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摘 要：结合工程实例，介绍水泥搅拌桩施工中的试桩、施工准备、施工工艺、施工控制、桩基检测等控制环节。
关键词：水泥搅拌桩；软基处理；应用
Abstract: combined with the engineering example, introduces the construction of cement mixing pile in the pile, construction preparation, construction process, construction control, pile foundation detection control link.
Key words: Cement Mixing Pile in soft foundation treatment; application;
中图分类号：U469.6+5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1前言
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉质土。本文结合工程实例,介绍水泥搅拌桩在软土地基处理中的应用。
2工程概况
温州市龙湾区海滨围垦工程位于龙湾区瓯江口南侧的东海岸。工程区域东临大海，南接永兴北片围垦，西靠海滨接到腹地，北与温州浅滩工程隔江相望，水陆交通便利。围区南北长约4.5km，东西宽约2km，围涂面积9860亩。
该工程主要由北堤、主堤、南堤及三座水闸组成。水闸闸室、上、下游翼墙基础采用钻孔灌注桩处理，水闸与海堤连接处地基则采用水泥搅拌桩处理，水泥搅拌桩径Φ600，间距为2m，布置在闸堤连接两侧10～20m范围内。其中水闸两侧5m范围内单桩长20m；两侧5～10m范围内单桩长18m；两侧10～15m范围内单桩长15m；两侧15～20m范围内单桩长12m。
3工程地质
根据现场钻探揭露，本工程水闸基桩勘探区地层按土的工程地质特性可分为6个工程地质层及13个工程地质亚层。
表1基桩勘探区工程地质概况
4水泥搅拌桩的施工机械
水泥搅拌桩专用施工机械有多种型号，根据现场实际情况及要达到的预定功效，选用了GZB-600型水泥搅拌桩机械。机械配置见表2。
表2 机械配置
5水泥搅拌桩主要施工技术参数和确定
5.1 水泥搅拌桩设计参数
设计要求水泥搅拌桩在成桩28d龄期后无侧限抗压强度不小于1.6MPa，90d龄期后无侧限抗压强度不小于2.4MPa。水泥采用P.O42.5以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量不宜小于加固湿土重量15%，水泥浆水灰比可选用0.50-0.55，冬季施工时应注意负温对处理效果的影响。
5.2 水泥搅拌桩的配合比設计
施工前按照现场取土样进行室内配合比设计，以确定符合现场地质条件及桩体要求的水泥掺入量。在施工现场原地面以下2m处，取土样进行试验，确定无侧限抗压强度。
对三种掺入比（15%、17%、20%）制备土样进行试验，每组土样对两个龄期进行无侧限抗压强度试验，得到不同水泥掺入量的水泥土在不同龄期的强度（见表3）。
当水泥掺入量为17%时，28d无侧限抗压强度为2.11MPa，90d无侧限抗压强度为2.82MPa，所以当水泥掺入量为17%时，搅拌桩的无侧限抗压强度满足设计要求，因此该配比可以用于现场施工。
表3 水泥土取芯抗压强度
5.3 主要施工参数
经现场工艺试桩记录和提升速度与水泥搅拌桩的均匀性和功效进行比较，采用最佳提升速度0.8m/min。
水泥搅拌桩的注浆压力为0.4～0.6MPa。
6 水泥搅拌桩施工工艺及流程
6.1 水泥搅拌桩施工工艺流程
水泥搅拌桩施工工艺流程见图1。
图1水泥搅拌桩施工工艺框图
6.2 试桩
水泥搅拌桩在施工前要进行施工工艺性试桩，数量不少于5根，目的就是为了寻求最佳的施工工艺、最佳的搅拌次数，以能确定水泥浆的水灰比、泵送压力、泵送时间、下钻的最快速度、搅拌提升速度、复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
6.3 施工准备
（1）深层水泥搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处一切障碍（包括大块石、树根、生活垃圾等），场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。
（2）水泥搅拌桩应采用合格的P.O42.5普通硅酸盐水泥。使用前应将水泥样品送试验室进行检测。
