水泥搅拌桩加固软土地基应用

水泥搅拌桩加固软土地基应用常宝（中铁一局兰渝项目经理部，广安 638003）摘要：水泥搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式。

通过对兰渝铁路13标水泥搅拌桩施工适用条件、成桩原理，施工准备，施工工艺流程进行介绍，并对制浆质量、泵送浆液质量、桩机机身的垂直度、钻进和提升速度、桩长、单桩水泥用量等的质量控制环节进行阐述，为类似工程施工提供参考。

关键词：水泥搅拌桩；加固；软土地基；质量控制1 工程概况兰渝铁路南充东至高兴支线为时速160km/h的Ⅰ级铁路。

线路路基全长66.6km，其中=50～采用水泥搅拌桩加固埋深大于3m的软土和松软土地基长15.18km。

地基承载力σ120KPa。

水泥搅拌桩累计桩长1503274m，桩径0.5m，桩间距1.1～1.3m，桩长3.0～11.7m，正三角形布置，桩顶铺设0.4～0.6m碎石垫层，中间加铺双向PET聚酯土工格栅，幅宽≥5m，网孔110～120mm，横向抗拉屈服强度≥80KN/m。

2 适用范围及成桩原理水泥搅拌桩（湿法）适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、松软土、粉土、素填土、黏性土以及无流动性地下水的饱和松散砂土等地基。

泥炭土、有机质土、塑性指数Ip＞25的黏土以及天然含水量大于70%或地下水PH值＜4.5的地基土均不适宜采用水泥搅拌桩处理。

利用水泥作为固化剂，通过搅拌机的搅拌翼片，在翼片直径范围内将地基中软土和水泥浆液固化剂强制拌合，水泥和软土产生一系列物理和化学反应，减少了软土中的含水率，增加了颗粒之间的粘结力和足够的水稳定性，使软土固结成具有一定强度和整体性的水泥土桩。

桩顶铺设夹土工格栅的碎石垫层（图1），一方面加速软弱土层排水固结，不产生毛细现象，另一方面减少地基不均匀沉降，从而提高地基承载力。

0.2m碎石垫层图1 水泥搅拌桩与夹土工格栅的碎石垫层示意图3 施工工艺3.1 室内配比试验采集各工点土样，当存在成层土时应采集各层土样，进行室内配比试验，测定各水泥土试块不同龄期、不同水泥掺入量、不同外加剂的抗压强度，选取最佳水灰比、水泥掺入量及外加剂品种、掺量。

室内水泥土试块在标养条件下，28天龄期的立方体抗压强度平均值不小于1.5MPa，90天龄期的立方体抗压强度平均值不小于1.8MPa。

选定水泥掺入比15%，水灰比0.53。

3.2 设备参数与安装调试水泥搅拌桩采用PH-5型，搅拌头翼片数4枚，宽度100mm，与搅拌轴垂直夹角60°，搅拌头的转速39转/ min，搅拌头直径500mm。

输浆泵压力控制在1.2～1.5 MPa。

设备布置与安装调试：制浆点离桩机的水平输送距离不超过50米，以保证注浆出口压力保持在0.4～0.6Mpa。

机具安装时应注意深层搅拌桩机的组装就位、水泥浆液制备系统安装、用压力胶管连接灰浆泵输出口与搅拌桩的压浆进口应准确、紧密、稳固、可靠。

机械设备试运转时，应注意以下相关事项：①电压保持在额定工作电压范围内，电机工作电流不得超过额定值；②调试搅拌桩机运转速度，使其达到规定的要求；③调试输送浆的管路和供水水路通畅；④各种监测仪表应能正确显示，监测的数据应准确可靠。

3.3 主要施工方法施工顺序从中间向外围进行，或由一边向另一边的方式施工，喷浆与搅拌次数采用“四搅两喷”法。

水泥搅拌桩施工工艺流程见图2。

图2 水泥搅拌桩施工工艺流程图①平整施工场地。

平整施工场地并碾压，保证CFG桩机顺利就位，并开挖合适的排水沟。

②测量放样。

根据设计的加固范围，及设计桩间距，布设水泥搅拌桩的点位并用竹片桩插设，用石灰圈点标识。

对已整平的地面要进行标高测量（特别是桩位处标高），并做好记录，以确定桩底相对于场平面的深度。

③钻机就位。

搅拌机定位对中，保持设备水平，钻机主轴垂直误差不大于1%。

④制备水泥浆。

按设计水灰比拌制水泥浆，水要清洁，酸碱适中；压浆前将水泥浆倒入集料斗中，开动搅拌机搅拌，并经过筛后放入灰浆池备用。

⑤搅拌钻进。

启动搅拌桩机，钻头正向旋转，实施钻进作业：为了防止堵塞钻头上的喷射口、钻进过程中适当喷浆，同时可减小负载扭矩，确保顺利钻进。

下沉的速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于40A。

钻进喷浆至设计桩长或层位后，原地喷浆0.5min，再反转匀速提升。

⑥喷浆搅拌提升。

搅拌头下沉到达设计深度后，严格按照设计确定的提升速度匀速提升搅拌机，边喷边搅拌直至设计标高。

⑦重复喷浆上、下搅拌。

搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，为使软土和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面，搅拌过程同时喷水泥浆。

⑧清洗机具。

加入适量清水，清洗管路中的残浆和搅拌头上的软土。

⑨钻具提升地面后，钻机移位对孔，按上述步骤进行下一根桩的施工。

4 质量控制及检测4.1 质量控制4.1.1制浆质量的控制按试验确定的水灰比（水和水泥按重量比严格控制）在制浆罐中进行拌制，备好的浆液还应不停地搅拌，使其均匀稳定，不得离析。

