公路路基工程中深层搅拌桩施工技术研究

摘要：文章简述了深层搅拌法施工技术原理，并基于多年的施工经验，分析探讨深层搅拌桩施工技术在公路路基工程中的应用。

关键词：深层搅拌；路基；施工

在公路工程施工过程中，常常会遇到软土地基。软土地基的处治方法很多，如常见的挖除非适应土进行换填，水泥或石灰稳定土处治、抛片石挤淤、土工织物处治、砂垫层和碎石垫层处治、碎石桩处治等，深层搅拌法以其施工工期短，效率高，施工中无振动，无噪声，无地面隆起，不排污不挤土，不污染环境，施工工具简易，费用低廉等优点，近几年在公路路基施工中被广泛应用。

一、深层搅拌法施工技术原理

深层搅拌法主要是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌桩机，在地基深处的土层中就地将软土和水泥浆液强制搅拌，由此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加固体，从而提高地基强度和增大变形模量。改性后的软土强度大大高于其天然强度压缩性，渗水性比天然软土大大降低。深层搅拌桩也称为水泥土拌桩或石灰搅拌桩。

深层搅拌桩的原理与基本性能水泥加固土的原理是通过水泥水解、水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子交换、团粒化作用、炭酸化反应以及硬凝反应等一系列物理-化学作用，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土。水泥加固土的强度取决于被加固土的性质（含水量、有机质及烧失量等）和加固所使用的水泥品种、标号、掺入量以及外加剂等。加固土的抗压强度随着水泥掺入量的增大而增大，工程常用的水泥掺入比为12％～17％，一般水泥搅拌站试块无侧限抗压强度不小于1．2MPa，水泥砂浆搅拌桩试块无侧限抗压强度不小于2．0MPa)。

（1）干法施工。正式施工前应先打试验桩（也可利用工程桩），以掌握各项参数（气压、气量、送灰量及搅拌、提升速度等）；为了避免出现断桩，在施工过程中要及时检查送灰器中的材料容量；对于地下水位以上的桩，为了使水泥土的水解水化反应充分，施工完后地面浇水或者在施工时可加少量的水。为保证搅拌均匀，应考虑提升速度与搅拌速度匹配。采用干水泥粉或生石灰粉作为固化剂，利用搅拌机械和压缩空气将粉体送入地下，搅拌成桩。

（2）干法施工工序。桩架就位。（调整水平度和垂直度）正旋喷气下沉预搅到端设计标高反旋喷灰提钻上升到设计停灰面正旋喷灰下沉复搅到端设计标高反旋喷灰提钻上升复搅到设计停灰面关闭搅拌与送灰机械移至下一桩位。

（3）湿法施工。采用水泥浆搅拌法施工时，施工前应确定搅拌机械的压浆泵的输出量、浆液经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间以及设备提升速度等参数，并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比等方面参数和工艺要求（水灰比0.45～0.6，水泥掺量12%，每米掺灰量46g，宜掺加高效减水剂0.5%，喷浆压力不小于0.4MPa）。为保证桩端施工质量，确保浆液完全到达桩端，当浆液到达喷浆口后应在桩底标高处停留不少于3Os。

（4）湿法施工工序。搅拌机械就位（调整水平度和垂直度）预搅下沉（搅拌机预搅下沉时不宜冲水；当遇较硬土质下沉困难时，方可适量加水，但应考虑加水后的水灰比变化对桩身强度的影响）喷浆搅拌提升喷浆复搅下沉复搅提升到地面（为确保浆液能切实渗入土体，宜采用低流量输浆，快速上下往复搅拌一四喷四搅）关闭搅拌与输浆机械移至下一桩位。

二、深层搅拌法的优点

（1）搅拌时不会使地基产生大的震动和挤压，所以对周围原有建筑物的影响很小；

（2）由于深层搅拌法将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土；

（3）施工时无振动、无噪音、无污染，可在市区内和密集建筑群中进行施工；

（4）按照不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及配方，设计比较灵活；

（5）与混凝土类桩基相比，节省了大量的材料，并降低了造价。

（6）深层搅拌桩适用于路基土层含水量高、强度低、压缩性高的软弱土，并且该软弱土层深，面积大，在施工期间内稳定计算安全系数小于1.2的路堤，其主要用在施工后沉降不能满足要求的路段（见表1所示）。

表1容许工后沉降范围

三、工程实例

（一）工程概况

某工程地质层自上而下分别为：杂填土、耕植土、粉质粘土、淤泥、粉质粘土、粉砂、卵石、残积砂质粉粘土、全风化花岗岩、碎块状强风化花岗斑岩、碎块状强风化石英岩、砂土状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化辉绿岩、中风化花岗岩。由于路基下存在淤泥、粉质粘土等软弱地层，厚度大，软土物理力学性质差，严重影响路基的稳定性。需对基底软土层进行处理，以提高路基的承载力和控制工后沉降。

（二）设计要求

（1）根据设计要求，在本工程道路高填土路段(填高>2．0m)及桥头接坡处在原地面清表后进行水泥搅拌桩加固；遇浜塘路段时，必须对河浜进行筑坝、抽水和清淤。在清淤后的河浜底部分层回填适当厚度的粗粒土作为施工面，然后进行水泥搅拌桩加固：新建路基与现状道路路基结合处，将新建路基在lOm范围内用水泥搅拌桩加固。全线水泥搅拌桩处理共约95万m。