（3）水泥搅拌桩施工机械必须具备良好、稳定的性能，所有钻机开钻之前应组织检查验收，合格后方可开钻。
6.4 水泥搅拌桩施工
6.4.1 测量放线
在整平后的场地上按设计要求标出搅拌桩位置(误差不得大于2 cm),并测量场地的高程,确定喷浆标高和停浆标高。
6.4.2 施工准备
钻机就位, 搅拌机的钻杆须垂直并对准桩位,检查深度计转轴中心是否位于刻度盘中心,确保搅拌桩深度计量准确，桩位误差不大于2cm。调平桩机机身,保证桩的垂直度(允许偏差1.5%),启动主电机钻进至设计深度(搅拌桩穿透淤泥层进入持力层约50 cm)。在前台就位钻进的同时,后方应按照试验室提供的水泥浆配合比制浆,制备好的水泥砂浆不得离析,泵送必须连续,注浆压力控制在0.4～0.6 MPa。水泥浆池宜设两个,一个用以控制配比,一个做泵送池。控制浆液的罐数、水泥及外掺剂的用量及泵送浆液的时间应由专人记录。在拌浆桶上用油漆标识水位线, 当注水到该水位线时,应加多少包水泥搅拌，以简单明了的方式给现场作业人员交底保证水泥搅拌桩浆液符合设计要求。
6.4.3 四搅四喷成桩的施工工艺
第一次钻进:在确认浆液从搅拌叶的出浆口喷出后,方可启动搅拌机,以60 r/min的转速和不大于0.8m/min的钻进速度,顺时针方向边钻边喷浆,直至设计桩长(在不变动档位的前提下,电流表电流突变后,再向下钻进50cm),再继续喷浆30s后,改逆时针方向搅拌喷浆提升至设计桩顶。
第二次钻进:以同样方式再次顺时针方向钻进注浆,直至复搅喷浆到设计桩长后,改逆时针方向搅拌喷浆提升到设计桩顶标高,再原地继续喷浆30s,停止喷浆。
经过上下两次循环钻进提升,完成了四搅四喷的成桩施工。
6.4.4桩机移位
复搅完成后,将钻头提出地面,停止主电机、填写施工记录并将桩机移至下一孔位。
7 质量控制
（1）应保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度，使搅拌桩的垂直度偏差不超过1.5％桩长，桩长偏差不大于5cm。
（2）固化剂浆液的配比，搅拌机提升速度，复搅深度，浆液输送速度都要按批准的施工参数执行，并有专人记录。搅拌机每米下沉和提升的时间，来浆和停浆的时间都应有详细的记录。记录误差：深度不大于5cm，时间不大于5s。如果施工中有意外情况发生，也应有记录。
（3）相邻桩施工间隔时间不超过24h。拌制好的浆液超过2h不准使用。停机超过3h，宜先拆卸输浆管，妥为清洗，以防堵管。
（4）基础底面的预留土层不小于50cm，预留层的土及桩必须由人工来挖除，以防断桩或对桩顶部的损坏。
（5）认真测量放样，防止漏桩。
（6）施工用的水泥，必须做试模，待检验强度达到设计要求后，方可投入使用。
（7）水泥攪拌桩成桩质量检测数不小于总桩数的1.0％。
8、水泥搅拌桩取芯检测试验
取芯检测是一种直观准确的水泥搅拌桩施工质量检测方法。该方法可根据芯样直接检验桩的连续性、均匀性、密实度、桩长等，也可以将芯样制作成试块进行抗压强度试验，检验桩体强度。
8.1 检验数量
对承受竖向荷载的水泥搅拌桩《验收规范》和《设计规范》都要求对桩体强度进行质量检验，但对检验数量没做明确规定。
温州市龙湾区海滨围垦工程水泥搅拌桩的检测数量，遵照该工程设计要求，每座水闸水泥搅拌桩的检测数量为4根。
8.2 检测过程要求
8.2.1钻芯法检测执行标准：
中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》 JGJ106-2003
中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》 JGJ79－2002
8.2.2 取芯设备
水泥搅拌桩强度不高（一般在0.5～1.5MPa）,采用北京探矿机械厂生产的XY-100型钻机就可满足要求，钻机额定最高转速570r/min，转速调节范围为3档，额定给进压力为15kN。钻孔位置确定在桩中心，保证钻孔有良好的垂直度，防止钻出桩体外。
钻芯法设备采用钻具，并配备相应的孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器、及可捞取松软渣样的钻具，每回次进尺控制在1.5m内。
8.2.3 桩身完整性判定
表4 桩身完整性判定
类别 特征
Ⅰ 混凝土芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状、断口吻合，芯样侧面仅见少量气孔
Ⅱ 混凝土芯样连续、完整、胶结较好、骨料分布基本均匀、呈柱状、断口基本吻合，芯样侧面局部见蜂窝麻面、沟槽
Ⅲ 大部分混凝土芯样胶结较好，无松散、夹泥或分层现象，但有下列情况之一：
