水泥深层搅拌桩在软土软基加固中的应用

摘要: 通过对水泥深层搅拌桩加固机理的分析，结合工程实例，对水泥深层搅拌桩加固软土地基在工程中的应用提出一些看法。

关键词: 水泥深层搅拌桩加固软土地基应用

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

一、水泥深层搅拌桩加固地基的基本原理

1、深层搅拌桩的特点

深层水泥搅拌桩是利用水泥等材料作为固化剂，通过特殊的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。水泥深层搅拌桩技术的特点：

（1）适用范围广。水泥深层搅拌桩技术适用于淤泥、淤泥质土、粉质粘土、粉土等软土地基，目前在粉砂土地基中最大施工深度达19米。

（2）处理可靠，渗透系数小。采用双排梅花型的布置形式，处理更加可靠，水泥土28天龄期的抗渗系数小于a*10-7cm/s。

（3）施工机具简单。所用的施工机具比较简单，目前市场上有生产。

（4）充分利用软土。由于利用深层搅拌机就地将土体和水泥固化剂强制进行搅拌，充分的利用软土，避免了大量挖掘和弃土。

（5）对周围环境无污染。在加固过程中对周围土体无扰动，施工时无振动、无噪间，对周围环境无污染。

（6）节约资金。与目前常用的混凝土地下连续墙、地下喷浆等防渗技术相比，处理费用低廉。

2、工艺原理

软土与水泥采用机械深层搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，在水泥加固中，由于水泥的掺量很小（直径0.5m，高1m加固土加入50kg的水泥），水泥水解和水化反应完全是在有一定活性的介质—土的围绕下进行，土质条件对于搅拌桩桩身质1量的影响主要有两个方面，一是土体的物理力学性质对搅拌桩桩身水泥土搅拌均匀性的影响；二是土体的物理化学性质对桩身水泥土强度增加的影响，因此水泥土硬化速度缓慢且作用复杂。

（1）水泥的水解和水化反应。普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化碳、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成。由这些不同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、硫酸钙等将水泥拌入软土后，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中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化合物，反应过程中所生成的氢氧化钙、水化硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水反应，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和，当溶液达到饱和后，水分子虽然继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中形成胶体。

（2）粘土颗粒与水泥水化物的作用。当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。

（3）碳酸化作用。水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，能增加水泥土强度，但增长速度较慢，幅度也较小。

二、水泥深层搅拌桩的工程应用

1、工程概况

某道路服务区用地为软弱土质，其地层自上至下为：（1）填筑土：灰黄色，以细纱为主，松散，未压实，层厚1.1～1.8m。（2）淤质粉砂：深灰色，松散，饱和，含较多淤质，层厚1.2～3.4m。（3）粉砂：浅灰色，松散饱和，局部夹细砂，层厚2.9～9.8m。（4）残积亚粘土：褐黄色，硬塑，很湿，可作持力层。服务区修建前对地基进行加固处理。工程设计基础处理采用水泥土搅拌桩，桩径为500mm，有效桩长均为10m，水灰比0.5，采用32.5R级普通硅酸盐水泥作为固化剂，水泥掺入量应大于加固土质量的17%，且不小于60kg/m。成桩后复合地基承载力达到150kPa。

2、施工流程

施工准备钻机定位预搅钻终孔停钻喷浆提升二次搅拌喷浆提升钻头提升至地面移机至下一个桩位

3、施工要点

（1）施工准备。

①场地应先整平，清除桩位处地上、地下一切障碍物（包括大块石、树根和生活垃圾等），场地低洼处用粘性土料回填夯实，不得用杂填土回填。

②由现场技术员根据设计图纸和测量控制点放出桩位，桩位平面偏差不大于5cm。

（2）桩机定位。利用自行移动深层搅拌机到达指定桩位对中，为保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于50mm，导向架和搅拌轴应与地面垂直，垂直度的偏离不应超过1%。

