浅谈水泥土搅拌法

摘要：水泥土搅拌法是我国在20世纪年代发展起来的地基处理新技术，它是通过特制的深层搅拌机械在地层深部就地将软土和水泥强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。

这种方法适用于软弱地基的处理，对于淤泥质土、粉质粘土及饱和性土等软土地基的处理效果显著，处理后可以很快投入使用，施工速度快；在施工中无噪音、无振动，对环境无污染；投资省。

关键词：水泥土搅拌法地基处理复合地基一、水泥土搅拌法简介水泥土搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法。

它是利用水泥等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量。

根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种。

前者是用浆液和地基土搅拌，后者是用粉体和地基土搅拌。

二、水泥土搅拌法的加固原理软土与水泥采用机械深层搅拌加固的基本原理是基于水泥土的物理化学反应过程。

当水泥浆或水泥粉与软粘土拌和后，水泥颗粒表面的矿物很快与粘土中的水发生水解和水化反应，在颗粒间生成各种水化物，这是决定水泥土强度的主要因素。

这些水化物有的继续硬化，形成水泥石骨料；有的则与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，通过离子交换和团粒化作用使较小的土颗粒形成较大的土团粒。

通过凝硬反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，从而使水泥土的强度提高。

水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种碳酸化反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。

三、水泥土搅拌法的适用范围及常用加固形式根据我国目前深层搅拌机械制造情况，大致可分为单搅拌轴和双搅拌轴两大类，因此制成的水泥土搅拌桩也有单柱型和双柱并联型两类。

按地基加固的不同要求，可以灵活地采用如下加固形式：1)柱状，每隔一定距离打设一根水泥土桩，形成柱状加固形式，适用于单层工业厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固，它可以充分发挥桩身强度与桩周侧阻力。

2)壁状，将相邻桩体部分重叠搭接成为壁状加固形式，适用于深基坑开挖时的边坡加固以及建筑物长高比大、刚度小、对不均匀沉降比较敏感的多层房屋条形基础下的地基加固。

3) 格栅状，它是纵横两个方向的相邻桩体搭接而形成的加固形式。

适用于上部结构单位面积荷载大和对不均匀沉降控制严格的建、构筑物的地基加固。

4) 块状加固，将纵横两个方向相邻的搅拌桩都搭接，形成大块整体的加固形式。

对于上部结构单位面积荷载大，不均匀沉降控制严格的结构物地基，当其软土地基厚度小于10m 时，可采用块状加固。

此外在软土地区开挖基坑时，为了防止坑底隆起和阻断地下水的渗透，也可采用块状加固。

由于水泥土搅拌桩的强度和刚度介于刚性桩和散粒桩之间，其承载能力和变形性状又与刚性桩相似。

因此在布置水泥土搅拌桩时，可仅在上部结构基础范围内布桩，不必象散粒桩那样在基础以外再设置保护桩。

四、影响水泥土强度的主要因素1) 龄期根据前面谈到的水泥土硬化机理不难看出，其强度随龄期的增长而增大，且强度增长规律不同于混凝土，龄期超过28d ，强度还有较大的增长，但增长幅度随龄期的增长有所减弱。

2) 水泥掺合比水泥掺合比a ω（%）是指水泥重量与被增强的软粘土重量之比，即%100(%)a ⨯=被拌和的软粘土重量掺加的水泥重量ω水泥土强度随水泥掺合量的增加而增大。

