单向与多向水泥砂浆搅拌桩施工工艺及软基加固效果研究

摘 要：某客运专线软基加固处理采用多向水泥砂浆搅拌桩施工，既有线改建软基加固处理采用单向水泥砂浆搅拌桩施工，通过对两种砂浆桩施工的过程进行记录和分析，总结单向与多向水泥砂浆桩各自的施工参数和加固效果，对各自的优缺点及适用范围进行初步探讨研究。

关键词：单向水泥砂浆桩 多向水泥砂浆桩 施工工艺 软基加固效果

中图分类号：U213.14 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-02

软基加固中采用的深层搅拌桩技术，其加固机理是通过水泥的水解和水化反应、水泥水化物与土颗粒之间的离子交换和团粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化学反应而形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩体。水泥砂浆桩则是在浆喷桩的基础上改进的一种新型桩，它采用水泥砂浆作为固化剂，即在纯水泥浆中掺入一定比例的粉细砂、中砂、粉煤灰等，以增加基土的粗颗粒来降低基土的塑性指数，要想提高桩体的无侧限抗压强度，改良加固土体的物理力学性质指标是非常必

要的。

普通搅拌桩实际上可称作单轴、单向搅拌桩、即单轴旋转、单向搅拌的成桩工艺，而多向水泥砂浆搅拌桩采用2根及以上轴独立旋转、2层及以上叶片多向旋转喷浆的成桩工艺。东北某客运专线设计者针对客专线路基和普通铁路路基采用了单向和多向水泥砂浆桩两种加固方案。

1 工程概况及设计参数

1.1 普通线路路基单项水泥砂浆桩加固区段

该段路基位于河谷冲击平原，地形平坦，周围为居民区，从上至下地层依次为人工填土、淤泥质粘土、粉质粘土、粗砂、细圆砾土、砂砾岩等。地表水不发育，地下水埋深1.5～2.5 m。

地基加固设计采用普通水泥砂浆桩，桩径0.5 m，桩间距1.3 m，正方形布置，加固深度5～8m，复合地基承载力不小于130 kPa。

1.2 客运专线路基多向水泥砂浆桩加固区段

该段路基位于居民区和工厂厂房位置，地表平缓，局部有水塘，采用回填处理，从上至下土层依次为素填土、种植土、淤泥质粘土、粉质粘土、粗砂、砾砂、细圆砾土、粗圆砾土、漂石土、玄武岩等。地表水不发育，地下水埋深1.8～2.5 m，化学环境作用等级H1。

地基加固设计采用多向水泥砂浆桩，桩径0.5 m，桩间距1.3 m，正三角形布置，加固深度8～12 m，复合地基承载力不低于180 kPa，单桩无侧向抗压强度不低于130 kN。

2 施工准备

2.1 设备进场清点、验收

重点清点专用钻杆、动力箱以及相关配套工具，砂浆泵及其配套工具（压力表及标定书、砂浆泵使用说明书、砂浆泵的专用扳手、吸浆软管和吸浆头、砂浆输送管）。清点验收完成后逐一造册登记、保管。

2.2 技术准备

（1）对施工人员进行技能培训，主要内容为：搅拌桩机、砂浆泵的操作、保养及故障排除，成桩质量控制，水泥砂浆制备的技术要求等。

（2）现场检查桩机电子记录仪、深度传感器和流量计是否完好，是否具有打印施工记录小票的能力，查看记录仪、流量计生产厂家、型号、规格和编号，注意编号要与标定书相一致。

（3）仔细研读设计图纸，绘制施工桩位布置图，确定钻杆配置长度；根据设计图确定是否需要外加剂，并确定外加剂种类、规格和数量。

（4）检查特种作业上岗证（打桩工操作证）每台机需要2个操作证。

（5）准备施工记录本、记录纸和现场测量放线用工具。

（6）原材料准备

落实施工用水泥、粉细砂的厂家、材质及相关证明材料是否符合要求，并按要求做好开工前的材料试验、检验工作。

（7）做好各种文明施工标识牌和施工配合比标识牌。

3 施工工艺

3.1 单项水泥砂浆桩施工

3.2 多向水泥砂浆桩施工

（1）施工工艺流程

4 成桩质量检查

4.1 桩头质量检查

直径。

4.2 完整性、均匀性、无侧限抗压强度

水泥砂浆搅拌桩施工完成28 d以后，用勘察钻机于桩径1/4处、桩长范围内垂直取芯，观察其完成性、均匀性并拍摄照片，判断成桩效果，每根桩在不同深度处取3组试验样品送实验室作无侧限抗压强度试验，根据试验结果推算90 d桩体强度。

