试论水泥搅拌桩在公路软基加固的应用

摘要：水泥搅拌桩是近年来研发出的一种新型软基处理有效形式。本文结合工程实例，重点介绍水泥搅拌桩中试桩的施工工艺以及有关质量控制措施，完工后进行成桩效果质量检验，效果明显，具有一定推广价值。

关键词：水泥砂浆搅拌桩试桩软基加固质量控制质量检验

随着科学技术的发展，水泥搅拌桩的出现，成为了公路软基处理的一种有效形式。水泥搅拌桩是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、中砂,增加地基土中的粗颗粒含量，降低地基土的塑性指数，改良土的物理力学性质指标，明显提高桩体无侧限抗压强度。该工艺成桩强度明显提高，可广泛用于软土地基加固处理。

1工程概况

某标段公路路段，共长约9km，有软土路基工点9处，其中有3处软土在16m以内，路基填土高在13～17m间的均采用水泥砂浆搅拌桩加固处理，设计要求复合地基承载力达到145kpa以上，单桩承载力达到137kN以上（成桩28d后静载试验累计沉降不超过4cm），桩身成桩28d后取心无侧限抗压强度大于2MPa，填筑路基的工后沉降不大于20mm。

2试桩

2.1试桩布置

桩径50cm，间距1.2m×1.2m，桩长2～15m，桩身28d无侧限抗压强度2MPa，桩底到硬土层。由于施工单位以前未涉及此类桩，所以根据设计要求按3种不同水泥掺量和灰砂比分别做3组9根试验桩，以获取第一手原始数据来指导大面积的施工。

2.2试桩目的

通过试验桩确定以下施工参数：

（1）每米水泥最佳用量和喷浆量；

（2）最佳水灰质量比、灰砂质量比；

（3）喷浆压力、搅拌提升、下钻速度；

（4）砂浆搅拌和压送配套设备；

（5）水泥、砂材料的选用。

根据要求，采用了42．5号塔牌水泥和细砂，水泥掺入量不小于被加固湿土重量的15％～20％，并严格按照相关规定分别配制水泥砂浆液。

2.3施工过程

钻机采用SJB－II型，电机（30KW）安装在空心钻杆顶部，钻头有上下2层45号钢制叶片，直径50cm，每根桩下钻和提升过程为：旋转钻松软土到硬壳持力层、提升喷浆搅拌、下沉再次喷浆搅拌、二次提升喷浆搅拌出地面。

2.4施工工艺

（1）场地预先整平（在软土层上填30cm左右好土不需压），然后按1．2m×1．2m间距放出竹签样，随后钻机就位、调平、钻头对准桩位。

（2）启动钻机使其钻杆沿导向架向下旋转拌松软土层，开始拌松钻进速度可取在1～1．5

m／min间，视土层情况可换档调整，直至达到设计探明的深度。虽然设计有地质钻孔，但因数量有限会导致实际每根桩的最终深度不一，为此采取在下钻过程中将工作电流值额定在50A，随时观察设备运行和土层地质的变化，当工作电流突然大于50A并且一直保持30s后，可以判定钻头已下到设计所需的硬底持力层。

（3）一旦钻头到了硬底持力层就开始原位就地喷砂浆搅拌60s左右，然后慢速（0．6～1m／min间）上提边搅边喷到地面完成第一次喷浆搅拌，随即再慢速边搅边喷下沉到桩底完成一次复喷，最后上提边搅边喷到地面完成二次复喷。

整个施工过程用时16～25min不等（桩长在6～12m间），经拌浆站计算和流量计得出用浆量为79L／m，压浆泵可压入71L／min浆液，喷浆压力在0．4～0．8MPa间。

2.5质量控制要点

通过3组9根试验桩，总结出施工工艺质量控制要点如下：

（1）原材料中的水泥、细砂、水。一般来说，材料供应方的水泥不会出什么问题，主要是细砂的含泥量不得超标，拌浆用水要用没被污染的清水（井水、自来水等）。

（2）制浆质量。按配合比称重要准确，每盘误差不得超过1％，搅拌时间不少于3min，在没有接到机班组发来送浆信号前拌好的前几盘浆不能停顿，要慢速搅拌（此时已被放到搅拌机下的大圆柱桶里储备），当收到送浆信号后立即开动压浆泵送出浆液，此时在制浆－放浆到下桶－送出浆液的过程不得停顿才能保证喷浆的连续性。

