武春阳：水泥搅拌桩加固深层淤泥施工技术探讨

武春阳：水泥搅拌桩加固深层淤泥施工技术探讨

水泥搅拌桩加固深层淤泥施工技术探讨

武春阳

中交上海航道局有限公司，上海市黄浦区200001

摘要：随着我国经济快速发展，工程建设也在随之迅速发展，深层淤泥加固就显得尤为重要。水泥搅拌桩加固软基处理技术是一种有效形式也是目前最常用的一种加固技术，本文根据实际工程案例，主要对水泥搅拌桩加固深层淤泥施工中不同工艺适用范围、施工过程中控制重点进行探讨，以期为提升工程施工质量和进度作出贡献。

关键词：深层水泥搅拌桩；深层淤泥加固；干法和湿法对比

武春阳：水泥搅拌桩加固深层淤泥施工技术探讨

1工程概况

1.1工程主要建设内容

某海堤道路工程建设全长约3.8km，主要采用水泥搅拌桩对路堤软基进行深层淤泥进行加固处理。施工水泥搅拌桩工程量非常大，共29000根；总进尺约58万米。

路堤软基处理工程采用采用桩径800mm，25m长桩加15m短桩间隔设置，桩间距1.5m，正方形布置的水泥搅拌桩复合地基进行加固处理。水泥搅拌桩桩身28d龄期立方体无侧限轴心抗压强度不小于0.8Mpa。单桩承载力不小于160kN，复合地基承载力不小于100kpa。

1.2工程地质分析

本工程建设地位于广东省珠海市属珠江口入海三角洲平原地貌，广泛分布着较为深厚的海相沉积淤泥和淤泥质软土，整个堤段地层属深厚层软土地基结构。淤泥和淤泥质土厚度为35-55米。

2加固原理

水泥搅拌桩的施工工艺分为浆液搅拌法(以下简称湿法)和粉体搅拌法(以下简称干法) [1]。湿法是指先将水泥配制成水泥浆，通过注浆泵泵送至加固土体中进行加固。干法也称粉喷桩，是通过水泥搅拌桩机将粉状加固材料硬化剂(如水泥、石灰、粉煤灰等)以压缩空气为输送动力，喷入软土地基中，与原位土进行强制搅拌混合，使土与加固材料产生化学反应，在改善土质性状的同时，提高其强度，从而达到提高软基承载能力，减少软基沉降的目的[2]。

在水泥搅拌桩加固深层淤泥地基处理中施工中，采用湿法和干法施工工艺，由于两者的固化剂形态不同，施工机械和施工控制重点也不一样，其成桩机理也不尽相同，其软土地基的加固质量、施工进度、经济效果和适用范围也有完全不一样。

3各工艺适用范围

3.1手动式干喷法水泥搅拌桩施工

依据设计图纸相关要求，在工程项目建设初期，水泥搅拌桩施工采用“两搅两喷”（喷粉钻进→喷粉提升→成桩）的工艺流程。在试桩中经过精心严格的施工，其结果15米成桩效果较好，25米成桩效果一般，可以满足设计要求。此次试桩较为成功。

经过后续的施工发现此工艺15米成桩效果较好，15米—18米成桩效果一般，18米—25米成桩效果参差不一。经过后续取芯检测结果分析，其中工人操作经验和对机械操作的精心程度直接影响着成桩质量。当然机械性能、地质、喷粉压力，成桩速度等也会直接影响着桩的质量。

此施工工艺相对落后，成桩质量受人为主观因素较多，难以保证。其成桩速度慢、噪音大、容易堵管，水泥扬尘较难控制，水泥用量无法直观现实，浪费较大。

3.2自动化干喷法水泥搅拌桩施工

经过手动的弊端分析后，我单位引进较为先进的自动化干喷水泥搅拌桩施工技术。同样采用“两搅两喷”（喷粉钻进→喷粉提升→成桩）的工艺流程。

在传统的手动式干喷法水泥搅拌桩施工中在运用现有的互联网技术、传感器技术的基础上增加智能的监控系统和全自动化喷粉装置。整个系统比较智能，能够完全按照电脑端输入的水泥掺量、提升搅拌速度、压力等各项参数施工，成桩桩身均匀性非常好，成桩质量效果较理想。全过程自动监控记录水泥搅拌桩施工的各项参数，能够极大限度排除人为干扰。施工过程可以通过手机和电脑端实时查看水泥搅拌桩施工进度、深度、喷粉量等信息，能够做到对及时全面的对水泥搅拌桩施工质量进行详细的评估。

