浅议水泥土搅拌桩在实际运用中的效果与原因

【摘 要】水泥土搅拌桩在地基处理时经常使用，但在不同地区处理效果却差别较大，本文针对笔者参与的实际工程，选用西航道工程和小虎岛工程在进行搅拌桩施工时的不同效果及处理方法进行对比，并对差别产生的原因进行了分析和总结。

【关键词】水泥土搅拌桩；成桩；滑移；含沙量；有机质含量

工程桩通常被用来进行基础处理和边坡支护，其中最常用的有水泥土搅拌桩、松木桩、预应力管桩、钢板桩、灌注桩和预制方桩。在参与的实际工程中我们使用过水泥土搅拌桩、松木桩、预应力管桩和钢板桩。通过施工过程、检测结果与完工运行情况看，各类工程桩对不同的地质条件和用的使用效果有很大的不同。选则合适的工程桩不但能节约投资、缩短工期还能减少工程事故和设计变更。现针对水泥土搅拌桩在实际运用中的效果与原因进行分析和总结

水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

在笔者从事的水利工程中，水泥土搅拌桩被广泛使用在水闸、泵站和堤防的基础处理及各类基坑的边坡支护中，且绝大部分都达到了预期的设计效果。其中在西航道整治工程中，挡墙基础的处理选用了水泥土搅拌桩，处理时先把挡墙部位的基坑开挖至设计高程，然后使用中粗砂进行回填，中粗砂回填厚度为0.5m，该回填层作为搅拌桩机的临时施工平台，搅拌桩机在该平台按设计的水泥土搅拌桩位置进行施打，在达到设计要求的龄期后进行抽检（一般抽检时间选定为28天），抽检发现西航道的搅拌桩成桩均匀，从上到下强度均匀变小，且各部位的检测值均优于设计的要求值，验收后把水泥土搅拌桩的桩头挖掉，达到设计要求的高程，且挖掉桩头的高度不小于0.5m。但在小虎一期外江堤防桩号K0+720～K1+007段进行搅拌桩施工时，由于挡墙位置紧邻外江，施工时易受潮水涨落的影响，所以把中粗砂临时施工平台厚度定为1.0m，并在地潮位时进行水泥土搅拌桩的施工，在高潮位来临时撤离搅拌桩机，开始时施工现场一切正常，但是在水泥土搅拌桩施工完成总量的二分之一时遭遇了天文大潮，当天高低潮位差近2.5m，且潮水下降速度很快，随后已完工的水泥土搅拌桩和临时施工平台发生了断桩和滑移。

在通过对西航道和小虎岛滑移处的地质图以及测绘图对比后发现，西航道的原状土层主要由淤泥质粘土、粉砂、粗砂和砾砂组成，且淤泥质粘土厚度较小，而小虎岛滑移处的原状土层基本上都是淤泥质粘土，地层较单一，且淤泥质粘土层厚度多超过了18m。同时，西航道工程的施工位置远离河道，挡墙临水侧有弃土平台构成的反压平台，宽度超过了50m，故发生滑移的风险较小。而小虎岛滑移处挡墙外侧紧邻主航道，由于前期河道清疏工程的实施，临河滩地变短、临河侧坡度变陡，而作为反压体的抛石平台只有10m宽，远未达到滑弧末端，没能起到反压的作用，在滑移发生时抛石平台和挡墙基础平台一起发生滑移。在对比两个工程的抽芯结果时发现西航道的水泥土搅拌桩成桩质量较好，28天龄期时的抽芯检测数据已经有90%达到了设计单位90天龄期时要求的设计参数，且桩体连续性好，成桩均匀，基本无断裂；而小虎岛滑移段未滑移部分搅拌桩28天抽芯结果显示只有上部4米以上的检测结果符合设计28天龄期的参数要求，4米以下成桩质量较差，甚至不成桩。

在对小虎岛滑移段进行处理时发现，其滑移的原因是：①河道采砂使现状地形线比原设计时的地形线要低2～3m，在堤岸前形成陡坡，护坡堆石完成量不足，导致搅拌桩施工平台本身处于失稳或极限平衡状态；②根据现场抽芯情况，在-7m～-13m范围内出现明显的软弱段，滑移深度可能在该范围内发生；③水泥搅拌桩施工扰动淤泥使得孔隙水压力骤然上升使本来就不高的地基抗剪强度急剧降低而此时施工完毕的搅拌桩尚未达到一定的强度，涨潮后的水位快速降落等多种因素导致了滑坡产生。在市石联围整治工程中也存在由于坡度过陡、水位速降引起过搅拌桩的滑移和断桩。在综合考虑后决定该段堤防后移，增加临河滩地长度，采用分级分层抛石平台反压，减少滑移产生的风险。

结合各工程中搅拌桩的地质情况和抽芯结果发现：搅拌桩成桩质量的好坏与一些因素具有明显的关联性，其中原状土的成分影响最为明显，原状土为中粗砂、粉砂时成桩效果最好，淤泥质沙壤土中，含沙量越高成桩质量越好，含沙量越低成桩质量越差；水泥的参入量是水泥土搅拌桩的关键数据，水泥参入量越大、标号越高桩的各项检测数据越优；桩的深度和成桩质量也有有很大的关系，桩体越靠上的位置，成桩质量越好，越靠下成桩质量越差，且在淤泥质粘土中随着搅拌桩深度的增加，成桩质量也急剧变差， 10m以下桩体在90天龄期时还多为软塑状态；同时原状土含水率和有机质含量越高成桩质量也越差，尤其是有机质含量的高低往往是成层状分布（这与不同时期水体有机含量的高低有关），而桩体强度也随之发生变化。

水泥土搅拌桩的使用建议：水泥土搅拌桩在用作对建筑物基础改良时多为竖向受力，且都会对该位置进行一定的超挖，即使深层的搅拌桩桩体成桩效果较差，但是3米以上位置的搅拌桩成桩效果也是非常理想的，而3米范围内的复合地基可视为换填基础，可以承载堤防填筑物的缓慢加载和一般的低层建筑物的逐渐加载。但施工加载一定要缓慢进行，快速加载容易破坏基础，使得周边土体隆起，使得水泥土搅拌桩发生剪切破坏。水泥土搅拌桩作为基坑支护使用时主要是受到土体的剪力作用，混凝土材料自身就具有抗压不抗剪的特性，因此水泥土搅拌桩自身的抗剪能力就比较差，且水泥土搅拌桩做支护时都会伴随着基坑开挖，而淤泥层的有机质含量均成层状分布，这就使得搅拌桩易在同一高程区间内出现断桩，失去对基坑的支护作用。因此水泥土搅拌桩非常适合作为河道整治工程的基础改良之用，且水泥土搅拌桩造价相对较低，建议在基础及截渗设计中首先考虑水泥土搅拌桩。而在边坡支护时尽量采用拉森钢板桩或放缓开挖边坡等方法进行处理。