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摘要: 本文首先介绍水泥搅拌桩及加固机理，分析水泥搅拌施工工艺与方法，详细介绍搅拌桩施工过程中的质量控制措施及水泥搅拌桩质量检测。
关键词: 公路工程; 水泥搅拌桩; 质量控制;检测
Abstract: this paper first introduces cement mixing pile and strengthening mechanism, analysis of cement mixing construction technique and method, detailed introduction mixing pile construction process of the quality control measures and cement mixing pile quality examination.
Key words: the highway engineering; Cement mixing pile; Quality control; detection
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
前言：
软土地基上的高速公路改扩建工程，选取适合的地基处理方案，减少新老路堤的差异沉降，是改扩建工程的关键技术之一。高速公路地基处理的方案很多。但对于改扩建工程而言，由于工期紧，施工场地狭窄，同时还要维持道路交通的正常运营等原因，软基处理较新建高速公路具有更高的要求。目前，在改扩建工程中最常用的软基处理方法中有桩网复合地基、塑料排水板、粉喷桩复合地基、CFG 桩复合地基、水泥搅拌桩复合地基等。其中水泥搅拌桩施工方法对于既有路堤的干扰小，较适合改扩建工程施工。水泥搅拌桩法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。本文结合珠三角软土地基区某高速公路改扩建工程，就水泥搅拌桩加固软土路基的施工工艺与质量控制进行阐述。
1 水泥搅拌桩及加固机理
水泥粘土固化过程的物理化学机理与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化作用主要是由砂石等骨料在水泥的水化作用下进行固化，由于水泥用量多，所以其凝结速度快，凝结强度高。而水泥土固化过程中由于水泥掺入量很少，它是由粘土包围水泥，水泥土的固化速度慢，强度低，并随含量的变化而改变。水泥搅拌桩水泥和土之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土的结构强度离散性越小，水泥搅拌桩地基的宏观总体强度就越高。
2 水泥搅拌施工工艺与方法
2．1 施工工艺试桩
搅拌桩施工前分区段进行工艺试桩，以掌握适用该区段的成桩经验及各种操作技术参数。成桩工艺试验桩不小于 5 根。工艺试桩应达到如下目的:
( 1) 确定灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间;
( 2) 确定搅拌下沉、提升速度和重复搅拌下沉、提升速度，钻进淤泥层时电流值;
( 3) 确定灰浆稠度( 水灰比) ;
( 4) 根据不同掺入量确定技术参数;
( 5) 确定工作压力;
( 6) 确定针对本工程的施工质量检验标准评价依据;
( 7) 检验施工设备及选定的施工工艺。
2．2 水泥搅拌桩施工工艺
水泥搅拌桩的施工工艺流程如图 1。
图 1 水泥搅拌桩的施工工艺流程图
( 1) 场地平整。清除桩位处地上、地下一切障碍( 包括砂垫层、土工膜和生活垃圾等) ; 场地低洼时回填粘土。
( 2) 测放桩位。根据测量交底，用明显的标记标出每个桩的桩位。
( 3) 组装架立搅拌桩机。检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、粉喷系统各部分安装试调情况、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，方可进行操作。浆罐装满料后，进料口加盖密封。安装钻机时，将钻机对准桩位，调平桩机机身以保证桩的垂直度。
