水泥搅拌桩处理软土路基技术（2007年第3期总第103期）
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■ 刘 皓 琨（河北省廊坊市工程管理处，廊坊 065000）
摘 要 水泥搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式，在高速公路的建设过程中被广泛应用。本文结合工程实际，介绍了水泥搅拌桩的施工过程和控制要点。
关键词　水泥搅拌桩 软基处理　施工控制
水泥搅拌桩是通过特制的搅拌机沿深度将水泥等固化剂与地基土强制就地搅拌形成水泥土桩,使软土硬结而提高地基强度用以加固软弱地基的方法。这种方法适用于处理软土地基、台背回填等部位，具有处理效果显著，处理后可很快投入使用等优点。但如何有效地控制水泥搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果就成为我们在工程实际施工中需要探索和研究的关键问题。
河北省保定至沧州高速公路C2合同段，在路基设计中对经计算不满足工后沉降或路基稳定要求的段落，采用了水泥搅拌桩进行处理。具体的加固方案为：水泥搅拌桩加固桥头时，大中桥路基高度8m以时处治长度40m，路基高度8m以下时处长度30m，小型构造物两侧处理长度20m，水泥搅拌桩设计桩径为50cm，桩长为6~10m不等。设计参数及指标：水泥掺入量≥12%；桩径D=50cm；28d取芯强度：R28≥1.5MPa；单桩承载力≥300kN；复合地基承载力≥160kPa。
1 水泥搅拌桩的施工
1.1 施工准备
水泥搅拌桩施工场地应事先整平，清除桩位区地上、地下一切杂物，场地低洼时应抽水清淤，并分层回填粘性土填料，予以适当压实，不得回填杂土。水泥搅拌桩施工必须提前检查机械工作状况，以保证机械具备良好及稳定的性能。
1.2 工艺性试桩
水泥搅拌桩施工是通过搅拌机械的搅拌钻头将水泥浆和软土强制拌和而成桩。一般来说搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥桩的整体强度也越高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效随之降低。试桩的目的就是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥用量、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
我合同段的试桩数量为5根，水泥采用河北省鹿泉产曲寨牌P.032.5号普通硅酸盐水泥,分别按12%、13%、14%、15%、16%的掺量进行试桩。在试桩完成后28d将试桩挖出（露出桩头），取芯以进行桩体强度检测；以及单桩承载力检测；复合地基承载力检测，总结施工工艺和控制要素，以指导水泥搅拌桩的施工。
根据工艺性试桩的施工及试桩检测报告，本着既能满足设计要求又不浪费的原则，我合同段确定水泥搅拌桩施工采用四次搅拌二次喷浆的施工工艺；水泥搅拌桩施工配合比：水灰比0.48；水泥掺量14%。
1.3 水泥搅拌桩施工工艺流程
桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→边喷浆反循环搅拌提钻→提至预定的工作面→重复搅拌下钻至设计深度→喷浆并反循环搅拌提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。
1.4 施工控制
（1） 在水泥搅拌桩开工前，施工现场应储备足量的水泥，同时在施工过程中应根据实际施工进度随时检查水泥的储备量，及时补充，保证施工的连续性。
（2） 水泥搅拌桩开钻之前，首先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。
（3） 为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在搅拌机平台机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。
