探讨深层水泥搅拌桩施工质量控制

李德杰

摘要：结合云南某项目软土地基加固处理水泥搅拌桩的施工及试验情况，主要阐述浆体喷射水泥搅拌桩施工的工艺流程、过程控制内容及方法、异常情况防治措施、施工注意事项、试验检测情况，旨在为深层水泥搅拌桩的施工质量控制探索出有效途径。

关键词：水泥搅拌桩；施工质量；过程控制；计量记录；水泥掺量

1前言

软土地基加固处理的方法很多，常用的方法是换填垫层法、砂桩、碎石桩、旋喷桩、水泥搅拌桩。本文介绍的是水泥搅拌桩。它采用水泥土搅拌法，即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、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。水泥土搅拌法分为深层搅拌法（或称湿法）和粉体搅拌法（或称干法）两种。深层搅拌法使用水泥浆作为固化剂，而粉体搅拌法使用水泥粉作为固化剂。水泥搅拌桩施工质量的好坏将直接影响软土地基加固的效果，决定地基及上部结构物的稳定性。因此，水泥搅拌桩施工质量控制就显得尤为重要。

下面结合云南某工程项目DIK127+725～DIK127+860段地基水泥搅拌桩的施工及试验检测情况，浅谈水泥搅拌桩施工质量控制。

2工程概况

该项目DIK127+725～DIK127+860段原为一水塘，设计采用抛填片石处理，厚0.50m。施工泄水后发现地基软弱，随即进行补勘，揭示有软土。该地段中心最大填方高度约13m。经稳定及沉降检算均不满足设计要求，需对地基进行变更加固处理。加固情况为：DK127+725～DIK127+860，长度135m，基底采用φ50㎝水泥搅拌桩加固，总长度为66732m，总根数为5000根，桩间距1.20～1.30m，呈正三角形布置。其中，DIK127+725～DIK127+735为加固Ⅰ区，桩间距为1.30m；DIK127+735～DIK127+850为加固Ⅱ区，桩间距为1.20m；DIK127+850～DIK127+860为加固Ⅲ区，桩间距为1.30m；加固深度打穿软塑状黏土至持力层不小于0.50m；水泥掺灰量不得小于设计要求的15%最低掺灰量。

3选择施工机械设备

施工采用两台井架式深层搅拌机：型号SJB-2型，井架高17.50m，平台尺寸4.2m×4.5m。配套设备：瞬时自动计量装置及搅拌深度自动记录仪、搅拌机2台、灰浆挤压泵2台、φ30㎜输浆管长420m。两台深层搅拌机按分段、分区组织施工。

4确定施工工艺流程

水泥搅拌桩施工采用“二喷四搅”工艺。施工工艺流程如下：

施工准备→桩位放样→钻机就位→检验、调整搅拌机→边搅拌、边喷浆至设计加固深度→搅拌、提升直至桩顶→重复边搅拌、边喷浆至设计加固深度→重复搅拌、提升直至桩顶→成桩结束→施工下一根桩。

5施工质量控制

5.1施工准备

5.1.1场地平整

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）。由于该段地基场地位于水塘，故应对水塘水进行抽干，对塘底淤泥进行有效清除，针对低洼处应回填粘性土并压实，不得回填杂土。

5.1.2水泥库建设及备料

水泥库位置视现场情况而定，建设面积不宜太小，最大库存量应能满足施工需要，防止雨季由于水泥进场困难而导致停工的情况。

5.1.3检查水泥搅拌桩施工机械的配备情况

水泥搅拌桩施工机械必需配备经国家计量部门确认的具有瞬时检测并记录出喷浆量的计量装置及搅拌深度自动记录仪，还应配备打印设备，以便及时了解和控制有关施工参数。

5.1.4组织对水泥搅拌桩施工机械的验收

水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能。在使用之前，应由监理工程师和项目经理部对其组织验收，验收合格后方可使用。

5.1.5进行材料及配合比选定试验

水泥搅拌桩施工前30天，应进行以下试验：

⑴水泥试验：水泥搅拌桩应采用合格的袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。该工程选用剑川水泥厂生产的P.O32.5袋装水泥，经试验合格并过筛后投入使用。

⑵土工试验：在现场取原状土样进行土工压实密度试验，确定土的松散密度及干密度等参数。

⑶配合比设计试验：该工程经水泥掺量按15%、17%、19%进行三组试验后，确定水泥搅拌桩施工配合比为：水灰比W/C=0.50，每米水泥搅拌桩水泥用量50kg，水泥掺量17%。试桩28天抗压强度为1.46MPa，大于设计要求强度值1.25MPa，满足设计要求。报请监理工程师审批后，开始使用。

