采取补桩或加强邻桩等措施。
5.3载试验
单桩荷载试验最大加载量为单桩设计荷载的两倍。压板直径和桩径相等，试桩数量不少于桩数的1%，并不少于三根。
5.4外观鉴定
桩体圆匀，无缩颈和回陷现象，搅拌均匀，凝体无松散，群桩桩顶齐，间距均匀。
六、若干问题的探讨
6.1 计算单桩承载力时侧壁摩阻力的取值
水泥搅拌桩单桩承载力设计时侧壁摩阻力往往是参照混凝土桩周土摩阻力，若不加折减，计算所得单桩承载力往往偏大，其原因是：混凝土桩为刚性桩，而水泥搅拌桩为刚性——柔性桩，其桩身变形大于混凝土桩，因此，侧壁摩阻力沿桩身的分布上部大于下部。或者根据桩长乘上一个适当的深度变量折减系数。
6.2 关于置换率的计算
置换率m= fsp•k-ßfs•k
Rkd/AP-ßfs•k
式中的ß值反应出桩土共同作用下桩间土强度的发挥和分担问题。复合地基ß值小于1，ß与面积置换率，桩间土和桩端土的软硬，固化剂掺量的多或小，桩身龄期长短等因素密切相关。因此，应进行试验，获得更为准确的ß值。
6.3 提高水泥搅拌桩在粘土层的搅拌均匀程度
工程实践证实，现行的成桩施工工艺已可充分满足淤泥质土层的搅拌均匀程度，但地表粘土层的搅拌均匀性则相差甚远，其桩身质量问题总是与浅部硬壳层及素填土层的搅拌均匀有关，主要反映在：
（1）严重的搅拌不均匀。粘土层桩体内存在大块纯水泥块，与原粘土分界清晰，二者强度差异极大。
（2）桩顶中心留有空洞，有时还形成蜂窝状孔洞。
（3）产生同心转。钻头带动粘土柱一起转动，造成水泥浆在桩壁和桩中心局部富集，其余部位几乎无水泥浆拌入或仅偶见水泥块。
处理方法：
（1）根据粘土的天然含水量估算最大允许掺水量。
（2）采用分次适量掺水，以避免过多的水渗到桩周而导致同心转。
（3）在复搅提升不喷浆时掺水，避免直接降低水泥浆浓度。
（4）适量增加粘土层的喷浆量，弥补由于掺水引起的桩身强度下降。
七、体会：
7.1 通过对该工程地基处理，进一步认识到深层水泥搅拌桩不仅是处理软土地基的一种方法，而且是处理山前洼地边缘，软弱极不均匀地基的一种行之有效的好方法。特别是地面下12m内有持力层时，水泥搅拌桩穿透淤泥进入持力层，可大大提高复合地基承载力，降低工程造价及减少建筑物沉降量。
7.2 旧路改造过程中，常因靠近邻近民房、既有行车道，有的仅2m左右，而采用无震动、无污染、噪音小、对周围软土无搅动的搅拌桩，不但可解决上述问题，且技术可靠，经济与环境效益均佳，适合在公路路基软土地区推广应用。
7.3 水泥搅拌桩质量易控制，只要喷浆及搅拌均匀，制桩质量就会有保证，静压结果就会满足要求。
结束语公路软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工环节，严格施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。