公路软基加固施工中水泥搅拌桩技术应用探讨

公路软基加固施工中水泥搅拌桩技术应用探讨

谌凯

中铁十局西成铁路XCTJ3标项目部

摘要：社会经济和科技的提升下公路工程行业发展得到了极大的提升，公路工程作为国民经济的重要支柱其施工质量对社会发展有着极为重要的作用。要想在公路工程发展规模扩大的同时对施工质量进行保障就要对水泥搅拌桩技术进行应用，水泥搅拌桩能够对多种土质的地基进行处理，也能在提升地基稳定性的同时对施工后的沉降问题进行控制，所以具有多种优势。在对水泥搅拌桩技术应用的过程中为了对该技术的作用进行充分发挥，应该保障施工按照工序要求展开，并对施工中的多种问题进行注意。本篇文章，主要就是对公路软基加固中水泥搅拌桩技术应用进行的分析和研究。

关键词：公路工程，加固施工，水泥搅拌桩，应用研究

一、水泥搅拌桩概述

（一）水泥搅拌桩技术简介

水泥搅拌桩是指软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，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，使软土硬结而提高地基强度。水泥搅拌桩按主要使用的施工做法分为单轴、双轴和三轴搅拌桩。20世纪70年代，开始用水泥搅拌桩加固软土地基，已有40多年的历史。它是通过特制的深层搅拌机，将软土和水泥（固化剂）强制搅拌，并利用水泥和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使土体固结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩。该工艺主要用于软土地基的处理。

（二）水泥搅拌桩技术应用的作用与原理

在我国当前多数的公路工程项目施工中都对水泥搅拌桩技术进行了使用，这种技术的使用具有一定的优势，应用在软基加固工作中能够起到以下作用：

第一，通过对水泥搅拌桩技术研究可以得知，该技术的使用就是通过设备将软土和水泥进行充分的搅拌，为了保障施工的质量就要充分的将软土土块进行搅散，所以能够最大限度的对原土进行利用。第二，以往的地基施工中经常伴随着较大的噪音，也会产生一定的粉尘污染，而通过对水泥搅拌桩技术的使用不但不会产生噪音也不会产生粉尘，所以能够降低施工对周围环境的影响。第三，一些地基施工过程中会对原有地基产生挤压，而采用水泥搅拌桩技术进行施工时施工的场所在软基范围内，所以施工不会对原本的地基产生挤压影响。第四，在采用水泥搅拌桩技术进行施工时可以根据工程需求来对施工结构的形状进行确定。第五，水泥搅拌桩施工技术中使用的主要材料为水泥，所以与以往的钢筋混凝土施工技术相比能够有效的对施工材料进行节省[1]。

普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等成份组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物。当水泥与饱和软土充分拌和后，水泥颗粒表面的矿物很快与饱和软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。这些化合物形成了悬浮的溶液，具有胶结作用，凝结后形成水泥土的胶结强度。水泥中的硫酸钙与铝酸三钙一起与水发生反应后，生成一种被称为“水泥杆菌”的化合物，这种化合物以针状结晶的形式在比较短的时间里析出，把软土中大量的自由水以结晶水的形式固定下来。

粘土颗粒与水泥水化物的作用当水泥各种化合物生成后，有的水化物自身硬结，形成水泥石骨架；有的水化物则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生作用，形成新的矿物。这些作用还有：离子交换与团化作用、凝硬作用、碳酸化作用等。

需要说明的是，以上所述是在试验室内将水泥与土充分拌和的条件下进行的。在实际施工操作中，由于施工机械是切削搅拌，不可能像在试验室内那样，将水泥与土搅拌得充分均匀，水泥土中留有一些未被粉碎的小土块，在搅拌水泥（浆液或粉体）后将出现水泥包裹土块的现象，土块之间的大孔隙基本上已被水泥的颗粒所充盈，所以实际加固后的水泥土中形成了大量的水泥较多的微区，而在小土块的内部没有水泥。

只有经过比较长的时间后，土块内的土颗粒在周围的水泥水解化合物渗透作用后，才能逐渐改变其性质。这样在水泥土中不可避免地会产生强度较高的、水稳定性较好的水泥石区和强度相对较弱的小土块区。由此也说明了实际施工时，将水泥与软土搅拌得越均匀、土块就被粉碎的越小，水泥土结构强度的离散性也就越小，其强度就越高，其无侧限抗压强度越接近室内试。