( 4) 拌制浆液。深层搅拌机预搅调试的同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中。选用水泥标号 P.O42.5 普通硅酸水泥拌制浆液，水灰比控制 0.45 ～0. 55 范围，按照设计要求决定深层搅拌桩水泥用量。
( 5) 第一次喷浆搅拌下沉。启动搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，钻杆沿导向架搅拌下沉，待搅拌头下沉到设计桩顶标高后，开启灰浆泵，通过管路送浆至搅拌头出浆口，边喷浆下沉边搅拌，下沉速度应通过档位调控，终搅电流值不应大于 60 ～70A 综合控制。
( 6) 喷浆搅拌提升。喷浆下沉到达设计深度后，停止钻机，钻头反转，启动拉紧链条装置，按设计确定的提升速度( 不超过 1. 0m/min) 边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和土体充分拌和。
( 7) 重复搅拌下沉。搅拌钻头提升至设计桩顶标高后，重复搅拌下沉至设计深度，下沉速度按设计要求进行。
( 8) 重复搅拌提升。下沉到达设计深度后，采用慢速、重复搅拌提升，搅拌提升至设计桩顶标高以下 1m 时采用慢速以保证桩头施工质量。
( 9) 停机。将搅拌钻头提升到地面以上，停止主电机，停止空压机，填写施工记录。
( 10) 桩机移位。利用桩机液压系统，将桩机移到下一个桩位施工。
3 搅拌桩施工过程中的质量控制措施与注意事项
3. 1 施工质量控制措施
( 1) 严格控制水泥等材料质量。按照设计要求选用水泥的品种标号，并采取防潮、防雨淋措施，坚持先进库的水泥先用，后进库的水泥后用，避免水泥因放置时间长使标号降低。
( 2) 加强管理工作。制定具体的施工管理措施和适用的施工方法，对施工人员进行技术培训、技术交底、使作业人员心中有数; 指派技术水平高、精通地基加固知识的技术人员作技术指导或现场负责，使施工全过程处于规范化、规程化控制状态; 配备完整的制桩设备，具有可靠性和配套性机械，满足设计要求。
( 3) 确保桩体均匀性。施工时派人做好成桩记录，详细记录每根桩的位置、编号、喷浆量及喷浆深度、复搅深度等，发现问题及时纠正或采取补救措施; 成桩过程派专人监视输浆设备，避免输浆管道发生堵塞; 严格按要求控制喷浆量和提升速度，以保证桩体内每一深度均得到充分拌和。
( 4) 水泥攪拌桩针对性技术措施
①如果下沉速度太慢，阻力太大，可通过输浆管适当送水稀释土体以利钻进; 施工中采用流量泵控制喷浆速度，注浆泵出口压力保持在 0.4 ～0.6MPa。②设备就位后必须平整，确保施工过程中不发生倾斜和移动，机架和钻杆的垂直度偏差不大于1. 5% ，施工中采用吊锤观测钻杆的垂直度，如发现偏差过大，及时调整; 钻机桩位对中偏差不得大于50mm。③制备好的水泥浆不得有离析现象，停置时间不超过 3h，若停置时间过长，不使用; 严格按照试桩确定的参数控制喷浆量和搅拌提升速度; 为保证施工质量、提高工作效率、减少水泥浪费，尽量连续施工，输浆阶段必须保证足够的输浆压力，连续供浆;如因故短时间停浆，应将搅拌头下沉( 或提升) 至停浆点以下( 或以上) 0.5m 处，待恢复供浆后再喷浆搅拌提升( 或下沉) ; 如停浆超过 3h，宜对输浆管路全面清洗，防止水泥浆在管路中凝结影响施工。
④施工中如因地下障碍物等原因使钻杆无法钻进时及时通知监理及设计人员，以便及时采取补桩措施; 定期检查搅拌叶片的直径大小，如因磨损使叶片直径小于设计桩径时更换叶片。
3. 2 施工过程中的注意事项
施工过程中作好施工记录和计量记录，检查重点有: 加固料质量和用量、桩长、制桩过程有无断桩，桩体均匀、搅拌的转速、提升时间、复搅长度、补桩和补搅等。搅拌桩施工质量应符合建筑地基处理技术规范( JGJ79 － 2002) 要求; 搅拌桩施工有自动记录桩身长度、单位桩长水泥用量并能监测水泥是否到达喷浆孔底的自动记量装置。试桩过程中对该自动装置进行校核，正式施工过程中应不定期检查。
搅拌桩施工根据施工工艺及工艺性试验确定的操作参数进行，并随时注意记录压力、喷浆量、钻机钻进与提升速度、孔底电流等有关参数; 施工中严格控制喷浆、停浆时间、钻进深度、钻机垂直度及水平位置、停浆面标高、复搅深度等。