芯样局部破碎且破碎长度不大于10cm；
芯样骨料分布不均匀；
芯样多呈短柱状或块状；
8.2.4 抗压试块截取位置和数量
8.2.4.1 截取数量
水泥搅拌桩长在20m以内时，每孔截取三组芯样，一组三块，取三块平均值为该组代表值。同一受检桩同一深度部位有两组或两组以上芯样试件抗压强度代表值时，取其平均值为该桩该深度处芯样试件抗压强度代表值。受检桩中不同深度位置的芯样试件抗压强度代表值中的最小值为该桩芯样试件抗压强度代表值。
8.2.4.2 截取位置
上部试件位置距桩顶设计标高不宜大于一倍桩径或1m，下部试件位置距桩底设计标高不宜大于一倍桩径或1m。对于水泥搅拌桩，最大轴向应力集中在桩顶3～4m范围内，而在此深度范围内，由于缺少上覆土层压力，搅拌质量易受影响，故中间一组试件应在3～4m范围内截取。
钻取的芯样由上而下按回次顺序摆放，并对芯样全貌进行拍照。
8.2.5 抗压试件制作要求
由于水泥搅拌桩桩身强度远小于混凝土强度，芯样端面与轴线的不垂直度、两方向直径差，芯样端面的不平整度等参数在芯样强度较低时，甚至无法测量，切实可行的办法是将芯样不带水切割成高径接近1：1的试件，端面修平，即可试压。
8.2.6 压力试验机
芯样试验强度小于2.0MPa时，无法在普通压力试验机上试压，可选用承载比试验机，通过压力环位移测算压力值。芯样试验强度大于2.0MPa时，可选用小型压力试验机试压，加荷速度可参照低等级砂浆试块。
9 结论
软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被堤身等构筑物所覆盖，不好检查和补救而成为隐患。因此，严格施工过程的管理和控制十分重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。
参考文献：
[1] 建筑地基基础工程质量验收规范，GB50202-2002[S].
[2] 张伯平，党进谦.土力学与地基基础[M].西安：西安地图出版社，2001.
[3] 建筑地基处理技术规范，JGJ79-2002[S].
[4] 普通混凝土力学性能试验方法标准，GB/T50081-2002[S].
[5] 罗骐先.桩基工程检测技术手册[M].北京：人民交通出版社,2004.
[6] 建筑地基基础设计规范，GB/T50007-2002 [S].
[7] 建筑基坑支护技术规程，JGJ120-99）[S].
[8] 建筑基桩检测技术规范，JGJ106-2003 [S].
关键词：水泥搅拌桩；软基处理；应用
Abstract: combined with the engineering example, introduces the construction of cement mixing pile in the pile, construction preparation, construction process, construction control, pile foundation detection control link.
Key words: Cement Mixing Pile in soft foundation treatment; application;
中图分类号：U469.6+5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1前言
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉质土。本文结合工程实例,介绍水泥搅拌桩在软土地基处理中的应用。
2工程概况
温州市龙湾区海滨围垦工程位于龙湾区瓯江口南侧的东海岸。工程区域东临大海，南接永兴北片围垦，西靠海滨接到腹地，北与温州浅滩工程隔江相望，水陆交通便利。围区南北长约4.5km，东西宽约2km，围涂面积9860亩。
该工程主要由北堤、主堤、南堤及三座水闸组成。水闸闸室、上、下游翼墙基础采用钻孔灌注桩处理，水闸与海堤连接处地基则采用水泥搅拌桩处理，水泥搅拌桩径Φ600，间距为2m，布置在闸堤连接两侧10～20m范围内。其中水闸两侧5m范围内单桩长20m；两侧5～10m范围内单桩长18m；两侧10～15m范围内单桩长15m；两侧15～20m范围内单桩长12m。
3工程地质
根据现场钻探揭露，本工程水闸基桩勘探区地层按土的工程地质特性可分为6个工程地质层及13个工程地质亚层。
表1基桩勘探区工程地质概况
4水泥搅拌桩的施工机械
水泥搅拌桩专用施工机械有多种型号，根据现场实际情况及要达到的预定功效，选用了GZB-600型水泥搅拌桩机械。机械配置见表2。
表2 机械配置
5水泥搅拌桩主要施工技术参数和确定
5.1 水泥搅拌桩设计参数
