浅谈水泥搅拌桩加固软基技术

[摘 要]水泥搅拌桩加固软基技术与以往钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，降低了成本，缩短了工期，可以有效提供地基的承载能力，体现出很大的发展空间。在本文中，笔者结合自身的工作实际和理论知识，从水泥搅拌桩的基本原理、适用范围和水泥搅拌桩施工注意的问题等方面分析了该命题。

[关键词]软基处理 水泥搅拌桩 加固土体

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）10-0246-01

一、水泥搅拌桩加固软基原理

水泥土搅拌法加固软土地基主要采用喷浆型搅拌法：以水泥浆状态拌入软土中的水泥土搅拌法。首先，利用特制机械设备将水泥喷入需要处理的软土地基内，并在喷注过程中上下搅拌均匀，使水泥和土充分发生水解和水化反应，生成水泥水化物的凝胶体。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组成，这些不间的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。将水泥拌人软土后，水泥颗粒表面的矿物很快与软士巾的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等水化物凝胶体。由于凝胶体具有吸附性，可以将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体。同时，土颗粒表面的钠离子和水泥在水化过程中生成的钙离子可以进行离子交换，在其表面生成稳定的钙离子，从而进一步提高土基的强度，大大提高软土地基的承载力。

此外，工程中针对塑性指数较大，含水量较高的软土地基，根据实际情况可采用喷粉型搅拌法。通过专用的粉体搅拌机械，用压缩空气将水泥粉或生石灰粉均匀地喷人所需加固的软土地基中，凭借钻头翼片的旋转搅拌使水泥粉和软土充分混合，形成水泥土搅拌桩。CaO消解过程中能吸收水分，同时产生大量的热，能促进土中水分的蒸发，又进一步降低软土中的含水量。石灰消解过程中体积将膨胀两倍，也能促进周围土体的固结。需注意，为提高生石灰的加固效果，其中CaO的含量不能低于80%。

二、适用土质

目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载能力标准值不大的黏性土等。《建筑地基处理技术规范》规定搅拌法适用于处理：正常固结的淤泥与淤泥质士、粉土、素填土、黏性土、饱和黄土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。随着施工机械的改进，搅拌能力的提高，适用土质范围在扩大。

需注意，当土样塑性指数大于25时，应通过试验确定其适用性。因为塑性指数大于25后，土的黏性很强，极易在水泥土搅拌机的搅拌头上形成一个大泥团，将严重影响水泥和土粒的均匀搅拌，也就无法提高这种土的强度。另外，当地下水或土样的pH值小于4时，土样呈酸性，将严重影响水泥水化反应的进行，水泥水化的不完善将阻碍水泥与土颗粒发生一系列的物理―化学反应，当然也就无法用水泥加固土。要加固这种土可在固化剂中掺加水泥用量5%的石灰，就可使水泥周围的环境变成碱性，将大大有利于水泥水化反应的进行。

三、适用工程

目前水泥土搅拌法常用于下列加固工程中：

（一）组成水泥土桩复合地基，提高地基展载力、增大变形模量、减少沉降量

将水泥与软土充分搅拌后形成水泥土，其抗压强度比天然软士提高几十倍至数百倍，变形模量也增大数十到数百倍。因此由水泥土桩和周围天然土层组成的复合地基能较大的提高承载力、减少沉降量，所以可应用于：

1、建（构）筑物的地基加固：如6～12层多层住宅，办公楼，单层或多层工业厂房基础等；

2、高速公路、铁道和机场场道以及高填方堤基等；

3、大面积堆场地基，包括室内和露天；

（二）形成水泥土（石灰土）支挡结构物

软土层中的基坑开挖、管沟开挖或河道开挖的边帮支护和防止底部管涌、隆起。当采用多排水泥土桩形成挡墙时常采用格栅状的布桩形式；

（三）形成防渗止水帷幕

由于水泥土结构致密，其渗透系数可小于1 10-9～1 10-11cm/s，因此可用于软土地基基坑开挖'和其他水利工程的防渗帷幕；

（四）其他的应用

进行大面积加固后可防止码头岸壁的滑动；减少软土中的地下构筑物的沉降和振动下沉，防止地基液化；对桩侧或板桩背后软土的加固以增加侧向承载能力；对于较深的基坑开挖还可将钢筋混凝土桩和水泥土桩构成复合壁体共同承受水、土压力。

四、施工质量控制

（一）保证施工质量的措施

1、施工现场应予平整，必须清除地上和地下一切障碍物，明浜、暗塘及场地低洼时向应抽水和清淤，分层夯实时应回填粘性土料，不得回填杂填土或生活垃圾。开机前必须调试，检查桩机运转和输料管畅通情况。

2、根据施工经验，水泥土搅拌法在施工到顶端0.3～0.5m范围时，因上覆土压力较小，搅拌质量较差，其场地整平标高应比设计确定的基底标高再高出0.3～0.5m，桩制作时仍施工到地面，待开挖基坑时，再将上部0.3～0.5m的桩身质量较差的桩段挖去。当基础埋深较大时，取下限；反之，则取上限。搅拌桩的垂直度偏差不得超过l%，桩位布置偏差不得大于50mm，桩径偏差不得小于设计值。

3、施工前应确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数；并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比等各项参数和施工工艺。宜用流量泵控制输浆速度，使注浆泵出门压力保持在0.4～0.6MPa，并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。制备好的浆液不得离折，泵送必须连续。水泥浆应在制浆机中不断搅拌，直至压浆时，才可缓慢地将其注入集料斗中。拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。

4、为保证桩端施工质量，当浆液达到出浆口后，应喷浆座底30s，使浆液完全到达桩端。特别是设计中考虑桩端承载力时，这点尤为重要。搅拌次数以一次喷浆二次搅拌或三次喷浆三次搅拌为宜，且最后一次提升搅拌宜采用慢速提升。当喷浆口到达桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒，以保证桩头的均匀密实。施工时因故停浆，宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升，若停机超过3h，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输浆管路，妥为清洗。

五、结语

水泥搅拌桩通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土，处理效果显著，处理后可很快投入使用，在建筑工程施工中确保工程质量的前提下能有降低施工成本、缩短了基础处理施工工期，在工期紧、出于成本考虑不易进行基坑大开挖或基础土质换填，考虑采用水泥搅拌桩进行基础处理应该是经济、科学的施工方案。

参考文献

[1] 黄小军.浅谈水泥搅拌桩施工技术探析[A].科技咨询导报，1673-0534（2007）10（b）-0078-01.

[2] 师磊.浅析水泥搅拌桩法的应用现状[A].建材世界（36卷，6期），2010.

[3] 梁宁.水泥搅拌桩施工工艺简介[C].黑龙江交通科技（177期），1008-3383（2008）11-0012-01.