经过试桩发现系统过于敏感，对地质要求较为苛刻。水泥掺量、喷粉压力、搅拌提升速度等参数在施工中如遇到地质差异与开始设定的参数稍微有点差异，就会导致整个机器停机。

由于本工程地质复杂，部分区域经过某地产开发商采用塑料排水板预压处理，地质较干且含有较多塑料排水板，部分区域有孤石异物导致此智能系统不能顺利施工。依据设计参数（水泥掺量20%，喷粉压力0.7~0.8MPa和提升速度0.6～0.7m/min）只能打入深度10米左右。无法满足本工程设计要求。

3.3湿喷法水泥搅拌桩施工

经过前期施工发现，干喷法施工困难，施工效率低速度慢，桩长25米水泥搅拌桩施工质量难以保证。我单位采用湿喷法进行施工。

水泥搅拌桩湿喷法施工采用“四搅四喷”（喷浆钻进→喷浆提升→重复喷浆钻进→喷浆提升→成桩）的工艺流程。

采用目前较为先进的新洲SJB-Ⅱ型双向效果较好水泥搅拌桩机，经过施工和检测发现，其成桩效果非常好，桩身均匀性较好，桩身取芯后进行无侧限抗压强度试验指标，28天强度可以达到1.5Mpa~2.65Mpa，各项指标都满足设计要求。

湿喷法施工搅拌均匀，易于复搅，施工效率高，受地质限制因素小，不容易出现扬尘，适用于深度较长的水泥搅拌桩施工。但是也存在很多的不足，比如从水泥浆中带入较多的水分，对土体的强度产生不利影响。达到同样桩体强度，水泥土硬化时间较长或者需要掺入更多的水泥。在施工中容易有冒浆返浆现象，致使水泥浪费较多。

4施工重点控制要素分析

4.1施工场地准备

在水泥搅拌桩工程施工前，首先将施工范围内种植物及地上障碍物进行清除。并做好地下障碍物、管线勘察工作，做好相应的保护或拆改处理措施。场地高程按设计标高整平并压实，确保施工现场到达三通一平（水通、电通、路通、场地平整）。

4.2施工技术准备

项目开工前组织所有项目管理人员熟悉图纸，对图纸进行自审。会同设计单位做好施工图设计交底、图纸会审、设计交接桩等，更全面的熟悉和掌握施工图纸的全部内容和设计意图。

熟悉阅读与本工程有关的技术规程、验收规范和地方相关标准规定等。按照图纸规范要求编制试桩方案和施工方案。做好安全技术交底等工作。

做好实验室配比、材料试验检测复试等工作。在正式施工前对桩位图进行编号并按设计图纸采用全站仪或GPS做好测量放样工作。

4.3施工人员、材料和机械控制

选用有丰富水泥搅拌桩施工经验的人员进行施工。对所有人员进行上岗前培训和安全技术交底，经常组织人员进行质量教育培训，对从事关键岗位的员工进行技术理论培训及安全知识培训。提高员工质量意识和责任感。

水泥搅拌桩施工过程中所使用的施工材料主要是水泥，因此控制水泥质量就显得非常重要。在采购和使用水泥前，应对水泥进行复检，确保其强度等级符合设计要求，复检合格后方可投入使用。

水泥搅拌桩施工需要用到以桩机为主的各种施工机械，在施工前要对施工机械进行检查维护，保证其处于正常运行状态。特别是要保证水泥搅拌桩机钻头、钻杆、输送导管、桩机机身垂直度以及压力泵等构件都要符合技术参数要求。计量仪器使用前应进行校核和标定确保其准备性。

4.4施工过程控制

施工过程中的质量控制，是水泥搅拌桩施工质量控制的核心阶段。在此阶段施工质量控制要特别注意以下几点。

1、严格控制水泥浆的配制质量。在湿喷施工中水泥浆质量的好坏直接影响着水泥搅拌桩的成桩质量。为此施工管理人员必须要加强对水泥浆配制的管理与控制，通过试验来优化水泥浆的配合比，并在配制中严格遵照设计进行配制，尽量减小计量误差。另外，还要确保水泥浆液的均匀度，配制好的水泥浆应该在2h之内使用，出现离析现象或结块现象的水泥浆不可再用于水泥搅拌桩施工中。

2、泵送浆液的质量控制。为确保水泥浆质量现场应用比重计控制水泥浆稠度。在泵送浆液之前，应确保管路处于潮湿状态，便于浆液的输送。在泵送浆液的过程中，还应确保泵内的压力稳定且足够，严禁在供浆的过程中出现间断，确保拌和均匀。当管道被浆液硬结造成堵塞时，应采用拆卸输浆管道的方式，对管道进行清洁，使其保持畅通。

3、对桩长进行控制。运用电子电动记录控制的方法来对桩长进行控制。确保每台钻机都配备有电子电动记录仪，在开钻的同时应对电子电动记录仪进行开启，并记录。便于对转入深度及复搅深度进行掌握，确保桩长不低干设计中的要求。