（2）设计参数：①桩径：500mm；②桩长：15m；③桩距：1．2m和1．5m两种，按等边三角形梅花型排列，布桩范围为路基坡脚处；④水泥搅拌桩桩体水泥掺量约为15％，约每立方米被加固土体水泥用量280kg，采用32．5级及以上普通硅酸盐水泥(不过期、不受潮、不结块)，水泥浆液水灰比O．4～0．5；⑤水泥土桩体9Od无侧限抗压强度不小于1．5MPa，应针对现场地基土质进行水泥土配比试验，并可根据工期要求、现场土质情况添加外掺剂(如：三乙醇胺、石膏等早强剂含量分别为水泥用量的0．05％、2％)。成桩7天桩体无侧限抗压强度应大于0．55MPa。2．2．6地基加固后复合地基承载力为100kPa(桩距1．5m)和120kPa(桩距1．2m)

（三）试桩

（1）深层搅拌水泥桩适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。当用于处理泥炭士或地下水具有侵蚀性时应通过试验确定其适用性。冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。

（2）深层搅拌桩施工是用搅拌头将水泥浆和软土强制拌和搅拌次数越多拌和越均匀水泥土的强度也超高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参觌以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。

（3）每个标段的试桩不少于5根，且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检验可采取7d后直接开挖取出，或者至少14d后取芯，以检验水泥搅拌桩均匀程度和水泥土强度。

（四）施工准备

（1）场地清理。搞好场地的三通（路通、水通、电通）一平，清除施工现场的障碍物，查清地下管线的位置及确定架空电线的位置、高度；且在一侧要开挖排水边沟，保证雨季场地不积水。对水田地段应排水疏干后挖除地表0．3～0．5m厚的种植土，旱地及旱田地段挖除地表植物根系，并用土回填至原地面。对于需要报废的水塘排水疏干，对不能报废的水塘围堰抽水后。用土回填至水塘埂高程处，回填土需要进行碾压，碾压密实至压实系数K≥0．9，地基系数K30~>60MPa／m。

（2）施工放样。用全站仪放出中心桩号和处理的边桩，然后用钢尺根据图纸要求标每排的位置，根据图纸要求每排桩位位置用钢尺标出每列位置，最后用竹片或小木桩固定桩位，并用石灰粉明示桩位位置，为了便于施工中有利于控制，将图纸中桩位位置用电脑制作出图片，标明桩号及每排每列桩位。

（3）机具准备。选用2台STB一3型单头深层水泥搅拌机，每台搅拌机配备灰浆拌和机1台，UBJ一1．8C1型挤压式灰浆泵l台以及相应的起吊和导向装置、电气控制盘。水泥浆泵站离深层搅拌机应小于50m，越近越好。

（五）定位

移位到指定桩号处，调平，利用桩机自身的塔架挂吊线锤，用经纬仪校正并标记刻度，保证钻机施工时的垂直度。

（六）搅拌下沉、提升速度控制

预搅下沉时不宜冲水，当遇到较硬土层下沉太慢时，可适当冲水，但应用缩小浆液水灰比或增加掺入浆液等方法来弥补冲水对桩身强度的影响。预搅下沉速度控制在0．38～0．75m／min，土体预搅应完全破碎，以利于同水泥浆均匀搅拌。提升速度控制在0.3～0.5m／min以内。施工时因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0．5m处，待恢复供浆时再喷浆提升，若停机3h以上，应拆卸输浆管路，清洗干净，防止恢复施工时堵管。

（七）冲洗输浆管、检查搅拌钻头

成桩后，用清水冲洗输浆管路，使之保持畅通以防堵管。清除钻头上的土，检查其是否损坏、磨损，若有损坏或磨损较大时，应及时更换或焊接维修。

四、施工常见问题及处理

（一）喷浆阻塞

喷浆阻塞的原因可能是水泥受潮结块或制浆池滤网破损或者是清浆不彻底。处理措施应改善现场水泥存储环境，及时清渣

并时常检查滤网的破损状况。

（二）喷浆不足

之所以产生喷浆可能是输浆管弯折、外压、泄漏或输浆管道过长，沿程压力损失大。施工中发现喷浆不足时，需整桩复搅，复喷的喷浆量不得少于设计用量。若停机时间超过3小时，必须立即进行全面清理，防止水泥在设备和管道中结块，影响施工。

（三）进尺受阻

原因可能是地下存有尚未清除的孤石、树根或其他。施工时，当遇到块石树根等不明障碍物时，钻头无法通过，这时可以采用人工挖孔排除障碍物但挖孔尽量不要影响周围的桩，挖的孔要用士分层回填夯实后，方可继续施工。

（四）速度失稳

原因可能是设备自身控制系统问题或机组人员操作不规范、不熟练，处理措施做到不合要求的设备不得进场，制定完善明确的责任制并搞好岗前培训。

五、质量检验

（1）水泥搅拌桩成桩7天可采用轻便触探法进行桩身质量检验。检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔取出桩芯嬲嚓其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。触探试验：根据现有的轻便触探击数（N10）与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度―般不超过4m。

（2）水泥搅拌桩成桩28d后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位送实验室做（3个―组）28d龄期的无侧限抗压强度试验，留―组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1％～1.5％。

（3）如果某段或某一桥头水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10％，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大干lO％小于20％时则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30％，该段水泥搅拌桩为不合格。

（4）对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。

（5）在特大桥桥台或软土层深厚的地方列施工质量有怀疑时，可在成桩28d后，由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于撒的0.2％，且不得小于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。

参考文献：

[1]黄世华，叶春茂，邹洪峰.深层搅拌桩施工技术在公路路基处理中的应用[J].西部探矿工程，2010（5）.

[2]董慧勇，孙利凯.深层搅拌桩处治软土地基应用探讨[J].中国新技术新产品，2010（12）.