（4） 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,且应配备打印设备。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备随时检测水泥浆水灰比是否满足设计要求。
（5） 第一次下钻和提钻时一律采用低档，以便保证桩体的垂直度及保护钻头，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于40min，喷浆压力不小于0.4MPa。
（6） 为保证水泥搅拌桩桩底、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s，搅拌头继续旋转且连续喷浆，余浆在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30s。
（7） 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。储浆罐内的储浆量应不小于一根桩的用量另加50kg。
（8） 施工中发现喷浆量不足，应进行整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12h内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12h应采取补桩措施。
（9） 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。
2 质量检验
2.1 水泥搅拌桩实测项目
水泥搅拌桩质量检测包括如下几项：
（1） 桩距（mm）,检查频率为抽查2%；
（2） 桩径（mm）,检查频率为抽查2%；
（3） 桩长（m）,检查方法为查施工记录；
（4） 竖直度（%），检查方法为查施工记录；
（5） 单桩喷浆量，检查方法为查施工记录；
（6） 强度（MPa），检查频率为抽查5%；
（7） 钻芯（70mm），检查频率为抽查3‰；
（8） 单桩承载力试验，检查频率每施工单元不少于3根或3‰。
2.2 外观鉴定
（1） 桩体圆匀，无缩颈和回陷现象；
（2） 搅拌均匀，桩体无松散；
（3） 群桩桩顶平齐，间距均匀。
2.3 水泥搅拌土强度
水泥搅拌桩成桩28d后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。钻芯取样采用双管单动取样器进行，每根样桩取3处芯样即距桩顶桩底各1m处和桩体中部每处取2个试件3个试件为一组做28d龄期无侧限抗压强度试验钻孔取芯频率为0.3%。每根桩取出的芯样由工程师现场指定相对均匀部位，送实验室做（3个一组）28d龄期的无侧限抗压强度试验，以测定桩身强度。对搅拌桩取芯后留下的空间采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
如果某段水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10%小于20%时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。
我合同段水泥搅拌桩在施工完成后经中国地质科学院工程勘察院水泥土搅拌桩单桩、复合地基承载力检测和钻芯（包括芯样无侧限抗压强度试验）桩身结构完整性检测，均能满足设计要求，起到了较好地加固软土路基的作用。水泥搅拌桩处理软土路基施工在高速公路施工中已被广泛应用，但水泥搅拌桩属于隐蔽工程，所以必须严格按预定的方案做好每一个环节的质量控制工作，否则一旦不合格桩体被路基或结构物所覆盖便造成质量隐患很难予以补救。
（2007年第3期 总第103期）
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水泥搅拌桩在公路软土路基中的运用
跫；塑．璺且
山皮土在基层试验路中的应用
(张家El市城乡建设规划设计院，河北张家1：3
瞌要]针对农村公路的设计和施工，按照就地取材的原则，结合张家口市当地所有的筑路材料进行实验，探讨山皮土用于农村公路路基
的可行}耋。总结出山皮土在基层中的应用特点和施．工方法。茸；键词】衣}乖公路；山皮土；基层
试验路设在张家口西北部山区一条村级公路，全长1．6km，按山区四级路的标准进行设计，路基宽5．0m，路面宽3．5m。该地区附近山头风化严重，产生了大量的自然山皮土。山皮土试验段基层宽为4．0m，
