深层搅拌桩在建筑地基处理中的应用

秦嘉毅

摘要：本文结合工程实际，对深层搅拌桩在建筑地基处理中的应用谈一些看法。

关键词:深层搅拌桩地基处理应用

Abstract: combined with the engineering practice, the deep mixing pile in construction of foundation treatment some views on the application.

Keywords: deep mixing pile foundation processing applications

中图分类号： TU47文献标识码：A文章编号：

深层搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式。本文结合工程实际，对深层搅拌桩在建筑地基处理中的应用谈一些看法。

一、工程概况

广西某住宅小区包括住宅楼、绿化带、停车场。其所在场地的原始地貌为海积阶地，下卧层-5米至-7米间有较厚的软弱淤泥层，其含水量高达95%，空隙比平均为1.8，饱和度为99%。该淤泥层在填土和路面荷载的作用下会有较大的沉降变形。原始地面标高在-0.5～0.5m之间，但大部分地段已用素填土或杂填土堆填起来。由于没有对淤泥作加固处理而直接堆填，淤泥被挤推成包严重，局部淤泥面积厚达2m，现状场地标高为3m左右。住宅小区修建前对下部的淤泥层进行了加固处理。工程设计基础处理采用水泥土搅拌桩，桩径为500mm，有效桩长均为10m，水灰比0.5，采用42.5R级普通硅酸盐水泥作为固化剂，水泥掺入量为加固土质量的17%，且不小于60kg/m。成桩后经检测复合地基承载力达到150kPa。

二、深层搅拌桩技术简介

深层搅拌桩是采用深层搅拌机械，在地基深处利用水泥或石灰作为固化剂（浆液或粉末状），与软土强制搅拌混合，硬化后形成具有整体性，水稳定性和一定强度的优质地基。用水泥作为固化剂加固软土时，由于水化和水解反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁铝酸钙等化合物，在水中和空气中逐渐硬化，钙离子和土中交换性钠离子发生交换作用，使粘土颗粒集合成较大团粒；水泥水化物中的游离氢氧化钙吸收水和空气中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸钙等项效应，形成具有一定强度和稳定性水泥加固土。

1、深层搅拌技术特点:

（1）施工工艺简单，机械化程度高，处理效果显著。

（2）与其他桩基相比，人员设备简单，耗用材料单一，施工速度快，且处理后很快投入使用，综合造价低。

（3）施工现场无噪音，无振动，对环境无污染，成为城市建筑地基处理的首选方案。

（4）施工质量易于保证，处理效果易于检测，如出现不合格桩，补救措施简单易行。目前常用的深层搅拌桩桩径多数为500mm，加固深度从数米到数十米不等。可用于增加软土地基承载力，减少沉降量和提高边坡的稳定性。常用于建(构)筑物地基、大面积的码头、河道边坡加固及地下防渗墙等工程，处理后的复合地基承载力可达200kPa，甚至更高。

2、加固原理

软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应。主要表现为:

（1）水泥的水解水化反应，形成凝胶体和水泥杆菌结晶体。

（2）粘土颗粒与水泥水化物的作用。当水泥的各种水化物生成后，有的自身硬化，形成水泥骨架，有的则与周围具一定活性的粘土颗粒发生离子交换、团粒化作用、硬凝反应等，生成新的化合物，从而提高水泥土的强度。

（3）水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水及空气中的二氧化碳，形成不溶于水的碳酸钙，也使土的强度增加。

三、施工技术要点

深层搅拌桩是用深层搅拌机械为工具，以水泥为固化剂，在地基土中进行原位的强制粉碎拌和并固化之后，所形成的不同形状的水泥土桩体。本工程深层搅拌桩施工技术要点如下：

1、施工流程

本工程深层搅拌桩施工流程：施工准备→钻机定位→预搅钻→终孔停钻→喷浆提升→二次搅拌→喷浆提升→钻头提升至地面→移机至下一个桩位。

2、施工要点

（1）施工准备。

①场地应先整平，清除桩位处地上、地下一切障碍物（包括大块石、树根和生活垃圾等），场地低洼处用粘性土料回填夯实，不得用杂填土回填。

②由现场技术员根据设计图纸和测量控制点放出桩位，桩位平面偏差不大于5cm。

（2）桩机定位。利用自行移动深层搅拌机到达指定桩位对中，为保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于50mm，导向架和搅拌轴应与地面垂直，垂直度的偏离不应超过1%。

（3）浆液配制。水泥采用不低于42.5普通硅酸盐水泥，浆液的配制要严格控制水灰比，一般为0.5—0.6为宜，水泥要抽检，加入的水应有定量容器，使用砂浆搅拌机搅拌时，每次搅拌时间不宜少于3min。

（4）喷浆成桩，开动灰浆泵，证实浆液从喷嘴喷出时启动桩机向下旋转钻进喷浆成桩并连续喷入水泥浆液，钻头搅拌速度一般为0.6～1.2m/min之间，转速60r/min左右，喷浆压力控制在1.0—1.4Mpa，喷浆量控制30L/min，钻进喷浆到设计桩长或层位后，原地喷浆30s，再反转匀速提升。

（5）提升搅拌，搅拌头自桩底反转匀速搅拌提升，直到地面，搅拌头如被软土包裹时，应及时清除。

（6）重复钻进搅拌及提升搅拌成桩，按上述步骤钻进及提升搅拌成桩，其喷浆量根据设计要求，如已达到设计要求，只需复搅不再送浆，成桩完毕后，开动浆泵清洗管路中残存的水泥浆。