4.3 单桩承载力检测或复合地基承载力检测

水泥砂浆搅拌桩施工完成28 d以后，进行单桩载荷试验或复合地基载荷试验确定单桩承载力或复合地基承载力，载荷试验为桩总数的0.2%，且每个工点不少于3根。

5 成桩加固效果分析

（1）从成桩效果看，单项水泥砂浆搅拌桩的桩体大致均匀，存在缩颈和回陷现象，多向水泥砂浆搅拌桩的桩体圆匀，基本无无缩颈和回陷现象。

（2）对水泥砂浆桩现场抽芯实验等结果表明，单向水泥砂浆桩出现局部桩体不连续，少量出现水泥土体松散现象；多向水泥砂浆搅拌桩身搅拌均匀、水泥土凝体无松散现象、固结较好、含灰量较高。

（3）从承载力来看，单向和多向水泥砂浆桩单桩承载力和复合地基承载力均满足了设计要求，但多向水泥砂浆桩的单桩承载力和复合地基承载力均好单向砂浆搅拌桩。

6 结语

从本工点采用水泥砂浆桩进行软基处理的效果来看，水泥砂浆桩处理软土地基的方式是合适的、可行的。通过两种砂浆桩的施工工艺流程、成桩效果进行比对分析，我们注意到。

（1）单向水泥砂浆桩由于单向切土，土体与水泥砂浆不能充分搅拌均匀，桩身强度低，软硬不均，特别是在复杂多变的土体中施工，易产生断桩和缩颈现象；而多向水泥砂浆桩采用正反双向切土搅拌，反复揉搅使得土体与水泥砂浆充分搅拌，均匀性较高，桩身强度高，桩体连续好。

（2）单向水泥砂浆桩在塑性指数大于25的黏土，、淤泥质土层中成桩效果明显低于普通松散土层，加固深度不宜超过12 m。多向水泥砂浆桩攻克了常规水泥土搅拌桩在塑性指数高的黏性土层中成桩强度低的难题，加固深度可达20 m。

（3）单向水泥砂浆桩采用二喷四搅工艺，需要复搅，人为干扰多，日产量约为400 m。多向水泥砂浆桩采用二喷二搅工艺，不需要复搅，人为干扰少，日产量可达到700 m。

通过对比我们不难发现，多向水泥砂浆搅拌桩是针对常规水泥砂浆搅拌桩施工中存在的问题，进行施工工艺技术创新和设备改造，充分利用大量现有PH-5型桩机作为机架，由位于钻机底部操作台的动力系统，通过外钻杆传递动力，再通过钻杆顶部配备的专用传动箱，同时带动同心多轴钻杆正反向旋转，在内钻杆上设置多层正向旋转叶片，并设置喷浆口，在外钻杆上安装多层反向旋转叶片，通过外钻杆叶片反向旋转中的压浆作用，和内钻杆多层正向旋转叶片同时搅拌水泥砂浆土的作用，阻断水泥砂浆上冒途径，把水泥砂浆基本控制在最上和最下两组叶片之间，保证水泥砂浆在桩体中均匀分布和充分搅拌，大幅度提高了成桩质量和桩身强度，相对于传统单向水泥砂浆桩，具有施工效率高，加固效果好的优势，可作为软基加固的有效技术

手段。

参考文献

[1] 铁路路基工程施工质量验收标准TB10414-2003.

[2] 高速铁路路基工程施工技术指南铁建设（2010）241号.

[3] 高速铁路路基工程施工质量验收标准 TB10751-2010.