5.1.6制作施工平面布置图

按设计要求的布置形式及数量制作好水泥搅拌桩加固区的平面布置图，确定每根桩的位置及施工编号，以便于现场施工及内业资料编制。

5.1.7进行试桩工作

水泥搅拌桩施工前应选择有代表性的地段进行试桩，以确定主要的施工工艺参数。该段地基试桩位置定于DIK128+000左侧25米与DIK128+125左侧26米处，每处试桩3根。为保守意见，DIK128+000左侧25米处水泥掺量按18%，DIK128+125左侧26米处按20%进行试桩。试桩结束7天后，及时进行了单桩试验、单桩复合地基承载力试验，均超过设计要求。由此，报监理工程师确认后，确定了施工主要工艺参数：水灰比W/C=0.50，每米水泥搅拌桩水泥用量50kg，水泥掺量17%。

5.2施工现场质量控制

5.2.1水泥搅拌桩桩长、间距、垂直度的控制

⑴桩长控制：随时观察搅拌深度自动记录仪，使桩长符合设计要求。还可以通过检查深层搅拌机自动记录并打印的《搅拌桩监测表》，使每根桩的桩长得到有效控制。

⑵间距控制：根据设计要求，将搅拌桩位置用白粉定位，移动深层搅拌机到达指定桩位、对中，误差应小于5㎝。

⑶垂直度控制：为保证桩体垂直度满足设计及规范要求，采取以下办法：在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右的距离相等来进行控制，保证垂直度小于1.5%。

5.2.2水泥搅拌桩水灰比控制

水泥搅拌桩使用水灰比一般为0.45～0.50、水泥掺量设计要求不得小于15％。该段地基施工中，水灰比控制为0.50，水泥掺量为17%。为了控制桩体水灰比及水泥掺量达到设计要求，现场配备了水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部试验、质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

5.2.3水泥搅拌桩均匀性控制

⑴用灰浆泵拌和灰浆时要均匀；深层搅拌机械搅拌、喷浆速度要均匀。

⑵为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量均匀性，第一次边搅拌边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。

⑶土质较差时，为增加水泥搅拌桩的均匀程度，将钻杆上的横向刀片增加至6个，且在每个横向刀片上焊接1～2个竖向搅拌刀片，同时保证桩体的竖向搅拌效果，竖向搅拌刀片长度>5cm，宽度≥2cm。

5.2.4水泥搅拌桩喷浆量控制

水泥搅拌桩喷浆量控制储浆罐内的储浆量应不小于一根桩的用浆量加50L。若储浆量小于上述数量时，不得进行下一根桩的施工。施工中，随时检查具有瞬时检测并记录喷浆量的计量装置及水泥用量施工记录，使喷浆量符合设计要求；还可以通过检查深层搅拌机自动记录并打印的《搅拌桩监测表》，使每根桩的喷浆量得到有效控制。当施工中发现喷浆量不足时，应按监理工程师要求整桩复搅、复喷，复喷的喷浆量不得小于设计用量。

5.2.5水泥搅拌桩停浆处理方法

成桩过程中，如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。恢复供浆时应在断浆面上或下重复搭接0.5m喷浆施工。因故停机超过3小时，应拆卸管道清洗；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；超过12小时，应采取补桩措施。

5.3施工注意事项

⑴在搅拌机处设置密闭的施工棚，以防止水泥搬运和向搅拌机添加水泥过程被风吹得四处飞扬，污染大气和周边环境。

⑵施工工点应有符合环保要求的废浆隔离与回收设施。

⑶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。

⑷水泥搅拌桩施工机械必须经国家计量部门确认的具有瞬时检测并记录喷浆量（或出粉量）的计量装置及搅拌深度自动记录仪。

⑸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，以确保喷浆的连续性。严禁在尚未喷浆的情况下进行提升钻杆作业。

⑹集料斗要有一定的容积，保证浆液的连续，不会因浆液供应不足而断桩，也不会应浆液过多产生沉淀而引起浆液的浓度不足。

⑺搅拌灰浆时，先加水后加水泥，每次灰浆搅拌时间不得小于2min，应将水泥浆充分拌匀。

⑻水泥搅拌桩采用“二喷四搅”施工工艺。第一次搅拌时，为避免堵管应边搅拌钻进边喷浆，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次搅拌和提升时一律采用低档操作，复搅和提升时可提高一个档位。喷浆压力控制在0.40～0.80MPa。

