探讨在公路软基处理中水泥搅拌桩施工技术的应用

杨金华

【摘要】本文结合工程实例，对水泥搅拌桩施工技术在公路软基处理中的施工要点与质量控制方法进行了探讨，以供同类工程施工参考。

【关键词】水泥搅拌桩施工技术；公路工程；施工方法；质量控制要点

一、前言

水泥土搅拌技术是以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度桩体的地基处理方法。该施工方法可以普遍适用于处理软弱地基特殊性岩土，如正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。水泥土搅拌桩（湿法）加固软土技术具有独特优点，土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降。最大限度地利用了原土，搅拌时无侧向挤出，对环境无污染，施工速度快，经济效益好，与其它砂石换填、打桩等地基处理类型相比节约成本明显。在公路建设工程施工时，采用水泥搅拌桩处理路基软土基，有利于提高道路路基承载能力，消除或减小路基不均匀沉降，水泥搅拌桩的施工质量将直接影响到软土路基加固的效果。本文结合工程实例，对水泥搅拌桩施工技术在公路软基处理中的施工要点与质量控制方法进行了探讨，以供同类工程施工参考。

二、工程概况

某公路工程全长3.132km，宽50m。该道路路基软土层主要以淤泥质粉质粘土，灰黑色，很湿，软塑，局部流塑，含有机质，上部覆盖杂填土、淤泥、细砂、耕植土。该公路的大部分路基地基是软土层，按设计图纸要求采用水泥搅拌桩处理。搅拌桩基桩桩径为 50cm，水泥掺量 55～60㎏/m，呈正三角形布置，一般路段车行道范围桩间距 1.4m，桥台背后30m范围桩间距 1.1m。搅拌桩桩顶设置 30cm 厚的碎石垫层及一层双向土工格栅。该道路软土路基处理工程量：换填砂性土84813.9m3，换填石屑9630.7m3，换填开山石47881.4m3，水泥搅拌桩72748m。

三、水泥搅拌桩施工的主要技术手段

（一）施工准备

（1）清理场地。开始施工前，要根据设计图及施工技术规范清理场地，清除地表及以下各种障碍物（包括建筑垃圾、地下管线、电缆等），不得回填杂填土或生活垃圾。清理完成的场地要维持平整，做好报验单，由监理工程师验收及签字认可。

（2）布樁图的设计。桩位布置水泥土搅拌桩桩径设计为500mm，桩长分别为DK1702.909～DK1870.11段为6m；DK1870.11～DK1912.11段为7m；DK1912.11～DK1984.11段为8m，桩体要求深入硬土层中不少于50cm。设计桩间距120cm×120cm，正三角形布置，桩顶铺设30cm厚碎石垫层。

（3）测量放样工作。由设计方提供的水准点以及导线点，施工前应由监理工程师及甲方进行复核，经确认后投入使用。按照施工设计图，针对原地面以及孔口标高，搅拌桩桩位等开展测量放样。做好测量放样报验单，放样记录要经监理工程师及甲方的抽样检查，通过监理工程师及甲方签字确认。

（4）组织材料及搅拌桩施工设备进场，进场水泥必须具备出厂合格证，并经现场取样送试验室复检合格，材料存放场地及搅拌桩施工设备要充分满足施工需要，现场布局合理，并向监理工程师报验。

（5）检验水泥土强度。施工开始前要深入掌握所有施工现场的实际地质条件，合理选择土层位置，通过钻孔获取部分试样土开展含水量，水泥土配合比强度，软土物理性质及有机质含量试验，以判断软土性质以及设计水泥土强度有没有符合标准。试验结果要尽早按照书面报告形式提供给监理工程师及甲方进行核实，若和原地质钻探资料及设计不一致，要及时告知设计单位。