设计要求水泥搅拌桩在成桩28d龄期后无侧限抗压强度不小于1.6MPa，90d龄期后无侧限抗压强度不小于2.4MPa。水泥采用P.O42.5以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量不宜小于加固湿土重量15%，水泥浆水灰比可选用0.50-0.55，冬季施工时应注意负温对处理效果的影响。
5.2 水泥搅拌桩的配合比設计
施工前按照现场取土样进行室内配合比设计，以确定符合现场地质条件及桩体要求的水泥掺入量。在施工现场原地面以下2m处，取土样进行试验，确定无侧限抗压强度。
对三种掺入比（15%、17%、20%）制备土样进行试验，每组土样对两个龄期进行无侧限抗压强度试验，得到不同水泥掺入量的水泥土在不同龄期的强度（见表3）。
当水泥掺入量为17%时，28d无侧限抗压强度为2.11MPa，90d无侧限抗压强度为2.82MPa，所以当水泥掺入量为17%时，搅拌桩的无侧限抗压强度满足设计要求，因此该配比可以用于现场施工。
表3 水泥土取芯抗压强度
5.3 主要施工参数
经现场工艺试桩记录和提升速度与水泥搅拌桩的均匀性和功效进行比较，采用最佳提升速度0.8m/min。
水泥搅拌桩的注浆压力为0.4～0.6MPa。
6 水泥搅拌桩施工工艺及流程
6.1 水泥搅拌桩施工工艺流程
水泥搅拌桩施工工艺流程见图1。
图1水泥搅拌桩施工工艺框图
6.2 试桩
水泥搅拌桩在施工前要进行施工工艺性试桩，数量不少于5根，目的就是为了寻求最佳的施工工艺、最佳的搅拌次数，以能确定水泥浆的水灰比、泵送压力、泵送时间、下钻的最快速度、搅拌提升速度、复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
6.3 施工准备
（1）深层水泥搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处一切障碍（包括大块石、树根、生活垃圾等），场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。
（2）水泥搅拌桩应采用合格的P.O42.5普通硅酸盐水泥。使用前应将水泥样品送试验室进行检测。
（3）水泥搅拌桩施工机械必须具备良好、稳定的性能，所有钻机开钻之前应组织检查验收，合格后方可开钻。
6.4 水泥搅拌桩施工
6.4.1 测量放线
在整平后的场地上按设计要求标出搅拌桩位置(误差不得大于2 cm),并测量场地的高程,确定喷浆标高和停浆标高。
6.4.2 施工准备
钻机就位, 搅拌机的钻杆须垂直并对准桩位,检查深度计转轴中心是否位于刻度盘中心,确保搅拌桩深度计量准确，桩位误差不大于2cm。调平桩机机身,保证桩的垂直度(允许偏差1.5%),启动主电机钻进至设计深度(搅拌桩穿透淤泥层进入持力层约50 cm)。在前台就位钻进的同时,后方应按照试验室提供的水泥浆配合比制浆,制备好的水泥砂浆不得离析,泵送必须连续,注浆压力控制在0.4～0.6 MPa。水泥浆池宜设两个,一个用以控制配比,一个做泵送池。控制浆液的罐数、水泥及外掺剂的用量及泵送浆液的时间应由专人记录。在拌浆桶上用油漆标识水位线, 当注水到该水位线时,应加多少包水泥搅拌，以简单明了的方式给现场作业人员交底保证水泥搅拌桩浆液符合设计要求。
6.4.3 四搅四喷成桩的施工工艺
第一次钻进:在确认浆液从搅拌叶的出浆口喷出后,方可启动搅拌机,以60 r/min的转速和不大于0.8m/min的钻进速度,顺时针方向边钻边喷浆,直至设计桩长(在不变动档位的前提下,电流表电流突变后,再向下钻进50cm),再继续喷浆30s后,改逆时针方向搅拌喷浆提升至设计桩顶。
第二次钻进:以同样方式再次顺时针方向钻进注浆,直至复搅喷浆到设计桩长后,改逆时针方向搅拌喷浆提升到设计桩顶标高,再原地继续喷浆30s,停止喷浆。
经过上下两次循环钻进提升,完成了四搅四喷的成桩施工。
6.4.4桩机移位
复搅完成后,将钻头提出地面,停止主电机、填写施工记录并将桩机移至下一孔位。
7 质量控制
（1）应保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度，使搅拌桩的垂直度偏差不超过1.5％桩长，桩长偏差不大于5cm。
（2）固化剂浆液的配比，搅拌机提升速度，复搅深度，浆液输送速度都要按批准的施工参数执行，并有专人记录。搅拌机每米下沉和提升的时间，来浆和停浆的时间都应有详细的记录。记录误差：深度不大于5cm，时间不大于5s。如果施工中有意外情况发生，也应有记录。
（3）相邻桩施工间隔时间不超过24h。拌制好的浆液超过2h不准使用。停机超过3h，宜先拆卸输浆管，妥为清洗，以防堵管。
