单轴双向水泥搅拌桩施工工艺改良

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

1 工程概况

嘉闵高架路北延伸段工程南北走向5标段位于嘉定区，南起跃华江，北至曹安路。主要为主线高架桥、G2立交桥、跨线桥及地面道路。

本标段道路工程包括地面道路联络通道及G2高速拼宽段。其中G2高速拼宽段的G2公路方向的工程范围长约1.85 km。G2高速路基拼宽段填筑高度约3 m，设计允许沉降值为15 cm，采用水泥搅拌桩加固方案。

水泥搅拌桩采用湿喷法，单轴双向搅拌，总桩数19 535 根，Φ700 mm，正三角形布置，桩间距2 m，处理深度18～20 m，采用强度等级P.O 32.5水泥，设计水泥掺入量100 kg/m。原设计水灰比0.6，水泥土室内试验28 d无侧限抗压强度为R28，大于等于1.0 MPa。

2 水泥搅拌桩施工特点及难点

水泥搅拌桩加固由于水泥用量少，水泥水化反应完全是在土的围绕下产生的，凝结速度比在混凝土缓慢，无侧限抗压强度增长慢，需28 d龄期方可达到设计强度，其施工周期长，对工期影响较大。其次，水泥搅拌桩大面积施工过程中，浆液水灰比难以控制，单桩水泥用量难以保证，施工质量控制难度大。

3 单轴双向水泥搅拌桩施工技术

3.1 水灰比的确定

水灰比是水和水泥按质量计算的比率，一般规范要求的水灰比在0.45～0.60之间。使用P.O 32.5水泥施工时，按设计或工艺试验确定的水灰比在拌浆桶中进行标准拌制。

本工程为加快水泥搅拌桩强度增长，缩短搅拌桩养护时间，对其配合比进行优化，原则是以不改变每延米水泥用量为前提，与设计商议将水灰比0.6改为0.4，通过降低水的用量来加快水泥凝结硬化，缩短水泥搅拌桩龄期。

3.2 浆液拌和试验

先在拌浆桶中加入500 kg水泥和200 kg清水，并用强制拌和机进行拌和，拌和完成后，发现浆液非常稠，甚至出现了一定比例的水泥结块漂浮在浆液表面，其主要原因是浆液中清水用量减少，大大增加了拌和的难度，拌和情况非常不理想，这种浆液是无法作为原料压入基底的。

项目部对拌和情况进行分析，考虑从两个角度改善水泥浆拌和效果，第一，优化配合比，加入LEX-9型高效减水剂，从水泥浆材料自身提高其流动性。第二，提高拌和机电机转速，原叶片旋转速度为60 r/min，改良后叶片转速为80 r/min，改善了水泥浆拌和效果。

3.3 浆液预压试验

针对拌和试验后采取的2 项优化措施，拌和后的水泥浆流动性明显提高，拌和达到预期效果，故开始对浆液进行预压，本次预压在地面上操作，根据水泥浆射出距离确定压浆效果。试验发现0.4水灰比的浆液虽然已经达到了高流态，但是由于其相对密度较大，传统的0.2 MPa的压浆机虽能将浆液压出，但是水头较小，压出的水泥浆量非常小，且不连续。

根据这一情况，项目部对压浆设备进行跟换，将原先0.2 MPa压浆机改为自制最大压力值2 MPa压浆机，现场实际操作压力值控制在1.46 MPa，压浆量与提升速度相匹配，并根据压浆机的压力值跟换相应的压浆管及接头，确保管道接头位置的抗压及密封性能。

4 关键施工技术[1-4]

4.1 单轴双向水泥搅拌桩施工技术（二搅一喷一停）

深层搅拌桩的施工工序为：深层搅拌机定位→预拌下沉→制配水泥浆→喷浆搅拌、提升→重复搅拌下沉→重复搅拌提升直至孔口→关闭搅拌机、清洗→移至下一根桩、重复以上工序。

施工时，先将深层搅拌机用钢丝绳挂在起重机上，用输浆胶管将储料罐砂浆泵与深层搅拌机接通，开动电动机，搅拌机叶片相向而转，借设备自重，沉至要求加固深度，再均匀速度提起搅拌机，与此同时开动砂浆泵将砂浆从深层搅拌桩中心管不断压入土中，由搅拌叶片将水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地面，即完成一次搅拌过程。

4.2 搅拌桩每延米水泥用量控制

为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均配备电脑记录仪，同时现场应配备水泥浆密度测定仪。严格按设计桩位、桩长、桩数、喷浆量以及实验确定的参数施工。搅拌桩的完整性、均匀性、连续性、无侧限抗压强度应满足设计要求。

为避免每根桩的水泥用量准确无误，施工现场配置1个拌浆桶和1 个储浆桶，拌浆桶尺寸Φ1 050 mm，高0.75 m，容积为0.65 m3；储浆桶尺寸Φ2 000 mm，高1 m，容积为3.1 m3，并根据不同桩长标识刻度线。先在拌浆桶内进行水泥、水及外加剂的拌和，拌和均匀后灌入储浆桶内，储浆桶内积满1 根桩的浆液后，以20 m桩长的搅拌桩为例，储浆桶高度为0.465 m，一次性将浆液注入基底。

4.3 水泥搅拌桩搅拌速度

一般情况下，水泥搅拌桩的下钻速度控制在0.38～0.75 m/min的速率，主要靠设备自身质量，实际采用0.6 m/min的速率。提升的时候，伴随着搅拌、喷浆的过程，一般为0.3～0.5 m/min，考虑到水灰比降低后，对压浆效果造成不利影响，实际采用0.35 m/min，适当放慢压浆时的提升速度。

为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，提钻喷浆时应参照仪表上面的电流表读数判断是否已进入持力层，桩底必须进入持力层0.5 m，然后在桩底部停留30 s，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体。

4.4 水泥搅拌桩桩顶质量保证措施

水泥搅拌法在施工到顶端0.3～0.5 m范围，因上覆压力较小，搅拌质量较差。因此，施工的桩顶标高应比设计确定的基底标高高出约0.5 m。待开挖基时，再将上部桩身质量较差的0.5 m桩段凿去。

5 实施效果

通过对单轴双向水泥搅拌桩施工工艺的改良，保证每延米水泥掺量100 kg不变的情况下，调整水灰比至0.4，大大提高了水泥搅拌桩的早期强度，10 d龄期达到了1.48 MPa，相比原设计要求的28 d龄期缩短了18 d，为本工程后期G2高速公路拼宽段争得了大量宝贵时间。同时采用3.1 m3储浆桶确保1 根桩对应1 罐浆液的施工措施，有效地控制了单桩水泥浆用量，使水泥搅拌桩检测结果达到了100%合格。另外，本方法共计节约工程造价32.23 万元。

6 结语

水泥搅拌桩是一种有效处理软基的办法，对公路建成后降低工后不均匀沉降、路的侧向位移和桥头跳车等都有很显著和效果。作为隐蔽工程，一旦被路堤等构筑物所覆盖，易构成隐患，且不好检查及补救。故对水泥搅拌桩施工工艺的研究，优化水泥浆配合比、改良水泥搅拌桩的施工机械，从而达到了较好的实施效果。