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【摘 要】 随着我国环渤海经济圈规划的实施，天津吹海造田而成的临港工业区迎来了前所未有的发展机遇，也面临着一系列软土地基所带来的危害。为了确保建筑及设备的地基承载力、工后沉降量、沉降速率等满足各项设计要求，降低后期成本，我们必须采取有效措施对软土地基进行处理。在天津和谐型大功率机车检修基地工程中采用了水泥土搅拌桩加固工艺，该工艺采用水泥作为固化剂，对软土地基能够起到很好的加固效果，能够从根本上保证工程的整体质量。本文通过叙述水泥土搅拌桩的加固机理以及软土地基的危害和工例，并对水泥土搅拌桩加固软土地基技术要点进行了详细的探讨。
【关键词】 水泥土搅拌桩;加固技术;软土地基;工艺特点;技术要点
一、引言
所谓水泥土搅拌桩加固软土地基，就是在钻进成孔过程中利用水泥、石灰等材料作为固化剂，外加一定的渗合剂，使用特种深层搅拌机械将浆液或粉状固化剂喷入软土地基的深层，经强制就地搅拌和合，使原位软土与固化剂均匀混合并发生一系列物理化学反应，硬结成水泥土桩或水泥土块，形成整体性、水稳定性和一定强度的复合地基。与原位软土相比，水泥土强度高、压缩模量大、渗透系数小，可较大幅度地提高地基承载力。
二、软土地基的危害和后果
在我国铁路线路及动车段建设的施工过程中，软土地基所带来的危害已经成为了施工单位最为重视的问题。由于软土地基的性质因地而异，因层而异，存在着很大的不可预见性，因此，在施工过程中，若稍有不慎，就会带来严重的质量事故，由软土地基引起的危害以及危害形成的原因主要有以下几个方面：
1、施工的过程中，若工程的地基属于软土地基，且没有对其采取有效的处理措施，那么就很容易造成基础下沉、失稳，甚至危及邻近其他建筑。如中山县附近的狮窖口桥，由于在施工的过程中，对其存在的软土地基没有进行科学的处理，导致地基出现了严重下沉的现象，使桥台被推坏，拱体也受到了一定程度的损伤，新公路旁边的老公路也被挤移，附近的厂房和民房也因此而受到了损伤。
2、如果在施工的过程中，对软土地基的处理不得当，也无法避免软土地基带来的危害。比如2009年7月发生的石太客专K178+910处路基下沉事故，经分析，主要是因为所提供的地质资料不准确，且填料、工艺控制不严，加之排水系统不完善，从而造成了铁路建设工程质量大事故，影响了运输秩序，危及了行车安全。
3、桥台发生变位以致损坏也是软土地基所带来的危害之一。在软土地基上的桥台，无论其基础采用的是支承桩还是摩擦桩，台背填土都会造成其发生较大的沉降，这种现象，轻则桥台发生位移或下沉，重则会对桥台造成程度不一的损坏。产生这种情况的原因主要是由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用而引起的。
三、水泥土搅拌技术加固软土地基具有以下优点：
1、深层搅拌技术由于将固化剂和原位软土就地搅拌混和，因而最大限度地利用了原土。
2、按照不同地基性质及工程设计要求，可以合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活。
3、施工时无振动，无噪音，无地面隆起，不污染环境，对邻近建筑物不产生有害影响，可在市区和密集建筑群中进行施工。
4、与钢筋混凝土桩基相比，施工速度快且节省大量的水泥钢材，造价相对较低。
基于上述原因，该技术在铁路、工业与民用建筑、水利工程等方面均得到较为广泛的应用，既可作为复合地基，又可作为承重桩、防渗帷幕及深基坑支护防治工程。
四、水泥土搅拌桩的加固机理