⑼机具下沉搅拌中遇有土阻力较大，应增加搅拌机自重.然后启动加压装置加压。

⑽水泥搅拌桩浇筑后7天内不得开挖。禁止用机械挖掘，桩头挖掘时要小心整理。

⑾水泥搅拌桩成桩28天后，应钻芯取样进行无侧限抗压强度试验。取芯钻孔在取芯后应用水泥砂浆回填灌注。

⑿水泥搅拌桩的质量控制应贯穿施工的全过程，并应坚持全过程的施工监理。施工过程中必须现场按实际填写施工原始记录表。施工过程中应随时检查施工记录和计量记录，并对照施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、搅拌头转数、提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法。

⒀现场施工人员应及时认真填写施工原始记录，记录内容应包括：施工日期、施工桩号、桩机编号、天气情况；钻进时间、提升时间；喷浆深度、复搅深度；喷浆压力；实际桩长；累计喷浆量；停浆及处理情况等。深层水泥搅拌桩施工原始记录表（表1）和表（表2）填写完成后，应及时报监理工程师签认。

5.4施工中异常情况及防治措施

⑴搅拌体质量不均匀

原因分析：搅拌机械搅拌、提升速度不均匀；供浆不均匀或机械中途出现故障；

防治措施：施工前对机械设备进行仔细的检查维修，使处于正常状态；提高搅拌转数，降低钻进速度，边搅拌边提升；增加拌和次数，提高拌和均匀性；注浆不得忽多忽少，更不得中断。

⑵喷浆不正常

原因分析：注浆泵损坏；喷浆口被堵塞；管路中有硬结物及杂物，造成堵塞：水泥浆水灰比稠度不合适。

防治措施：保证注浆泵、机械设备施工前完好；选用合适的水灰比；注浆要连续，不得中断；在钻头喷浆口上方设置越浆板，解决喷浆堵塞问题。泵与输浆管路用完后要清洗干净，并在集浆池上部设细筛过滤，防止杂物及硬块进入各种管道，造成堵塞。

⑶抱钻、冒浆

原因分析：工艺选择不适当；加固土层或夹层中粘结力太强，搅拌过程中易产生抱钻现象；有些土层虽不是粘土，容易拌合均匀，但由于其上覆压力较大，持浆能力差，易出现冒浆。

防治措施：选择适合不同土层的不同工艺；搅拌机沉入前，桩位要注水，使搅拌头湿润；地表为软粘土时，可掺适量砂子以改变土中粘度，防止抱钻；在搅拌、输浆过程中，要随时记录孔口出现的各种现象（如硬层情况、注浆深度、冒水、冒浆情况及外出土量等），当出现冒浆现象时，应采用“输水搅拌—输浆拌合斗搅拌”工艺，减少冒浆量。

6.试验检测情况

6.1无侧限抗压强度试验

水泥搅拌桩成桩28天后，应钻芯取样进行无侧限抗压强度试验。按《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003）要求抽检数量为桩总根数的2%，且不小于3根。监理见证取样数量应为施工单位抽检数量的20%。该段地基水泥搅拌桩总根数为5000根，施工单位实际抽检数量为106根，监理见证取样为21根，全部合格。

6.2单桩载荷试验、单桩复合地基承载力试验

地基竣工验收时，应进行单桩载荷试验，载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在28天后进行。按《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003）要求检验数量为桩总根数的5‰，且不小于3根。设计要求单桩允许承载力Rk不小于80KN，复合地基允许承载力fspk不小于180kPa。

地基竣工验收前，施工单位委托某专业检测机构对水泥搅拌桩进行单桩载荷和单桩复合地基承载力试验。试验的目的是测定单桩竖向承载力及单桩复合地基承压板下应力主要影响范围内复合地基承载力和变形参数。试验采用慢速维持荷载法测定桩身荷载沉降关系。该段地基共抽取了35个试验点（25个单桩，10个单桩复合）进行试验。为更准确可靠提供试验值，试验按规范规定值增加了10%的荷载（分11级）加载。试验结论：单桩竖向承载力试验25个试验点承载力Rk均≥80KN，均满足设计要求。单桩复合地基承载力试验10个试验点，承载力fspk均≥180kPa，均满足设计要求。

图1单桩复合地基承载力试验图

7.结束语

该工程采用深层水泥搅拌桩进行地基加固处理，施工质量控制坚持全过程、全环节控制，最终经试验检测均满足设计要求。该项目取得了成功，为今后深层水泥搅拌桩的施工质量控制探索出有效途径。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院.铁路路基施工规范[D].中国铁道出版社，2002.

[2]中铁二局集团有限公司.铁路路基工程施工质量验收标准[D].中国铁道出版社，2004.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范[D].中国建筑工业出版社，2013.