水泥掺合比小于5%时，固化反应很弱，水泥土比原状土强度增强甚微。

用于加固目的的水泥土最小水泥掺合比取（a ω）min=10，一般取a ω=10～20。

3) 土的含水量水泥土的水泥掺合比相同时,其强度随天然土样的含水量提高而降低。

天然土的含水量高，土和水泥形成的水泥土含水量也高，水泥土含水量高，水泥土的密度小，其强度也小。

4) 水泥强度等级水泥土的强度随掺入的水泥强度等级的提高而提高。

水泥标号直接影响水泥土的强度，水泥强度等级提高10级，水泥土强度fcu约增大20%～30%。

如果要求达到相同强度，水泥强度等级提高10级可降低水泥掺入比2%～3%。

5)土中有机质含量原状土中的有机质会阻碍水泥的水化反应，影响水泥土固化，降低水泥土强度。

有机质含量越高，其阻碍水泥水化作用越大，水泥土强度降低越多。

因此，当地基土中有机质含量较高时，应先做试验以确定是否适合采用水泥土搅拌法加固。

6)围压大小水泥土强度与作用于水泥土体上的围压有关。

水泥土体上的围压增加，水泥土强度提高。

水泥土体上围压对强度的影响随水泥掺合比的增加而减小。

7)外加剂在深层搅拌法中，为了改善水泥土的性能，常选用木质素黄酸钙、石膏、三乙醇胺等外加剂。

不同的外加剂对水泥土的影响不同，通过掺入合适的添加剂可以达到降低水泥掺量，提高水泥土强度的目的。

8)土体中的pH值土体中pH值的高低表征了土体酸碱性的强弱。

研究表明酸性环境会对水泥水化产物的生成及其稳定性产生不良影响，因此，土体pH值越低水泥土强度越低。

9)温度温度与水泥水化反应速度有密切关系。

在一定的温度范围内，其他条件相同的情况下，水泥土的强度会随温度升高而增加。

五、设计参数的选取1)桩侧土的摩阻力qsi和桩端土的阻力qp桩侧土的摩阻力和桩端土的阻力是搅拌桩单桩设计中的主要参数，通过搅拌桩工作机理的分析和现场不同类型桩的载荷试验实测资料表明，搅拌桩的桩侧摩阻力和桩端土的阻力与钻孔灌注桩的数值十分接近。

因此本工程设计中采用勘察报告提供的，该场地钻孔灌注桩桩周土摩擦力特征值和桩端土承载力特征值。

2)桩身水泥土抗压强度fcu由于影响水泥土强度的因素比较复杂，搅拌桩设计前必须进行室内配比实验选择合理的水泥品种、掺入比和适宜的外掺剂，以确定桩身水泥土抗压强度fcu。

3)桩间土承载力折减系数β桩间土承载力折减系数β是反映桩土共同作用的一个参数，它的取值与桩间土和桩端土的性质，搅拌桩的桩身强度和承载力，养护龄期等因素有关。

桩间土较好、桩端土较弱、桩身强度较低、养护龄期较短，则β值取高值；反之，则β值取低值。

由此可以看出β的取值与桩的绝对沉降值有关，桩的沉降越大，桩周软土承载力越能发挥，β取值也就越高。

因此对于桩端未达硬土的摩擦桩，一般取β=0.5～1；对于桩端为硬土的摩擦支承桩则取β=0.1～0.4；当不能考虑桩周软土作用时β=0，这种状况与刚性桩的单桩承载力计算方法相类似。

4)桩身强度折减系数η桩身强度折减系数η的取值与工程经验以及拟建工程的性质有关，目前在设计中一般干法可取0.20～0.30；湿法可取0.25～0.33。

5)桩端天然地基承载力折减系数αa)α的取值与施工时桩端施工质量及桩端土质等条件有关。

如果桩底施工质量不好，水泥土桩没能真正支承在硬土层上，桩端地基承载力不能充分发挥，这时取α=0.4。

反之，当桩底质量可靠时取α=0.6。

同时在相同施工质量条件下，桩端土承载力高时α应取较小值。

b)根据搅拌桩复合地基的工作机理，应在搅拌桩顶和桩间土的顶部设置一层厚度为0.3～0.5m砾砂、碎石等组成的散粒垫层，以利将由上部结构基础传递下来的荷载均匀地分配到搅拌桩顶部和桩间土的面层，减少桩土荷载分担比，充分发挥桩间土的作用，也可以减少桩对基础底面的应力集中，防止桩对基础可能产生的冲切破坏。

另外由于搅拌桩顶部强度较高，因此其顶面不易砍凿得十分平整，增添这样一层垫层也可改善基础和搅拌桩复合地基的接触条件，防止脱空现象。

六、水泥搅拌桩的施工工艺流程1)施工准备a)搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍（包括大块石、树根和生活垃圾等）。

场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。

b)水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。

2)施工工艺流程桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

3)施工控制a)水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。

b)为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。

c)每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。

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

同时现场应配备水泥浆比重测定仪。

e)水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。

第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。

第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。

每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa.f)为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。

g)在搅拌桩施工过程中采用"叶缘喷浆"的搅拌头。

这种搅拌头的喷浆口位于搅拌叶片的最外缘，当浆液离开叶片向桩体中心环状空间运移时，随着叶片的转动和切削，浆液能较均匀地散布在桩体中的土中。

长期使用证明，"叶缘喷浆"搅拌头能较好地解决喷浆中的搅拌不均问题。

h)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，不得中断喷浆。

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。

i)施工中发现喷浆量不足，应按要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。

如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。

在12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100cm，超过12小时应采取补桩措施。

j)现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：a施工桩号、施工日期、天气情况；b喷浆深度、停浆标高；c灰浆泵压力、管道压力；d钻机转速；f钻进速度、提升速度；g浆液流量；h每米喷浆量和外掺剂用量；i复搅深度。

参考文献：国家标准：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中国建筑工业出版社；行业标准：《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）中国建筑工业出版社；《地基处理手册》（第二版）中国建筑工业出版社，2000、8；龚晓南《复合地基理论及工程应用》中国建筑工业出版社，2002、11、1。