水泥土攪拌桩加固软土地基，一般是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主要添加剂，通过搅拌机对软土和调制好的固化剂进行搅拌，在搅拌的过程中，水泥和软土之间会产生一系列的化学反应，软土地基在经过这些化学反应之后，就会形成具有整体性和水稳定性的复合地基，从而在根本上提高地基的承载力，确保工程的质量达到需求。在施工过程中所呈现出来的水泥搅拌桩的加固机理如下：水泥浆（粉）与地基土在外力作用下（桩头搅拌力及水泥浆（粉）压入压力）均匀搅拌，进行水化反应并形成具有一定强度的水泥土桩（即所谓半刚性桩）。部分水泥浆（粉）在灌浆压力作用下发生水化反应并渗入桩体周边的土体中形成桩体，增大了桩体与桩间土的摩擦系数，提高了桩体承载力，并与桩间土共同形成良好的复合地基。根据地质资料，本工程地基主要为淤泥及淤泥质土，含水量较高，采用水泥搅拌法时由于水泥的水化作用，在一定程度上减少了地基土中自由水的含量，桩间土产生一定的固结作用，使桩间土本身强度有所提高，从而导致复合地基承载力的提高。
五、水泥土搅拌桩加固软土地基的技术要点
湿法（水泥浆喷射搅拌法）和干法（水泥粉喷射搅拌法）是水泥土搅拌桩法主要的两种施工方法。具体采用哪一种施工方法取决于被加固地质的土层含水量。当地质土层的含水量低于30%的时候，适合采用水泥浆喷射搅拌法，反之，当地质土层的含水量高于50%的时候，适合采用水泥粉喷射搅拌法。如果介于两者之间时可视具体情况灵活选择。湿法搅拌较均匀，易于复搅，但加固硬化时间长，土层天然含水量过高时，桩间土多余的孔隙水需要较长的时间才能排除。干法搅拌均匀性欠佳，难于全程复搅，但水泥硬化时间短，且在一定程度上降低了桩间土的含水量。
1、水泥浆喷射搅拌法技术要点
第一，竖向承载搅拌桩施工时，停浆（灰）面应高于桩顶设计标高0.3-0.5m。开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量差的桩段用人工挖除。第二，搅拌桩的垂直度偏差不得超过百分之一，桩位布置偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。第三，制备的水泥浆不能离析，泵送必须连续。第四，预搅下沉时，要严格控制下沉速度，使土被完全切割破碎。第五，预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层下沉太慢时，才可适量冲水。第六，预搅下沉时就开启压浆，容易造成后来的涌浆和水泥浪费现象，也给桩头开挖和清理工作带来麻烦，应尽量避免。第七，如果出现断浆现象时，应及时将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m，再重新开启压浆泵开始压浆、提升。若停机超过3h，宜先拆卸输浆管道，并加以清洗。
2、水泥粉喷射搅拌法技术要点
第一，喷粉施工前应仔细检查搅拌机械、供粉泵、送气（粉）管路、接头和阀门的密封性、可靠性，送气（粉）管路的长度不宜大于60m。第二，根据钻杆是否垂直来判断机身是否调平，操作时用钻锤吊线进行控制。第三，钻至一定深度时，必须有一定的停留时间，以确保水泥粉体到达桩底。停留时间一般为两三分钟左右。第四，当气压达到0.4MPa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，这时应将搅拌头下沉至停灰面以下1m处，待恢复喷粉时再将喷粉搅拌头提升。第五，当搅拌头达到设计桩底以上1.5米时，应立即开启喷粉机提前进行喷粉作业。当搅拌头提升至地面以下500mm时，喷粉机应停止喷粉。第六，粉体固化料入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0.5cm，无纸屑、石块等杂物。第七，设计上要求搭接的桩体需连续施工，一般相邻的施工时间不超过8小时。第八，在地基土天然含水量小于30%的土层中喷粉成桩时，应采用地面注水搅拌工艺。
六、结束语
尽管水泥土搅拌桩的理论研究水平在其大量的应用中得到了很大的提高，其与砼桩设计相似，由于室内试验对实际桩体的强度模拟的复杂度，以及搅拌桩本身的隐蔽性和特殊性，决定了其必然存在一定不足之处。所以，为了使深层搅拌桩技术日趋完善合理，我们必须在工程实践中多进行室内外试验检测从而修正有关参数，通过设备更新和工艺的调整，解决桩长、拌和均匀性等施工常见问题。
参考文献：