（3）搅拌速度。水泥砂浆和软土搅拌在一起必须是个慢喂的过程，速度太快就会导致不均匀和喷浆不够的后果，所以此时钻头的上下速度必须控制在0．7m／min以内，在桩底原地搅拌时间每次不少于1min（共有2次）。

（4）喷浆数量。水泥砂浆压送到桩孔里的数量多少直接关系到成桩后的取心强度值，通过9根试验桩的施工过程综合确定出每米桩长用浆量为79L，此数量是通过安装在钻机工作台上的流量记录仪打出的电脑小票和拌浆站实际造浆送出数量核对后得出的，控制的关键在于对流量计录仪进行初始标定并不得随便调校，同时对拌送浆过程进行旁站检查。

（5）成孔深度。成孔桩底是否真正钻到了硬底持力层也是单桩承载力能否达到设计要求的关键，通过试验桩施工时观察电机工作电流超过50A并能持续30s，同时机器出现突然颤抖的现象来加以判断。

3成桩效果质量检验

3.1轻型触探试验

试验桩在成桩24h后用轻型触探仪对桩顶进行触探试验，用于观察搅拌的均匀程度和初期强度，经试验得知，3组轻型触探击数N10均大于15击，固结效果良好。

3.2取心检验

试验桩成桩28d后，在桩中心用双管单动取心器在全长范围内取心来检验桩体的完整性和均匀性，并对每根桩取出的心样在上中下3个不同深度段截取做无侧限抗压强度，抗压强度试验结果是：I组1.5～2.1 MPa，II组1.9～2.4MPa，III组2.3～3.2M动作MPa。

3.3单桩承载力和复合地基检测

试验桩成桩28d后，对每组抽取一根做设计荷载2倍（240kN）的静载试验，结果是：I组I－2桩经五级加载后累计下沉了4.9cm，II组II－1桩经五级加载后累计下沉了3.2cm，III组III－3桩经5级加载后累计下沉了2.1cm。

复合地基检验结果是：I组区145kpa，II组区168kpa，III组区175kpa。

3.4成桩效果质量检验小结

通过对3组9根试验桩的全面质量检测，并对成果汇总作出分析评价后一致认为：选用第III组60kg／m的水泥掺量，水灰质量比0．7∶1，灰砂质量比1∶0．3，浆液相对密度1．81最能满足设计要求，其桩身的完整性、均匀性最佳，因此决定采第III组的配比用于大面积的施工。

砂浆桩验收后开始分层填筑路基，按1次／3d的频率进行沉降观测测得数据为：各观测点的沉降量平均在2～4mm间，月最大沉降量平均在20～45mm间，填筑完后的累计沉降量在12～23cm间，工后6个月累计沉降量均在7～15mm间，完全满足客货共线设计车速250km／h路基工后最大沉降量不大于20mm的要求。

4优点分析

软土处理工艺优点可归纳为以下几点：

（1）设备投入操作简单，成本低，全套设备在20万元左右。

（2）生产效率高，处理速度快，每台机24h可完成500～600m。

（3）处理成本低，每米桩的工料机直接成本在30～35元间（根据各地的水泥、人工价格不同），比碎石桩和CFG桩便宜。

（4）处理效果好，等于在软土层中压进了水泥砂浆完成固结，单桩和复合地基承载力比碎石桩要好，等同CFG桩效果。

（5）施工过程环保且无大的噪声干扰，可以夜间通宵施工，比起碎石挤密桩有明显的优势。

（6）施工便道要求低，只需要把水泥、砂材料运到路边适当的地点拌浆即可，不再动用其他大型拌和及运输设备，比CFG桩有明显的优势。

5 结束语

实践证明，采用水泥砂浆桩处理公路软土地基是可行的，处理效果显著，处理后可很快投入使用。但是施工中必须要确保施工质量，因此，紧抓施工环节，加强水泥砂浆桩的现场施工管理，才能确保工程质量。

参考文献

[1] 赵健勇，水泥搅拌桩在软土地基中的应用研究[J]交通标准化，2009.01

[2] 郝身彪 罗兰美，水泥搅拌桩在高速公路涵式桥基础处理中的应用[J]施工技术，2006.12