粉喷式水泥搅拌桩施工技术总结

于浩

摘要：本文主讲常德马家吉隔堤综合整治工程采用粉喷式水泥搅拌桩进行软基处理，通过施工工艺和成桩效果，对施工中工程难点要点提出相关处理措施。论文写作时间：2016年8月。写作期间职务：专业工程师。

关键词：水泥土搅拌桩；持力层；复搅；试桩；施工技术

1工程简介

1.1工程概况

本工程水泥土搅拌桩主要用于潘家湾、小堰塘、靳家湾、鲢鱼尾、新河口堤防基础及结构物中厂房、水闸和涵管基础等软弱地基进行复核地基处理。水泥土搅拌桩相关参数如下：

堤防基础处理：桩径为φ500mm，桩长8～13.5m，桩间距有1.2m，桩身采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺和量按70kg/m控制，堤防水泥土搅拌桩处理共21297根，总桩长约241082m；结构物地基处理：桩径为φ500mm，桩长为0.7～9.33m，施工前先进行基础开挖至水泥土搅拌桩施工标高后，再进行桩位放样施工，桩间距按0.6m、1.0m等分段布距，具体布置按每座泵房水闸等结构物基础处理图。桩身采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量按不少于70kg/m控制。结构物地基水泥搅拌桩处理共5285根，总桩长约39600m。

1.2工程地质

区域内地层属第四系全新统（Q1），各层土的特征分述如下：

马家吉隔堤堤身地质为：素填土，淤泥质粉质粘土及粉土，呈可塑～硬塑状，局部堤段夹粉细砂、松散，成分较复杂。

堤基础地质为：上部棕黄色粉质粘土和灰黑色粉质粘土，夹灰白色网纹带，含铁锰质，可塑～硬塑，厚3～8m；在堤基下广泛分布，下部为粉细砂，饱和，松散，厚1～3.5m，底部为砂砾石层，饱和，中密，厚度大于6m。

根据《马家吉隔堤工程地质勘察报告》显示，本工程7+790～9+100新开河段河床开挖部分多为素填土层、粉质粘土层和局部砂卵石层。

2施工工艺

2.1桩基组成及工作原理

2.1.1桩基组成

水泥粉喷桩的施工机械设备主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和动力设备（发电机组）等。严禁使用非定型产品或自行改装设备。进场设备必须配备性能良好的能显示钻杆钻进时电流变化的电流表，显示管道压力的压力表和计量水泥喷入量的电子秤或流量计。

2.1.2工作原理

水泥土搅拌桩也叫加固土桩，它是利用粉状水泥等材料作加固化剂，在钻孔过程中使用特制的深层搅拌机械将固化剂喷入软土地基的深层，经搅拌使原位土与固化剂均匀混合并发生一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体相互影响，共同作用承担上部荷载的水泥土搅拌桩复合地基。由于粉喷桩具有能有效减少总沉降量、能承受较大的加荷速率、侧向变形能力强、施工周期短、现场施工难度低等优点，在水利建设领域应用得较为广泛。在施工过程中需重视试桩、复搅等施工工序，控制好桩机钻机钻进提升的速度，喷粉量严格按照设计规范要求执行，使水泥与土可以充分搅拌均匀，在施工中水泥土搅拌桩桩尖必须伸入持力层50cm以上才能保证较好的地基承载力。

2.2施工准备

2.2.1施工准备

（1）施工平台填至处理面标高位置后，对地基处理位置进行施工放样，并按图纸中桩基布置图进行孔位放样。

（2）准备机械设备与材料，材料采用设计要求的42.5级普通硅酸盐水泥，水泥必须提供相应的质量检验报告单和合格证，喷粉施工机械必须配置经国家计量部门确认的具有能瞬时检测并记录粉量的粉体计量装置及搅拌深度自动记录仪。并布置好桩机及材料堆放场地位置。

2.2.2工艺性试桩

为确认本工程水泥土搅拌桩地基加固的可行性，根据现场实际情况，在有监理人员、业主代表在场的情况下进行工艺性试桩，并提出试桩报告，取得各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度与单位时间水泥掺入量等。现拟选择具有代表性的位置进行现场水泥土搅拌桩施工试验，试验桩施工情况。

（1）水泥掺入量配置：根据图纸设计求水泥掺入量为15%～18%，试验室技术人员进行现场施工配合比配置，现场配备。

（2）试验桩钻孔：根据图纸施工要求及桩位布置进行钻孔，试验桩采用螺旋式钻机进行钻孔，根据现场的地质情况，钻进速度按0.9m/min～1.7m/min的速度钻进至设计深度，喷粉量按现场配合比进行控制，并通过粉体计量仪器进行监控量测，钻孔空气压力控制在0.6Mpa左右，复搅提升速度按0.6m/min～1.2m/min的速度进行控制。按照上述工艺要求进行试验桩试验[1]。