（3）浆液配制。水泥采用不低于42.5普通硅酸盐42.5，浆液的配制要严格控制水灰比，一般为0.5—0.6为宜，水泥要抽检，加入的水应有定量容器，使用砂浆搅拌机搅拌时，每次搅拌时间不宜少于3min。

（4）喷浆成桩，动灰浆泵，证实浆液从喷嘴喷出时启动桩机向下旋转钻进喷浆成桩并连续喷入水泥浆液，钻头搅拌速度一般为0.6～1.2m/min之间，转速60r/min左右，喷浆压力控制在1.0—1.4Mpa，喷浆量控制30L/min，钻进喷浆到设计桩长或层位后，原地喷浆30s，再反转匀速提升。

（5）提升搅拌，搅拌头自桩底反转匀速搅拌提升，直到地面，搅拌头如被软土包裹时，应及时清除。

（6）重复钻进搅拌及提升搅拌成桩，按上述步骤钻进及提升搅拌成桩，其喷浆量根据设计要求，如已达到设计要求，只需复搅不再送浆，成桩完毕后，开动浆泵清洗管路中残存的水泥浆。

（7）关闭搅拌机、移位。关闭搅拌机，移动搅拌机至下一个桩位。

4、施工质量控制措施

（1）保证垂直度。为使搅拌桩基本垂直于地面，要特别注意深层搅拌机的平整度和导向架对地面的垂直度，应控制机械的垂直度偏斜不超过1%。

（2）保证桩位准确度。布桩位置与设计误差不得大于2㎝，而成桩桩位偏差不应超过55㎝。钻机必须到达指定桩位，使钻头中心对准设计桩。

（3）水泥应符合要求。对于喷浆搅拌工艺所使用的水泥浆要严格按设计的配合比拌制，制备好的水泥浆不得有离析现象，停置时间不宜过长，为防止水泥浆发生离析，应将水泥浆留在灰浆拌制机中进行不断搅动，直至送浆前才缓慢倒入集料斗中，对停置时间超过2小时的水泥浆应降低标号使用。

（4）确保搅拌施工的均匀性。①搅拌机械预搅下沉时，应使土体充分搅碎，对遇到硬土，搅拌机下沉速度过慢时，对于喷浆搅拌可采用冲水下沉，但在喷浆提升前必须将输浆管中的存水排净。②严格按设计确定的参数控制水泥浆的喷出量和搅拌提升速度，水泥的供应量必须连续；对遇到淤泥持土，搅拌时间应适量延长，同时应加大水泥浆量。一旦因故中断，必须将搅拌头下沉到停浆面以下0.5m处，待恢复供浆后再搅拌提升，以防断桩。③应控制重复搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。

（5）成桩的检验。制桩完成后，须达到要求的龄期后方可进行开挖，清理桩头时不得使用重锤或重型机械，宜用小锤、短钎等轻便工具操作以免损伤桩头。

5、深层搅拌桩复合地基质量检验

为了检验深层搅拌桩复合地基的施工质量，本工程用抽芯检验桩身质量及桩长；用荷载试验检测单桩和复合地基的强度及其变形规律；用静力触探检测桩间土的加固效果。用三种方法综合评价复合地基加固效果和施工质量。经检验，商业区深层搅拌桩复合地基质量普遍较好，达到设计要求。

6、深层搅拌桩复合地基的沉降观测

由于深层搅拌桩复合地基加固软土地基的效果会受加固路段所处地质条件、施工质量等因素的影响而出现较大差异。为了进一步验证深层搅拌桩复合地基的加固效果，研究其加固机理和沉降规律，定期对深层搅拌桩处理区进行沉降观测从沉降观测结果来看，深层搅拌桩复合地基的沉降大大低于塑料排水板处理区域的沉降，且沉降大多发生在加载最初的半个月内，且沉降不明显。

三、结束语

水泥搅拌桩施工属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工的各环节，严格施工过程的管理非常重要。施工质量的控制更是一项细致的技术工作。最好建立施工班组白检互检，技术负责人抽检的质量保证体系。