水泥土搅拌桩工艺

水泥土搅拌桩施工工艺

一、前言

为满足水工建筑物地基承载力要求，对于非岩基土质类基础，可采取相应的工程技术措施进行基础加固补强，以达到一定的强度，并保持较好的整体性和稳定性。水泥土搅拌桩就是利用机械将水泥浆等材料与土体强制搅拌，形成柱状增强体，与原土体构成复合地基的工程技术方法。

二、工程概况

闸址区工程地质主要为古河道多年冲积砂层和粉细砂层，基础承载力仅为90余kpa，不能满足闸坝基础承载力要求，采用水泥土搅拌桩以提高基础承载力。搅拌桩布置主要为柱状和壁状结合体，设计桩体直径600mm，间排距1m×1m，最大桩体长度13m，桩体底部插入持力层深度2～4m，壁状搅拌桩设置在工程区最下游，桩体搭接长度10cm，合计搅拌桩总工程量为871根。加固后复合地基承载力不小于130kpa（28d龄期）和150kpa（90d 龄期），单桩承载力不小于120KN（28d龄期）和140KN（90d龄期）。

-1-

三、工艺制定过程

3.1工艺试验

根据《水利灌溉工程水泥土搅拌桩施工技术要求》及相关的施工技术规范要求，制定搅拌桩工艺试验，采用湿法搅拌桩施工工艺，初拟施工工艺选用2组8根工艺桩，每组桩成1m×1m正方形布置，分别采用“二喷四搅”和“三喷五搅”的工艺试验。

3.1室内配合比试验

2014年11月11日在项目总监理工程师的见证下，在工程址区选取较有代表性的砂土样，经室内试验测定其天然密度为2.1g/m3；拟定水泥掺量分别为10%、12%、14%、16%共计4个配合比，水灰比0.8，水泥选用泰国产TPI牌p.o 42.5级水泥，进行配合比计算和试配。2014年12月10日进行了室内砂浆试件抗压强度检测，均满足设计要求，详见《水泥搅拌桩室内配合比设计说明书及试验报告》。设计指标：试件28d龄期无侧限抗压强度标准值不低于1.4Mpa，90d龄期无侧限抗压强度标准值不小于2.0Mpa。

3.3现场工艺试验

3.3.1工艺试验主要设备

水泥浆液制浆机1台，容量580L；地下砖砌储浆池1座，最大容量1000L；灰浆泵1台，最大排浆量100L/min；水泥浆液输浆管100m；PH-5B 型步履式深层搅拌桩机1台，最大地基加固深度18m；拓普康全站仪1台、钢卷尺2把、轻型触探仪1台；1500ml量筒1个、水泥浆比重计1支、秒表1个。

3.3.2工艺试验

2014年12月11日主要进行“二喷四搅”工艺试验，试验区设在溢流坝段右侧下游端，桩位放样采用拓普康全站仪放样，水泥浆液水灰比选用0.8，水泥掺入比分别对应1～4号桩位采用10%、12%、14%、16%，经现场试验测得水泥浆液自灰浆泵至出浆口时间为52s～58s，输浆压力0.4～0.5Mpa，预搅下沉速度0.8m/min，提升速度1.7m/min，给进速度1.4m/min，钻机转速48r/min，单桩完成用时42min。水泥浆液制备施工配合比见表1

表1 配制水泥浆液施工配合比

-3-

2014年12月12日主要进行“三喷五搅”工艺试验，水泥浆液水灰比选用0.8，其他均参照“二喷四搅”工艺执行，现场测得单桩完成用时1h。

3.3.3工艺桩检验

成桩后3d，采用轻型动力触探仪（N10）检查每米桩身的均匀性，并进行人工浅部开挖桩头，开挖深度1.5m，目测检查了搅拌的均匀性，采用钢卷尺量测桩体直径。

3.3.4工艺确定

依据以上工艺试验结果，均能满足设计要求和规范要求，决定采用“二喷四搅”湿喷法工艺施工，水泥浆液水灰比0.8，水泥浆液比重1.568g/cm3，水泥采用泰国产TPI牌p.o 42.5级水泥，水泥掺入比12%。

四、主要施工工艺

4.1场地平整

进行深层搅拌法施工的场地事先应予平整，必须清除地上一切障碍，本工程址区为古河道，所以不存在地下管线等设施。本工程水泥搅拌桩施工区域均需进行一定量开挖，开挖时现场应严格控制开挖底部高程，底部开挖控制方法是采用水准仪精确控制标高，标高控制标准设计桩顶标高加50cm超高，即溢流坝段开挖底部标高▽24.9m、泄洪闸段开挖底部标高▽22.9m（齿槽部位除外）。

经开挖后的场地，若因砂层松散或者淤泥土而不能满足桩机稳定时，应采取防止施工机械失稳的措施。

4.2测放桩位

采用拓普康全站仪对要施工搅拌桩逐排或者逐列进行放样，现场根据放样标识，牵引一根线绳，再采用钢卷尺沿线绳逐个放出桩位，测放的桩位应安设小直径竹条或钢筋做标记，并喷涂颜色鲜艳的涂刷材料，桩位最大允许偏差2cm。

4.3浆液制备

浆液制备工艺流程：见图1。

-5-

图1 水泥浆液制备工艺流程图

浆液制备由集中制浆站统一制备，制浆站的设置应因地制宜，充分利用地形优势，制浆站尽量与施工点同高程，以避免产生往高处供浆而造成的灰浆泵压力较大的假象，导致输浆压力失真；制浆站距离搅拌桩工作面距离不宜大于100m。

浆液配合比严格按照项目质检站出具的配合比通知单进行配料拌制，施工用水泥浆液水灰比0.8，水泥掺入量为土料质量的12%，即每米桩身水泥用量为71.7kg，按每拌制459.18L浆液计算，需用水泥400kg，用水量为320kg。材料称量的最大允许误差为±1%，先投放足量的水，再投放胶凝材料，浆液搅拌时间不小于3min，浆液自制备到用完的时间不宜超过２ｈ。

施工用水采用水泵抽取地层渗水至制浆站的钢制水池，拌制时由水池用软管引入580L拌浆桶，水质应干净清洁，达到饮用水标准。拌制用水泥采用泰国产的TPI牌5型p.o 42.5级硅酸盐水泥，水泥使用前应经过项目实验室检测质量合格，制浆机应加装滤网，以防止杂物落入制浆机，影响水泥浆质量或者堵塞输浆管路。

拌制合格的水泥浆液流入储浆池，浆液入池前应关闭制浆机后进行浆液比重检测，合格后方可流入储浆池，经灰浆泵抽取并泵送。储浆池容积1000L，满足2罐浆液容量。

4.4桩机就位、调平

本工程采用中国河南巨业机械公司生产的PH-5B型液压步履式搅拌桩机，该机主要由液压步履式底架、井架、钻机传动系统、钻具、液压系统和电器系统组成。桩机移动通过上底架的液压系统和下底架的纵向移动系统共同工作完成，桩机最大纵向单步行程1.5m，横向单步行程0.5m。单搅拌头，4枚搅拌叶片，搅拌叶片厚度3cm，搅拌叶片宽度6~12cm，两层搅拌叶片层距36cm。

-7-