停置时间超过2h的浆液应降低标号使用；浆液倒入集料时应加筛过滤，以免浆内结块，损坏泵体。

4.1.2泵送浆液质量的控制泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。

泵送浆液过程中，泵送压力必须足够和稳定，泵送时间必须有专人记录。

供浆必须连续，拌和必须均匀。

如遇到浆液硬结堵管，必须立即拆卸输浆管道，清洗干净。

一旦因故停浆，为防止断桩和缺浆，应将搅拌头下沉到停浆点50cm以下，待恢复供浆后再喷浆搅拌；如停工40min以上，必须立即进行全面清洗，防止水泥在设备和管道中结块，影响施工。

4.1.3桩机机身的垂直度控制①调整机身两边的拉杆，使机身纵向竖直；②调整机身下边的四个带液压装置的支撑脚，使机身横向竖直；③纵横向都竖直后，钻杆上的悬锤线就会指向中心刻度并紧靠在中心度盘处。

4.1.4钻进和提升速度控制钻进和提升速度控制：喷浆搅拌提升速度为0.8m～1.0m/min，，并应使搅拌桩机提升速度与压浆速度同步，搅拌桩机下沉速度控制在1.6～2.0m/min。

以确保加固深度范围内的土体任何一点均能经过20次以上的搅拌。

桩体搅拌应均匀、连续、全桩长须复搅一次。

当钻进搅拌过程中发现地层某深度出现硬层时，可根据地质资料和桩机电流表读数判断，并进行相应的处理：①当此段硬层小于50cm时，若钻进相对比较容易，可稍稍放大回浆量，短时间内穿透此硬层。

若钻进比较困难，一方面要及时增大回浆量，另一方面要在搅拌机上增加配重，并在最下面的两个横向搅拌刀片上焊接锋利的破土刀片，然后启动加压装置加压，同时钻进过程中适当喷浆，使其能够迅速穿透此段硬土层。

一是防止此段过多浪费水泥浆，造成水泥浆冒出地面而流失，且使整根桩体的喷浆量严重不均匀；二是提高施工工作效率。

②当此段硬层大于50cm时，可将此土层作为持力层，无须继续钻进。

防止此段土层难于拌碎，水泥浆渗入困难，底部无法成桩，最终造成此处出现断桩或造成桩体整体不合格的情况。

4.1.5桩长的控制①钻杆标线控制法：施工之前应丈量钻杆长度，确保设计桩长,用红色油漆在导向架的正面用红油漆标出刻度，每0.5m标注一次刻度，施工中通过刻度确定进尺深度。

以便掌握钻杆钻入深度、复搅深度；②电脑监测记录法：施工前对桩深、喷浆量进行标定。

深度检验分辨率可达到0.1m，可全面反映成桩过程中桩深、喷浆量数据，并对水泥浆垂直分布均匀性进行监控、记录，为达到设计要求提供了有利保障。

同时可预置最大工作深度，在制桩过程中达到预置深度后提示操作人员，及时提杆。

4.1.6单桩水泥用量的控制控制好桩机的钻进速度、搅拌速度及提升速度，确保单桩施工完毕后，为该桩配制的水泥浆能全部用完，不允许出现搅拌头未到桩顶，浆液已用完的现象。

4.2 质量检测水泥搅拌桩桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度，在搅拌桩完工后28天，在每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内钻孔取芯，观测其完整性、均匀性，取不同深度的3个试样作无侧限抗压强度试验，抽取不少于总数0.2%的桩，且每检验批不少于3根。

设计无侧限抗压强度为10kPa。

水泥搅拌桩桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。

载荷试验必须在桩身强度满足试验载荷条件时，并宜在成桩28天后进行，检验数量为总桩数的0.2%，且每检验批不少于3根。

设计水泥搅拌桩复合地基承载力不小于150kPa；个别矮路堤工点设计水泥搅拌桩复合地基承载力不小于180kPa。

水泥搅拌桩桩位（纵横向）允许偏差50mm，桩身垂直度允许偏差1%，桩体有效直径不小于500mm。

检验数量按成桩总数的10%抽样检验，且每检验批不少于5根。

通过I2DK800+630～ID2K800+691水泥搅拌桩试验段检测结果显示，随着荷载的逐级增加，压板的沉降量逐渐递增，没有出现突变现象。

在各级荷载作用下，沉降均能达到稳定标准。

在最大试验荷载300kPa达到稳定标准时，压板的总沉降量在8.94ｍｍ～11.57ｍｍ之间，沉降量都不大，承压板周围土体未出现挤出和隆起现象。

根据试验的各p-s曲线，各点的单桩复合地基承载力均达到150kPa，均满足设计要求。

从钻取的芯样中可见：芯样颜色为灰色，水泥土基本连续，完整性较好（个别完整性一般），水泥分布较均匀（个别局部水泥分布均匀性一般），芯样多呈短柱状、块状，芯样整体质量较好。

检测的实际桩长与施工桩长基本相符。

芯样无侧限抗压强度在1.9～2.5MPa。

从现场开挖水泥搅拌桩剖面可见：水泥搅拌桩整体性较好，水泥分布较均匀，桩身直径、桩位符合设计要求。

5 结语水泥搅拌桩具有适用范围广、效率高的特点；在施工过程中，无噪音、无振动、不排污、不挤土以及施工机具简单、加固费用低廉等优点。

当软土和松软土埋深大于3m时，采用水泥搅拌桩复合地基加固处理措施应该是经济、科学的施工方案。

参考文献［1］TB10414-2003 铁路路基工程施工质量验收标准［S］.北京:中国铁道出版社，2009［2］TB10035-2006 铁路特殊路基设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2009［3］TZ202-2008客货共线铁路路基工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008［4］新建铁路兰州～重庆线路基工程设计专用图。