[1]宁玉宽，陈四利，刘斌：《水泥土搅拌桩的加固机理及其应用》，《西部探矿工程》，2005年06期
[2]郑俊杰：《地基处理技术》，《华中科技大学》，2009年11期
[3]何开胜：《水泥土搅拌桩的施工质量问题和解决方法》，《岩土力学》，2002年23期
[4]肖重华：《深层搅拌桩在大海子水库除险加固工程中的应用》，《地质灾害与环境保护》，2003年03期
【关键词】 水泥土搅拌桩;加固技术;软土地基;工艺特点;技术要点
一、引言
所谓水泥土搅拌桩加固软土地基，就是在钻进成孔过程中利用水泥、石灰等材料作为固化剂，外加一定的渗合剂，使用特种深层搅拌机械将浆液或粉状固化剂喷入软土地基的深层，经强制就地搅拌和合，使原位软土与固化剂均匀混合并发生一系列物理化学反应，硬结成水泥土桩或水泥土块，形成整体性、水稳定性和一定强度的复合地基。与原位软土相比，水泥土强度高、压缩模量大、渗透系数小，可较大幅度地提高地基承载力。
二、软土地基的危害和后果
在我国铁路线路及动车段建设的施工过程中，软土地基所带来的危害已经成为了施工单位最为重视的问题。由于软土地基的性质因地而异，因层而异，存在着很大的不可预见性，因此，在施工过程中，若稍有不慎，就会带来严重的质量事故，由软土地基引起的危害以及危害形成的原因主要有以下几个方面：
1、施工的过程中，若工程的地基属于软土地基，且没有对其采取有效的处理措施，那么就很容易造成基础下沉、失稳，甚至危及邻近其他建筑。如中山县附近的狮窖口桥，由于在施工的过程中，对其存在的软土地基没有进行科学的处理，导致地基出现了严重下沉的现象，使桥台被推坏，拱体也受到了一定程度的损伤，新公路旁边的老公路也被挤移，附近的厂房和民房也因此而受到了损伤。
2、如果在施工的过程中，对软土地基的处理不得当，也无法避免软土地基带来的危害。比如2009年7月发生的石太客专K178+910处路基下沉事故，经分析，主要是因为所提供的地质资料不准确，且填料、工艺控制不严，加之排水系统不完善，从而造成了铁路建设工程质量大事故，影响了运输秩序，危及了行车安全。
3、桥台发生变位以致损坏也是软土地基所带来的危害之一。在软土地基上的桥台，无论其基础采用的是支承桩还是摩擦桩，台背填土都会造成其发生较大的沉降，这种现象，轻则桥台发生位移或下沉，重则会对桥台造成程度不一的损坏。产生这种情况的原因主要是由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用而引起的。
三、水泥土搅拌技术加固软土地基具有以下优点：
1、深层搅拌技术由于将固化剂和原位软土就地搅拌混和，因而最大限度地利用了原土。
2、按照不同地基性质及工程设计要求，可以合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活。
3、施工时无振动，无噪音，无地面隆起，不污染环境，对邻近建筑物不产生有害影响，可在市区和密集建筑群中进行施工。
4、与钢筋混凝土桩基相比，施工速度快且节省大量的水泥钢材，造价相对较低。
基于上述原因，该技术在铁路、工业与民用建筑、水利工程等方面均得到较为广泛的应用，既可作为复合地基，又可作为承重桩、防渗帷幕及深基坑支护防治工程。
四、水泥土搅拌桩的加固机理
水泥土攪拌桩加固软土地基，一般是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主要添加剂，通过搅拌机对软土和调制好的固化剂进行搅拌，在搅拌的过程中，水泥和软土之间会产生一系列的化学反应，软土地基在经过这些化学反应之后，就会形成具有整体性和水稳定性的复合地基，从而在根本上提高地基的承载力，确保工程的质量达到需求。在施工过程中所呈现出来的水泥搅拌桩的加固机理如下：水泥浆（粉）与地基土在外力作用下（桩头搅拌力及水泥浆（粉）压入压力）均匀搅拌，进行水化反应并形成具有一定强度的水泥土桩（即所谓半刚性桩）。部分水泥浆（粉）在灌浆压力作用下发生水化反应并渗入桩体周边的土体中形成桩体，增大了桩体与桩间土的摩擦系数，提高了桩体承载力，并与桩间土共同形成良好的复合地基。根据地质资料，本工程地基主要为淤泥及淤泥质土，含水量较高，采用水泥搅拌法时由于水泥的水化作用，在一定程度上减少了地基土中自由水的含量，桩间土产生一定的固结作用，使桩间土本身强度有所提高，从而导致复合地基承载力的提高。