（4）基础底面的预留土层不小于50cm，预留层的土及桩必须由人工来挖除，以防断桩或对桩顶部的损坏。
（5）认真测量放样，防止漏桩。
（6）施工用的水泥，必须做试模，待检验强度达到设计要求后，方可投入使用。
（7）水泥攪拌桩成桩质量检测数不小于总桩数的1.0％。
8、水泥搅拌桩取芯检测试验
取芯检测是一种直观准确的水泥搅拌桩施工质量检测方法。该方法可根据芯样直接检验桩的连续性、均匀性、密实度、桩长等，也可以将芯样制作成试块进行抗压强度试验，检验桩体强度。
8.1 检验数量
对承受竖向荷载的水泥搅拌桩《验收规范》和《设计规范》都要求对桩体强度进行质量检验，但对检验数量没做明确规定。
温州市龙湾区海滨围垦工程水泥搅拌桩的检测数量，遵照该工程设计要求，每座水闸水泥搅拌桩的检测数量为4根。
8.2 检测过程要求
8.2.1钻芯法检测执行标准：
中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》 JGJ106-2003
中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》 JGJ79－2002
8.2.2 取芯设备
水泥搅拌桩强度不高（一般在0.5～1.5MPa）,采用北京探矿机械厂生产的XY-100型钻机就可满足要求，钻机额定最高转速570r/min，转速调节范围为3档，额定给进压力为15kN。钻孔位置确定在桩中心，保证钻孔有良好的垂直度，防止钻出桩体外。
钻芯法设备采用钻具，并配备相应的孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器、及可捞取松软渣样的钻具，每回次进尺控制在1.5m内。
8.2.3 桩身完整性判定
表4 桩身完整性判定
类别 特征
Ⅰ 混凝土芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状、断口吻合，芯样侧面仅见少量气孔
Ⅱ 混凝土芯样连续、完整、胶结较好、骨料分布基本均匀、呈柱状、断口基本吻合，芯样侧面局部见蜂窝麻面、沟槽
Ⅲ 大部分混凝土芯样胶结较好，无松散、夹泥或分层现象，但有下列情况之一：
芯样局部破碎且破碎长度不大于10cm；
芯样骨料分布不均匀；
芯样多呈短柱状或块状；
8.2.4 抗压试块截取位置和数量
8.2.4.1 截取数量
水泥搅拌桩长在20m以内时，每孔截取三组芯样，一组三块，取三块平均值为该组代表值。同一受检桩同一深度部位有两组或两组以上芯样试件抗压强度代表值时，取其平均值为该桩该深度处芯样试件抗压强度代表值。受检桩中不同深度位置的芯样试件抗压强度代表值中的最小值为该桩芯样试件抗压强度代表值。
8.2.4.2 截取位置
上部试件位置距桩顶设计标高不宜大于一倍桩径或1m，下部试件位置距桩底设计标高不宜大于一倍桩径或1m。对于水泥搅拌桩，最大轴向应力集中在桩顶3～4m范围内，而在此深度范围内，由于缺少上覆土层压力，搅拌质量易受影响，故中间一组试件应在3～4m范围内截取。
钻取的芯样由上而下按回次顺序摆放，并对芯样全貌进行拍照。
8.2.5 抗压试件制作要求
由于水泥搅拌桩桩身强度远小于混凝土强度，芯样端面与轴线的不垂直度、两方向直径差，芯样端面的不平整度等参数在芯样强度较低时，甚至无法测量，切实可行的办法是将芯样不带水切割成高径接近1：1的试件，端面修平，即可试压。
8.2.6 压力试验机
芯样试验强度小于2.0MPa时，无法在普通压力试验机上试压，可选用承载比试验机，通过压力环位移测算压力值。芯样试验强度大于2.0MPa时，可选用小型压力试验机试压，加荷速度可参照低等级砂浆试块。
9 结论
软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被堤身等构筑物所覆盖，不好检查和补救而成为隐患。因此，严格施工过程的管理和控制十分重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。
参考文献：
[1] 建筑地基基础工程质量验收规范，GB50202-2002[S].
[2] 张伯平，党进谦.土力学与地基基础[M].西安：西安地图出版社，2001.
[3] 建筑地基处理技术规范，JGJ79-2002[S].
[4] 普通混凝土力学性能试验方法标准，GB/T50081-2002[S].
[5] 罗骐先.桩基工程检测技术手册[M].北京：人民交通出版社,2004.
[6] 建筑地基基础设计规范，GB/T50007-2002 [S].
[7] 建筑基坑支护技术规程，JGJ120-99）[S].
[8] 建筑基桩检测技术规范，JGJ106-2003 [S].