压实厚为15cm。
1配合比换算
考虑到农村建设工程机械落后的特点，试验路采用沿路拌和的方
法进行施工，试验室配合比设计采用质量比。但在实际施工操作过程中将山皮土及消石灰换算成体积比，便于控制。对于精确的水泥用量仍按
重量进行控制。试验室检测山皮土的松方干容重为1．4329／cm3，消石灰的松方干容重为0．6139／cm30经计算，试验路各种材料用量如表1
表1实验路各种材料用量晦延粕
———蹄实验室配台比山皮土用置(一)石灰用置(术昆用置(k0
水泥：石灰：山皮±|面磺王虿■而广————=2：8：I∞10
阿万——————■——————了一)730
r一．22水泥稳定山皮土施工
整平和轻压—下承层准备——施工放榉——备料、摊铺素土——洒水闷料一
压质量检查——养生。
-E水泥并摊铺——干拌——洒水拌和——整形——碾
22压实度捡测
在碾压过程中根据碾压遍数及时进行压实度检测，不同的碾压遍
数对应的压实度结果如表2所示：
表2碾压遍数与压实度对应关系
在碾压过程中，当碾压2遍时，稳定土表面平整密实：当碾压到4遍时，稳定土表面出现起皮、粘轮现象；当碾压到6遍时，严重起
皮，停止碾压。
分析得知：山皮土塑性指数较低，稳定土粘结力差，初期强度低。
在碾压过程中，前进的压路机给稳定土表面一个剪切力，随深度的增加而迅速递减。当稳定土初步成型，表面下1—2cm厚的基层抵抗剪切力的能力小于压路机前进产生的剪切力时，导致表面层次剪切破坏，出现
严重起皮现象。
施工现场取样，在实验室采用EDTA法进行灰剂量试验，水泥含
量为4．1％，说明配比计算中各种材料用量适中。
24无侧限抗压强度
现场取样，制成试件，养生6d，水中浸泡24h后，测试无侧限抗压强度数据如表3所示：
表3现场取样7d无唰限抗压强度仲奇
试件醚坏时∞最大压力f时J)
7d无侧限抗压强宦的统计数据平均值Rc=2．7Mpa，标准差S=o．
306Mpa，偏差系数Cv=l13％。
试件养生28d后，抗压强度达到5．1Mpa。另外，后期强度增长较快。
108丽碎丽3水泥、石灰综)
合稳定山皮土施工
3．1施工流程
整平和轻压—准备下承层——施工放样——备料、摊铺素士——洒水闷料一
E石灰码放摊铺——干拌——洒水拌和—一E水泥拌和——整形——碾压——质量检查——养生。
32压实度检测
不同的碾压遍数对应的压实度结果如表4：
袁4碾压遍致对应的压实度
该种配比无粘轮现象，基本上无起皮出现，碾压到第4遍时部分
路段有起皮现象。
33无侧限抗压强度
现场取样，制成试件，养生6d，水中浸泡24h后，无侧限流压强度数据如表5所示：
表5二芡稳定山皮土]珊自取样7d无侧限抗嚼酿杼0
试忤谤环盯的最六压力(Ⅲ)
'70o86
无倒距抗庄强廑(I√吼)
0960．9&／06508S
7d无侧限抗压强度统计数据平均值Rc=0．786Mpa，标准差S=Q108Mpa，偏差系数Cv=I38％。偏差系数较大，说明施工质量偏差较大，经研究发觋拌和不均匀带来了施工质量的不统一，该配合比如大范围推广，还需改进施工工艺，以保证配料准确。
试件养生28d后，抗压强度达到22Mpa，另外，后期强度增长较慢。
4两种配比方案的优缺点分析
水泥稳定山皮土的优点：工艺简单，施工容易控制，配比掌握准
确，前期及后期强度较高；缺点：在碾压i立程中容易出现起皮、粘轮现
象，影响表面质量的美观
石灰、水泥综合稳定山皮土的缺点：施工工艺较复杂，水泥用量
仅为2％，配比不容易掌握其用量，前期、后期强度均偏低；但该种配
比在碾压时，起皮、粘轮现象较轻。
综合分析，考虑到基层的主要承重功能，建议采用水泥稳定山皮土。如用石灰、水泥综合稳定山皮土，则需提高水泥的含量，或者采取措施提高强度等级。
5山皮土基层施工注意事项
1)为保证配料准确，根据计算每延米土的用量，必须用卡尺码条
备土；水泥袋码放J立J『Ⅲ嘈I，水泥备完后，用刮板将水泥均匀摊开，并注意使每袋水泥的摊铺面积相等。水泥摊铺完整后，表面不留空白位置，
也没有大量集中的鼓包，特别是码条处，应与其他处厚度—样。
2)路拌法施工，必须严密组织，采用流水作业，尽可能的缩短从
加水拌和到碾压终了的延迟时间，此时间不应超过3h一4h，并应短干水泥的终凝时间。农村公路施工水平较低，在选择水泥品种时，应选择