（三）适用范围

一、水泥土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)。适用于处理淤泥、淤泥质土、素填土、软—可塑粘性土、松散—中密粉细砂、稍密—中密粉土、松散—稍密中粗砂和砾砂、黄土等土层。不适用于含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土，硬塑及坚硬的粘性土、密实的砂类土以及地下水渗流影响成桩质量的土层。当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%时不应采用干法。寒冷地区冬季施工时，应考虑负温对处理效果的影响。二、.水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质含量较高或pH值小于4的酸性土、塑性指数大于25的粘土或在腐蚀性环境中以及无工程经验的地区采用水泥土搅拌法时，必须通过现场和室内试验确定其适用性。三、.水泥土搅拌法可采用单头、双头、多头搅拌或连续成槽搅拌形成水泥土加固体;湿法搅拌可插入型钢形成排桩(墙)。加固体形状可分为柱状、壁状、格栅状或块状等。四、拟采用水泥土搅拌法处理地基的工程，除按现行规范规定进行岩土工程详勘外，尚应查明拟处理土层的PH值、有机质含量、地下障碍物及软土分布情况、地下水及其运动规律等。

二、公路软基加固施工中水泥搅拌桩技术的应用

（一）施工前的准备工作

施工前准备工作对于后续施工的有序性有着重要影响，因此为了保障后续水泥搅拌桩技术能够有效的使用就要做好施工前准备工作，准备工作可以从以下方面完成：

第一，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)。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。水泥搅拌桩应采用合格等级强度普通硅酸盐袋装水泥。使用前，应将水泥的样品送试验室检验。

采用水泥搅拌桩技术进行施工时也会用到相应的机械设备，所以为了保障施工能够顺利的进行施工之前也要对施工中所要使用的机械设备和材料进行准备。水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。每天收集电脑记录一次。水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应组织检查验收合格后方可开钻。

采用水泥搅拌桩技术进行软基加固施工需要的工作人员较多，这些工作人员负责的岗位也不相同，所以为了对施工效率进行保障，现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：a施工桩号、施工日期、天气情况；b喷浆深度、停浆标高；c灰浆泵压力、管道压力；d钻机转速；e钻进速度、提升速度；f浆液流量；g每米喷浆量和外掺剂用量；h复搅深度。

试桩，试桩工作的目的是为了确定灰浆经过输浆管到达搅拌喷浆口的时间、确定搅拌下沉、提升速度和重复搅拌下沉、提升速度。确定灰浆稠度（水灰比）、根据不同渗入比（kg/m）。确定工作压力、确定针对本工程施工质量检验标准评价依据。检验施工设备与选定的施工工艺。根据单桩承载力确定施工掺入比以及校核复合地基承载力。试桩工数量一般不小于3‰，实验的路段要求平整开阔，以此才能使得实验中所受的干扰小。工作进行的过程中要使用合格的水泥材料，且水泥材料放在高处地面三十到五米厘米的土台上，并在土台的周围对排水沟进行挖取。

（二）施工具体内容

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。为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。

对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。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。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa。

为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻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。在搅拌桩施工过程中采用"叶缘喷浆"的搅拌头。这种搅拌头的喷浆口位于搅拌叶片的最外缘，当浆液离开叶片向桩体中心环状空间运移时，随着叶片的转动和切削，浆液能较均匀地散布在桩体中的土中。长期使用证明，"叶缘喷浆"搅拌头能较好地解决喷浆中的搅拌不均问题。

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。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

施工中发现喷浆量不足，应按要求整桩复搅，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。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施。

三、水泥搅拌桩质量检测

一、轻便触探法

成桩7天可采用轻便能探法检验桩体质量。用轻便触探器所带勺钻，在桩体中心钻孔取样，观察颜色是否一致，检查小型土搅拌均匀程度、根据轻便触探击数与水泥土强度的关系，检查桩体强度能否达到设计要求，轻便能探法的深度一般不大于4m。

二、钻芯取样法

水泥搅拌桩生产工艺流程成桩完成，对竖向承载的水泥土在90天后、横向承载的水泥土在28天后，用钻芯取样的方法检查桩体完整性，搅拌均匀程度，桩体强度、桩体垂直度。钻芯取样频率为1%～1.5%。水泥搅拌桩桩径（单轴）一般为500MM~550MM，最大为600MM，固化剂常用等级强度为32.5/42.5。水泥掺量除块状加固时可用被加固

四、结语：

综上所述，在公路工程软基加固施工中采用水泥搅拌桩技术能够对地基的稳定性和承载力进行提升，虽然水泥搅拌桩技术的使用具有多种作用，但为了在施工中将该技术的作用进行充分的发挥除了要按照标准要求展开施工，也要对钻进工艺和喷浆工艺分别进行强化，以此才能从技术的合理使用中实现公路工程的持续发展。

参考文献：

[1]李美霞.水泥搅拌桩技术在公路工程软基处理中的应用[J]. 绿色环保建材,2020(11):90-91.

[2]侯雄航.水泥搅拌桩施工技术在公路软基处理中的应用[J].交通世界,2020:44-45.

[3]李会强.公路工程软基处理中水泥搅拌桩技术的应用分析[J].建筑工程技术与设计,2018:2685.