五、水泥土搅拌桩加固软土地基的技术要点
湿法（水泥浆喷射搅拌法）和干法（水泥粉喷射搅拌法）是水泥土搅拌桩法主要的两种施工方法。具体采用哪一种施工方法取决于被加固地质的土层含水量。当地质土层的含水量低于30%的时候，适合采用水泥浆喷射搅拌法，反之，当地质土层的含水量高于50%的时候，适合采用水泥粉喷射搅拌法。如果介于两者之间时可视具体情况灵活选择。湿法搅拌较均匀，易于复搅，但加固硬化时间长，土层天然含水量过高时，桩间土多余的孔隙水需要较长的时间才能排除。干法搅拌均匀性欠佳，难于全程复搅，但水泥硬化时间短，且在一定程度上降低了桩间土的含水量。
1、水泥浆喷射搅拌法技术要点
第一，竖向承载搅拌桩施工时，停浆（灰）面应高于桩顶设计标高0.3-0.5m。开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量差的桩段用人工挖除。第二，搅拌桩的垂直度偏差不得超过百分之一，桩位布置偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。第三，制备的水泥浆不能离析，泵送必须连续。第四，预搅下沉时，要严格控制下沉速度，使土被完全切割破碎。第五，预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层下沉太慢时，才可适量冲水。第六，预搅下沉时就开启压浆，容易造成后来的涌浆和水泥浪费现象，也给桩头开挖和清理工作带来麻烦，应尽量避免。第七，如果出现断浆现象时，应及时将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m，再重新开启压浆泵开始压浆、提升。若停机超过3h，宜先拆卸输浆管道，并加以清洗。
2、水泥粉喷射搅拌法技术要点
第一，喷粉施工前应仔细检查搅拌机械、供粉泵、送气（粉）管路、接头和阀门的密封性、可靠性，送气（粉）管路的长度不宜大于60m。第二，根据钻杆是否垂直来判断机身是否调平，操作时用钻锤吊线进行控制。第三，钻至一定深度时，必须有一定的停留时间，以确保水泥粉体到达桩底。停留时间一般为两三分钟左右。第四，当气压达到0.4MPa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，这时应将搅拌头下沉至停灰面以下1m处，待恢复喷粉时再将喷粉搅拌头提升。第五，当搅拌头达到设计桩底以上1.5米时，应立即开启喷粉机提前进行喷粉作业。当搅拌头提升至地面以下500mm时，喷粉机应停止喷粉。第六，粉体固化料入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0.5cm，无纸屑、石块等杂物。第七，设计上要求搭接的桩体需连续施工，一般相邻的施工时间不超过8小时。第八，在地基土天然含水量小于30%的土层中喷粉成桩时，应采用地面注水搅拌工艺。
六、结束语
尽管水泥土搅拌桩的理论研究水平在其大量的应用中得到了很大的提高，其与砼桩设计相似，由于室内试验对实际桩体的强度模拟的复杂度，以及搅拌桩本身的隐蔽性和特殊性，决定了其必然存在一定不足之处。所以，为了使深层搅拌桩技术日趋完善合理，我们必须在工程实践中多进行室内外试验检测从而修正有关参数，通过设备更新和工艺的调整，解决桩长、拌和均匀性等施工常见问题。
参考文献：
[1]宁玉宽，陈四利，刘斌：《水泥土搅拌桩的加固机理及其应用》，《西部探矿工程》，2005年06期
[2]郑俊杰：《地基处理技术》，《华中科技大学》，2009年11期
[3]何开胜：《水泥土搅拌桩的施工质量问题和解决方法》，《岩土力学》，2002年23期
[4]肖重华：《深层搅拌桩在大海子水库除险加固工程中的应用》，《地质灾害与环境保护》，2003年03期