终凝时间较长的水泥。
3)摊铺土应在摊铺水泥的前一天进行。摊铺长度按日进度的需要
控制，满足次日完成掺加水泥、拌和、碾压成型即可。雨季施工，如第二天有雨，不宜提前摊铺土。
4)应严格控制基层厚度，严禁用薄层找补的办法进行找平，其路拱横坡需与面层一致。
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&&&&&&&&&&&&水泥土搅拌法干法施工要求
水泥土搅拌法干法施工要求
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&&& 粉体喷射搅拌法是利用压缩空气向软土输送和喷射干粉(生石灰粉、水泥干粉等)，利用干粉与土拌和发生化学反应，改善土质，提高地基的强度，它属于化学加固方法。加固后，可增加路基的稳定，减少路基的沉降。这种技术使得施工能在解决了干粉连续输送、压缩空气与干粉在土中分离以及土中空气排除等技术问题后得以进行。压缩空气将粉体加固料以雾状喷入地基深部，凭借钻头叶片的旋转，使粉体加固料与原位软土搅拌并得到充分混合，形成桩体或墙体，与路基下软土形成复合路基，从而使软土硬结。&&& 水泥干粉与软土被搅拌后形成水泥加固土。它与混凝土的硬化机理有所不同。水泥加固土，水泥掺量很小(仅是被加固土的7％-15％)，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定的活性介质——软土内进行，硬化速度缓慢且作用复杂。水泥颗粒表面的矿物质能与软土中的水发生水解和水化反应，生成多种化合物，有的自身继续硬化，有的则与其周围具有一定活性的黏土颗粒发生反应。这些新生的化合物在水中和空气中趣均匀，则水泥土的结构强度的离散性越小，总体强度越高。&&& 粉体喷射搅拌法适合于加固各种成因的饱和软黏土，目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土、杂填土等含水量较高的黏性土。广泛应用于公路路基、机场、铁路、水坝、港口和工业与民用建筑工程中。以干粉作为加固料，不需向地基注入附加水分，反而能充分吸收周围软土中水分，因而初期强度高。可以事先合理选择加固料及配合比，针对不同的地质情况灵活设计桩径、桩长及桩距，可大大减少地基沉降量。&&& (1)材料要求&&& 粉体喷射搅拌法通常采用水泥、生石灰粉、粉煤灰等作为加固料，其质量规格应满足以下要求：&&& ①生石灰&&& 生石灰应是磨细的，最大粒径应小于2mm。石灰中应无杂质，氧化钙、氧化镁含量不小于85％，其中氧化钙含量不应低于80％。&&& ②水泥&&& 水泥采用普通水泥或矿渣水泥，应是国家免检产品，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。&&& ③粉煤灰&&& 粉煤灰化学成分中要求SiO2和A12O3，的含量应大于70％，烧失量应小于10％。也可采用石膏粉作为添加剂，有利于强度的提高。&&& 施工实际使用的固化剂和添加剂必须通过室内试验检验，符合设计要求后方能使用。&&& (2)机械设备&&& 粉体喷射搅拌法的施工机械主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机和搅拌钻头等。&&& ①钻机：是粉体喷射搅拌法施工的主要机械。为便于运输，钻机及桅杆架可安装在载体(如汽车)上，也可用汽车单独运至工地后，移置于地面上进行操作，它必须满足：动力大、扭矩大，适合大直径钻头成柱。钻头直径一般为500mm；具有正向钻进、反转提升的功能；提升力大，并能实现匀速提升。&&& ②粉体发送器：是定时设置发送粉体材料的设备，它是粉体喷射搅拌法加固软土地基施工机械中的关键设备。&&& 由空气压缩机输送来的压缩空气，通过节流阀调节风量的大小，进入“气水分离器”，使压缩空气中的气水分离。然后，“干风’’到达粉体发送器喉管，与“转鼓”定量输出的粉体材料混合，成为气粉混合体，进入钻机的“旋转龙头”，通过空心钻杆喷入地下。&&& 粉体的定量输出，由控制转鼓的转速来实现。施工前必须按照加固工程的地质条件，通过室内试验，找出最佳粉体掺入量(例如石灰粉的最佳掺入量，采用相当于干土量的4％-5％)。