（3）试验桩检测：试验桩完成7天后对试验桩进行取芯检查桩身的完整性、桩土搅拌均匀程度并进行单桩承载力试验，试验完成后通过资料数据分析，总结经验及相关施工参数，完善和改进施工工艺，形成试桩报告，为大面积施工提供可行性依据。

2.3施工方法

2.3.1水泥土搅拌桩施工工艺流程

图1水泥土搅拌桩施工工艺流程图

2.3.2具体施工工艺

（1）桩机就位：钻机走行到设计桩位，钻头下放到定位孔上方，调整钻杆垂直度。

（2）搅拌下沉：启动搅拌机电机，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉的速度可由电机的电流监测表控制。为了不至堵塞钻头上的喷射口，钻进过程中不喷固化料，只喷射压缩空气，即确保顺利钻进，又减小负载扭矩。随着钻进，使被加固的软土体在原位受到搅动。

（3）提升喷浆搅拌：当搅拌头到达设计桩底以上1.5m时，应即开启喷粉机提前进行喷粉作业，并边搅拌下沉边喷粉；按需要量向被搅动的疏松土体中喷射水泥粉，边提升边喷射边搅拌，尽量达到搅拌均匀，使软土与水泥粉充分混合，喷射量与控制阀的开放大小成正比，与钻头的提升速度成反比，搅拌头每旋转一周，其提升高度不得超过16mm。当钻头提升至高出桩顶30cm～50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，桩已形成，将钻头提出地面。

（4）重复上、下搅拌：提升至离地面50cm处，重复搅拌下沉至设计加固深度，边喷粉边搅拌提升直至预定的停灰面。搅拌过程如下图2：

（5）提管、移机：在喷粉过程中，当钻头提升到最后阶段时应注意控制，使钻头距地表面下50cm时喷粉机应停止喷粉。搅拌完成后，经现场技术员检查合格，将钻机移至下一个桩位重复施工，同时对桩头进行处理，达到设计要求。

3施工质量检测

（1）桩位允许偏差不大于5cm，成桩直径和桩长不得小于设计值，成桩垂直偏差不得超过桩长的1%。

（2）成桩3d内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。

（3）成桩7天后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停灰面下0.5m），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%。

（4）水泥土搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验，设计单桩承载力为不小于120kPa，复合地基承载力不小于230kPa。

（5）载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28d后进行，检验数量为桩总数的0.5%～1%，且每项单体工程不应少于3点[2]。

4施工建议

水泥土搅拌桩依照现场施工地质情况，有以下控制要点：

（1）桩长按进入持力层控制：工艺性试桩不能只按照图纸设计的要求进行钻孔，桩身必须伸入持力层以下50cm以上，在施工过程中，桩底设计标高与持力层并不一致，容易出现施工桩长按设计标高控制的现象，如桩底下几米仍处在软弱层，造成以后会出现较大的沉降量，故实际施工桩长按伸入持力层控制。判断是否伸入持力层可通过钻机钻到最深位置的下钻速度和压力表的读数来控制和判定，一般情况，下钻速度为0.5m/min，压力值达到1Mpa以上。

（2）复搅控制：施工采用四搅二喷施工工序，复搅是很关键的一道工序，水泥与土搅拌均匀程度是关系桩身强度的关键因素。钻头喷出的粉体往往呈脉冲状，若不充分搅拌，粉体在桩中呈现层状，形成一种“夹生”，这样的桩即使水泥掺入量再多也没有强度。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与土及水得到比较完全的接触，促使桩体的形成。为了确保搅拌的均匀性，施工时要严格掌握好钻机提升速度、搅拌叶旋转速度等，并应尽量采用全程复搅以保证质量。

5总结

对已完成的粉喷桩进行检测，成桩7d内，用轻型动力触探，检验数量为施工总桩数的1%，检查每米桩身的均匀性，检查结果全部合格。成桩28d后采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验，复核地基承载力，单桩承载力为不小于120kPa，复合地基承载力不小于230kPa，满足设计要求，达到成桩质量要求[3]。

参考文献：

[1]《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》（IB-10113-96）[S].北京：铁道部建设司标准科情所，1996.

[2]《水利水电建设工程验收规程》（SL223-2008）[S].北京：中国水利水电出版社，2008.

[3]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.