4、成桩的质量控制

（1）当钻机对位以后，应对其竖直度进行精调，确保其搅拌轴处于垂直状态。

（2）当搅拌钻机启动以后，应确保桩基的运作处于边旋转边下钻的过程。其次，应对压力泵进行启动，使其处于一边钻进一边喷浆的状态。

（3）当钻入深度达到设计标高时，对搅拌钻机进行关闭，结束钻进。

（4）当对搅拌钻机进行再次开启时，应确保钻头的呈现相反的方向且在旋转的同时进行提升机喷浆，促使土体内部的水泥浆呈现初步拌和的状态。

（5）当搅拌机提升至地面lm的位置时，应减慢其提升的速度。当喷浆口即将露出地面时，方可对其提升进行停止，进行搅拌数秒来确定桩头是否处于均匀密实状态。在施工过程中，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。若由于某些原因造成停浆现象发生，应采用搅拌机下沉至停浆面以下0．5m的位置，当供浆恢复以后在进行泵喷浆提升，严禁出现断桩或缺浆现象发生。

4.5施工完成后控制

对于水泥搅拌桩的事后质量控制可以采用钻芯取样检测方法来对完工的水泥搅拌桩进行质量检测。抽芯取样通常是在成桩后28d进行检测，能够对搅拌桩的喷浆均匀状况、桩身长度、强度及完整性进行明确的反映。

5关于水泥搅拌桩施工几点思考

1、采用智能化设备进行施工。在水泥搅拌桩湿法施工机械中安装先进的全自动化喷浆监控、深度传感仪、全过程监控等系统，通过现场数据采集系统、信号传输系统和数据分析中心通过远程传输到电脑和手机客户端，随时了解施工信息监控质量。利用先进的科学技术，采用智能化设备进行水泥搅拌桩施工。避免因人为主观因素影响水泥搅拌桩施工质量，从而保证施工质量同时，提高施工效率，并且能有效地节约了施工成本。

2、采用新型材料替代水泥。水泥仍然是目前软土地基处理使用最广泛的固化剂（胶凝材料），但是水泥存在（1）资源和能源消耗严重；（2）CO2排放和大气污染严重；（3）固化土强度增长较慢。由于水泥土强度不够高，水泥搅拌桩经常出现强度不够或水泥用量大不够经济，造成复合地基的承载力不足和后期变形较大等诸多问题，同时为了保护环境相应习总书记提出“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局”的号召，进而提出：一是以工业副产品或废料代替水泥作为固化材料；二是开发低能耗、低CO2排放的新型固化剂。以工业废渣为主要成分的高效固化剂取代水泥，用于搅拌桩施工将是未来的一个重要发展方向。这不仅是“碳达峰”新形势下减排的要求，更是提升搅拌桩质量的必要手段，为了解决上述问题，目前市场上新型材料种类繁多，可以用新型材料去替代水泥，既能提高水泥搅拌桩施工质量又能节约成本。

3、改进现有施工设备。目前普遍深层水泥搅拌桩施工困难，成桩的质量较差。为了提高深层水泥搅拌桩施工质量，先进的水泥搅拌桩机设备的搅拌效率和搅拌质量是关键。可引进国外先进的机械设备，也可自行研制开发。例如可以增大电机功率，改进钻头等，这都是非常有效的方法[3]。目前国内的部分科技工作者已经对设备做了部分改进。例如，中国专利申请号200510110430．x，发明名称：带有固定叶片的深层搅拌桩搅拌头；专利申请号2005lOlll797．3，发明名称：带扩散防止板及两喷浆口的深层旋喷搅拌头[4]。

6结语

水泥搅拌桩加固深层淤泥施工技术是目前应用非常广泛，施工速度快，成本较低，对周围环境扰动小等优点。在具体的施工中， 选择技术先进性能优异的施工机械，施工前通过试桩确定最佳的水泥用量和各项施工技术参数，配套科学先进可视化智能设备，施工过程中做好水泥搅拌桩各个技术参数的分析和控制，加强过程管理保证成桩的质量合格，从而提高施工的质量水平。国家相关管理部门应制订政策，激励应用新发明技术的企业。并且将新的材料、设备、技术发明推广应用到实践中去。

参考文献：

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

[2]赵爱华.浅析水泥搅拌桩与粉喷桩应用对比[J]. 江西建材，2014(3):96..

[3]方育琪,张卫国. 我国水泥土搅拌桩施工技术现状与改进[J]. 低温建筑技术,2008,30(2):123-124.

[4]沈水龙，庸翠萍．洪振舜，蔡正银：带扩散防止板及喷浆口的深层旋喷搅拌头：中国，200510lll797．3[P]．2005，12.

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