根据施工时钻机的提升速度、钻机的转速、搅拌钻头的类型，选用合理的粉体发送量。&&& ③空气压缩机：粉体喷射法的粉体喷出，是以空气压缩机作为风源。空气压缩机的选型，主要受加固工程的地质条件和加固深度所控制。&&& 粉体喷射搅拌法与旋喷法(CCP工法)不同。粉体喷射搅拌法是以机械强制搅拌，气粉混合体只需克服喷灰口处土及地下水的阻力而喷入土中，通过搅拌叶片的机械搅拌作用，使灰、土混合，形成加固柱体；旋喷法则是依靠高压脉冲泵所喷射的高压水来破坏土层。因此，粉体喷射搅拌法所用空气压缩机的压力不需要很高。此外，空气压缩机的风量也不宜太大。&&& ④搅拌钻头：粉体喷射搅拌法凭借搅拌钻头叶片的搅拌作用使灰粉与软土混合，因此搅拌钻头的形状直接影响灰土的搅拌效果。钻头的形式应保证于反向旋转提升时，对柱中土体有压密作用，而不是使灰、土向地面翻升而降低桩体质量。&&& ⑤计量装置：是用于监测粉喷桩施工中粉体输入量的连续性及均匀性的装置，及时掌握钻机在粉喷过程中喷入软土层的水泥数量，它能逐段按层分析粉体的输入量，通过安装在粉体发送机上的调孔装置，使输入量能满足设计要求，并能自动记录打印。&&& (3)施工现场准备&&& 施工机械设备进场前，必须做好下列施工场地准备工作：①施工机械进出场的道路条件。对道路及桥梁的要求，一般应满足lot卡车及汽车吊机的行走要求。②电力供应。一台粉喷桩施工机械其用电功率为50kW，在没有电源的地区，应配备75kW柴油发电机组。③查明障碍物。地下有无大块石、树根、地下管线等，空中有无高压线。障碍物均应事先消除。④料库及工具间。施工场地的料库及工具间应便利加固料的运输及工作方便，并有防火、防盗设施。⑤施工场地。地面土质较差、承载力较低时，应铺设山皮土或碎石垫层，以满足施工机械场地的行走要求。&&& (4)施工工艺&&& ①场地清理。工作场地表层硬壳很薄时，需先铺砾石、干燥土垫层，厚50cm左右，以便机械在场区内顺利移动和施钻。不宜铺垫碎石材料，以免给施钻造成困难。如果场地填有石质材料或植有树木，需将石质材料、树木及其根部挖除。&&& ②放样定位。用经纬仪将桩位精确放样，标出每根桩的位置。&&& ③钻机就位。根据确定的加固桩体的位置，移动钻机，准确对孔，水平对孔误差不得大于50mm，钻机主轴垂直度误差应不大于1％。&&& ④钻孔。启动搅拌钻机，钻头边旋转边钻进。根据施工要求，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档逐级加速的顺序，正转预搅下沉。钻至接近设计深度时，应用低速慢钻，钻机应原位钻动l-2min。为了不致堵塞喷射口，不喷射加固材料而是喷射压缩空气，钻进一定深度启动一次，将泥沙从喷射口吹出。钻进时喷射压缩空气，可使钻进顺利，负载扭矩小。钻孔深度由钻机上面的刻度盘指示(刻度盘上有指针表明钻孔深度)，桩长误差不得超过土100mm，垂直偏差不超过1.5％。&&& ⑤提升喷粉搅拌。当钻机达到设计高程后，即开启空压机连接水泥罐的阀门，边提升钻杆边喷水泥(水泥是通过空压机与钻杆顶部用橡皮胶管连接，靠空气压力，使水泥从钻杆内孔穿过，由麻花钻头中部小孔喷射)，直至孔口。在确认加固料已喷至孔底时，按0.5m/min的速度反转提升。当提升到设计停灰高程后，应慢速原地搅拌l-2min。沿深度方向加固材料的混合量，系根据发送器输出的加固材料数量与搅拌叶片提升速度的关系确定。&&& ⑥提升结束，桩体形成。当钻头提升至距离地面30-50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，成桩结束。由于装置的回路是封闭的，在回路内输送过程中，粉体不会向空中喷发与飞散。在搅拌钻头距地表30-50cm处停止喷粉，则粉粒不会溢出地面。&&& ⑦重复搅拌。为使水泥搅拌均匀，对其复钻是必要的，一般复钻深度为设计桩长的2/3。此时，停止喷粉，钻头边旋转边钻进至设计要求的复拌深度，再提升反向边旋转边提升。提升搅拌时，其速度控制在0.5-0.8m/min左右，使土体和粉体充分拌和，土块被充分粉碎，水泥粉均匀分布在地基中。&&& ⑧钻具提升至地面后，钻机移位对孔，按上述步骤进行下一根桩的施工。
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