（6）试桩。搅拌桩开始施工前一定要分区段开展工艺试桩，为确保施工方案的经济可行，在地基处理施工前，先进行工艺试桩，以检验机具性能，确定施工操作技术参数及相关成桩经验，用以指导地基处理施工。关于成桩工艺试验桩数量，最少要 5 根，且必须待试桩成功后方进行水泥搅拌桩正式施工，该工程选取10根，成桩28d后，截掉成桩桩顶至桩顶预计设计标高，从设计桩顶开始，从上至下按直径d=110mm，高度h=100mm取芯三个试件。①水泥掺量为15%芯样的抗压强度达到设计强度的90%；②水泥掺量为18%芯样的抗压强度达到设计强度的110%；③水泥掺量为20%芯样的抗压强度达到设计强度的140%；④根据试桩钻孔取芯桩身的完整性、均匀性和强度，经综合比较，从桩头2m以下桩身选用水泥掺量为18%配合比为施工配合比；桩身上部2m范围选用水泥掺量为20%配合比为施工配合比。

（二）各工序施工要点

（1）水泥搅拌桩施工技术流程：施工准备→测量放线→桩机就位→预搅下沉→制备水泥浆→提升喷浆搅拌→重复上下搅拌→清洗→桩机移位

（2）水泥搅拌桩施工技术措施。本工程采用的机具为SP-5型深层单轴搅拌机，采用四喷四搅施工工艺。

SP-5型深层单轴搅拌机械技术参数

搅拌轴数量 搅拌叶片外径 搅拌轴转速 提升能力 提升高度 提长速度 最大加固深度 效率

1根 500mm 60r/min 50KN 19.5米 0.8m/min 20m 96m.台班-1

对应的设计要求：水泥搅拌桩桩径D=500mm，最大加固深度为17.7m。

1）测量放线。进行施工放样测量，定出水泥搅拌桩桩位，桩平面偏差不大于50mm，每次测量均要闭合，按规范严格控制闭合误差。

2）定位。深层搅拌机到达指定桩位、对中，当地面起伏不平时，采用搅拌机液压平衡装置使起吊设备保持水平。

3）预搅下沉。待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松搅拌机吊索，使搅拌机沿导向搅拌切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于70A，如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。

4）制备水泥浆。待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前水泥倒入集料斗中。水泥浆制备，根据设计单位提供的水灰比和水泥掺入比进行计算：a.每1m3水泥土加固体中应注入的浆液体积量（m3）；b.浆液的密度g/cm3。我们这工地的水灰比为0.5，水泥掺入比取21%，1m3水泥土中耗用的水泥量为18%×1570kg=282.6kg。当水和水泥的密度分别取1.0g/cm3和3.0g/cm3时，则1m3水泥土中应注入浆液量：V=0.2826×0.5+（0.2826/3.0）=0.2355m3，而浆液的密度ρ为：ρ=（0.157+0.2826）/0.2355=1.867g/cm3，计算每米搅拌桩需要用水泥量，计算如下：M=π*（0.5/2）2*1*1570*18%=55.5kg。

5）提升喷浆搅拌。深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，并且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度（≤0.8m/min）提升深层搅拌机。

6）重复上、下搅拌。深层搅拌机提升至设计深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，可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。尤其当搅拌桩桩顶接近设计标高时，应特别注意桩头的施工质量，桩顶2m范围内增加喷浆搅拌一次，以确保桩身达到20%的水泥掺量。

7）清洗。向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

8）移位。将搅拌机移至下一桩位，重复上述步骤。由于搅拌桩顶部与上部结构的基础接触受力较大，因此根据现场情况通常还可以对桩顶1.0-1.5m范围内再增加一次喷浆，以提高其强度。

（三）水泥搅拌桩施工注意事项

（1）深层搅拌机应基本垂直于地面，要注意平整度和导向垂直度。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垂直度，施工中应保持桩底盘的水平和导向架的竖直，桩机的垂直偏差不得超过1%。当地面土质松软、低洼环境下施工时，场地要铺填平整压实。

（2）应指派专人负责水泥搅拌桩桩的施工，全过程旁站水泥搅拌桩的施工过

程。所有施工机械均应编号，应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥

搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。

（3）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，喷浆设备是否正常，待水排尽后方可下钻。

（4）对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、喷浆攪拌提升时间以及复搅次数。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，

记录仪必须经国家计量部门确认的具有瞬时检测并记录喷浆量的计量装置及搅拌深度自动记录仪。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