（7）关闭搅拌机、移位。关闭搅拌机，移动搅拌机至下一个桩位。

3、施工质量控制要点

（1）配合比的确定。通过对淤泥质土中有机质含量和含水量的测定，初步确定水泥种类与配合比，通过室内试验确定外加剂含量，在通过现场原位搅拌取样试验结果，来调整配合比。在原位钻孔桩周围进行工艺性试桩，测定其强度。

（2）施钻前应进行放线、准备定出各孔位中心，打木桩作出标记，并在木桩上刷上红漆以醒目，便于施工中寻找。在制桩过程中，都必须准确测量钻进深度，确保桩顶及桩底标高符合设计要求。

（3）搅拌工艺。为了能充分将水泥浆与土体搅拌均匀，每根水泥桩在成桩过程中进行二次钻进。第一次钻进，在确认浆液从搅拌叶的出浆口喷出后，启动钻机沿顺时针方向边钻边注浆，直至设计桩长，再继续喷浆5分钟后停泵，改逆时针方向搅拌提升至设计桩顶，第一次搅拌结束。第二次钻进，以同样方式再次顺时针方向钻进注浆，停止注浆的位置以水泥用量达到每根桩设计用量为止，但不能影响搅拌机的继续钻入，直至设计桩长后，改逆时针方向搅拌提升到搅拌头露出地面。两次循环钻进成桩，经过上下两次循环钻进提升，使水泥浆在桩孔内搅拌4次，使之与土体充分搅拌。

（4）确定持力层必须准确，桩体一般最多以进入持力层50cm为宜，不宜过深，否则将会产生三个方面的危害：①由于底部压力过大，水泥浆无法渗入，底部无法成桩，最终导致桩长不足；②由于底部一般多为粘土或亚粘土，土质过硬，带浆下钻困难或无法下钻，土体无法拌碎。当不带浆下钻时，土体由于无法拌碎多会导致糊钻的情况，土体与钻头形成一个圆柱体形状，造成积压桩内土体，发生掉桩头或桩内水泥浆外溢的情况。③水泥搅拌桩施工一般多为下钻喷浆，如果进入持力层过深，为防止下钻堵管只能一直喷浆，但由于底部下钻速度其慢无比，导致底部水泥浆用量严重过多，造成水泥浆顺着钻杆溢出地面，且直接缩短了桩体的施工时间。

（5）桩体顶端一般常因喷浆量不足，搅拌不匀等原因造成质量缺陷，因此桩体的喷射长度应比设计桩顶标高高出50cm。待桩体达一定强度（一般可取25d-35d）后，再将多余桩体截掉。此时应注意采用合适的截断方式。避免保留桩体遭到破坏。

（6）必须做好水泥浆喷入量的计量保证，按设计规定的掺入比自孔中喷浆，不允许降低喷入量。

（7）钻杆必须保持竖直，以保证桩体的垂直度。每一孔在开钻前，均须检查钻头是否对准桩位中心，不得偏位。

（8）制桩过程中必须时刻注意施工情况，避免发生供浆不足，浆量不够，断喷、喷嘴堵塞等不良现象，发现问题应及时处理。

（9）每根桩的桩体制作就一气呵成，不得在喷浆过程中间歇中断。应根据桩长和固化掺入比计算出一根桩的喷浆量，并搅入浆池内，完成一根桩后，再装入另一根桩的用灰。

（10）当施工过程中发现地层某深度出现硬层时，可根据地质情况进行相应的处理：①当此段硬层小于50cm时，若下钻相对比较容易，可稍稍放大回浆量，短时间内穿透此硬层。若下钻比较困难，不得任其缓慢钻进，一方面要及时增大回浆量，另一方面要在动力头上加大配重，并在最下面的两个横向搅拌刀片上焊接锋利的破土刀片，使其能够迅速穿透此段硬土层。效用分析：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，防止窝工；三是避免当遇到硬土层时浪费时间过多，造成整根桩的实际施工时间缩短，将严重危害桩体的施工质量。②当此段硬层大于50cm时，可将此土层作为持力层，无须继续深入。防止此段土层难于拌碎，水泥浆深入困难，最终造成此处出现断桩或造成桩体整体不合格的情况。

4、深层搅拌桩复合地基质量检验

为了检验深层搅拌桩复合地基的施工质量，经研究决定：用抽芯检验桩身质量及桩长；用荷载试验检测单桩和复合地基的强度及其变形规律；用静力触探检测桩间土的加固效果。用三种方法综合评价复合地基加固效果和施工质量。经检验，住宅小区深层搅拌桩复合地基质量普遍较好，达到设计要求。

5、深层搅拌桩复合地基的沉降观测

由于深层搅拌桩复合地基加固软土地基的效果会受 加固路段所处地质条件、 施工质量等因素的影响而出现较大差异。为了进一步验证深层搅拌桩复合地基的加固效果，研究其加固机理和沉降规律，定期对深层搅拌桩处理区进行沉降观测从沉降观测结果来看，深层搅拌桩复合地基的沉降大大低于塑料排水板处理区域的沉降，且沉降大多发生在加载最初的半个月内，且沉降不明显。

四、结束语

由此可见，采用水泥深层搅拌桩处理的软土地基是成功的，它能有效控制竣工后的沉降，解决软土地基承载力不足的问题。

参考文献：

1、尹丽君，深层水泥搅拌桩在铁路软土地基加固中的应用，《海峡科学》2010年第10期