（5）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。喷浆压力不小于0.4MPa。桩底原位搅拌不少于30S，实行磨桩底，桩端原位搅拌不少于2min，实行磨桩端。

（6）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。

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，在成桩过程中遇有故障而停止喷浆，停机超过3小时，需拆卸管道清洗，第二次喷浆时接桩时，其重叠长度不得小于1.0m，接桩间隔时间不大于24小时，否则应重打该桩。

（7）桩体搅拌应均匀、连续；机具下沉搅拌中遇有土阻力，应增加桩机自重，

然后起动加压装置加压，边搅边钻进。

（8）根据施工经验，桩顶0.5m范围施工质量一般较差，要求施工时场地平整标高比设计确定桩顶标高出0.5m，桩体施工时须施工到地面。待施工桩顶垫层时，再将上部0.5m桩身质量较差的桩段采用人工控除。

（9）施工顺序宜从中间向外围进行或由一边向另一边方式施工，施工完成

28天内不得有任何机械在上面行走，28天以后按《建筑地基处理技术规范》

要求进行单桩载荷及复合要基载荷试验检测，检测合格后方可进行上部路基

施工。

（10）施工时应定时检查机械的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的钻头应定

期复核检查，其直径磨耗量不得大于10mm，成桩过程应随机抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组试块，标准养护，测定其28天龄期立方体无侧限抗压强度。

（11）现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：1）施工桩号、

施工日期、天气情况；2）喷浆深度、停浆标高；3）灰浆泵压力、管道压力；4）

钻机转速；）5钻进速度、提升速度；6）浆液流量；7）每米喷浆量和外掺剂用

量；8）复搅深度。

（12）深层搅拌机的入土切削和提升搅拌，负荷载太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢升降速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起之后，才能重启电机。当输浆管有弯折、外压或漏浆情况时要及时检查、理顺管道，清除外压，发现漏浆点应进行补漏，严重时停机换管。当输浆管道过长，沿程压力损失增大时可使制浆池布置靠近桩位，以缩短送浆管道。当场地条件不具备时，可适当调增泵送压。

（四）水泥搅拌桩质量保证措施

（1）加强质量教育，提高全员质量意识，严格按照设计图纸与施工组织设计要求组织施工。开工前由项目经理向全体参加施工人员进行详细的技术交底，使施工人员熟悉本工程设计、质量标准和施工工艺要求。

（2）各班设专职技术人员，检查施工质量，严把每道工序质量关，强化工序管理、严格工序控制。

（3）深层搅拌桩使用的水泥品种、标号、水泥浆的水灰比，水泥加固土的掺入比和外加剂的品种掺量，必须符合设计要求。检查项目：检查出厂证明、合格证试验报告及施工记录。

（4）深层搅拌桩的深度、断面尺寸、桩身强度必须符合设计要求。①检验方法：成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性、量测成桩直径，检查量为总桩数的5%。②荷载试验：达到28天龄期后进行单桩复合地基竖向抗压静载荷试验，要求复合地基承载力达到100Kpa，检测数量位总桩数的0.5%-1%。③桩身取样强度检验：成桩28天后，采用双管单动取样器钻取芯样，鉴定持力层土性，评价搅拌均匀性，做水泥土无侧限抗压强度试验，要求其推算90天无侧限抗压强度达到1.0MPa。芯样直径不宜小于80mm，钻入持力层深度不应小于3倍桩径。检测数量为总桩数的0.5%。

（5）搅拌桩施工允许误差。

四、结语

水泥搅拌桩使软土硬结而提高地基强度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处理后可很快投入使用。這种方法适用于处理软土处理效果显著，在公路工程施工中确保工程质量的前提下能够降低施工成本、缩短了基础处理施工工期。在本工程应用中，我们严格按照设计方案组织施工，施工时加强全面质量管理，服从监理、设计、业主方的监督管理和指导，严格控制各个环节的施工质量，以确保桩身的施工质量合格，各段水泥搅拌桩处理路基软土层分项工程完工验收试验检测，各项技术指标均达到或超过了设计和有关技术规范要求，为路基上部结构的施工质量提供了保障。

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