施工中不得中途中断喷浆，在尚未到达设计桩底标高和尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业; 若因停电或机械故障等原因而中断喷浆时，钻机下钻至断浆点下不小于 0. 5m 的位置，待恢复供浆时再喷浆提升; 按设计的喷浆量喷浆，施工中发现喷浆量不足时，及时对原桩复钻复喷，复喷的喷浆量仍不小于设计用量。施工过程中随时检查水泥加入量、剩余水泥量，复核每米喷浆量及成桩后喷浆总量。钻头直径磨损量不得大于 1cm; 水泥入浆罐之前经过4 目/cm2筛网过筛，除杂除块; 对输浆管经常检查，不得泄露及堵塞，管道长度以 60m 左右为宜，不得超过80m。
4 水泥搅拌桩质量检测
水泥搅拌桩质量控制应贯穿于施工的全过程，施工中必须经常检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点为水泥用量、桩长、搅拌头直径和转速、提升和下沉速度、复搅次数和深度以及停浆方法等。水泥搅拌桩的施工质量检验可采用以下方法:
( 1) 开挖检查。成桩 7d 后，采用浅部开挖桩头
( 深度宜超过停浆面下 0.5m，目测检查搅拌的均匀性、量测成桩直径，检查量为施工总桩数的 5%。
( 2) 搅拌桩非竖向承载体，仅进行完整性检测。在成桩 28d 后，采用双管单动取样器钻取芯样，检验水泥土抗压强度; 在桩上部、中部、下部随机选取芯样制成试块进行桩身抗压强度试验，直径不宜小于80mm，钻入桩端进入土层深度不应小于 3 倍桩径，检测数量为桩总数的 2%; 去芯位置: 沿桩径 2/5 轴线处垂直钻进，成桩 28d 后抽芯试验要求抗压强度
不低于 0.8MPa，90d 后抽芯试验要求抗压强度不低于 1.2MPa。
5 结束语
采用水泥搅拌桩处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基，能有效解决新路路基差异沉降。解决工后沉降量大、沉降速率收敛速度慢等问题，且施工对老路基的影响较小，施工机具设备简单轻便、施工灵活，可有效节约投资，缩短工期。运用水泥搅拌桩加固技术处理软基时，应根据设计计算参数，制定合理、适用的施工工艺; 在施工过程中要做好质量控制和各項工作的协调管理，这样才能保证桩基质量。
参考文献:
[1]崔绍炎．某工程深层搅拌桩成桩试验与检测的研究［J］．施工技术，2007( 1) : 53 －55．
[2]JTG F10 －2006，公路路基施工技术规范［S］．
[2]王洪昌，张晓鹏． 深层水泥搅拌桩在软土地基处理工程中的应用［J］．中南公路工程，2006，31( 6)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 公路工程; 水泥搅拌桩; 质量控制;检测
Abstract: this paper first introduces cement mixing pile and strengthening mechanism, analysis of cement mixing construction technique and method, detailed introduction mixing pile construction process of the quality control measures and cement mixing pile quality examination.
Key words: the highway engineering; Cement mixing pile; Quality control; detection
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
前言：
软土地基上的高速公路改扩建工程，选取适合的地基处理方案，减少新老路堤的差异沉降，是改扩建工程的关键技术之一。高速公路地基处理的方案很多。但对于改扩建工程而言，由于工期紧，施工场地狭窄，同时还要维持道路交通的正常运营等原因，软基处理较新建高速公路具有更高的要求。目前，在改扩建工程中最常用的软基处理方法中有桩网复合地基、塑料排水板、粉喷桩复合地基、CFG 桩复合地基、水泥搅拌桩复合地基等。其中水泥搅拌桩施工方法对于既有路堤的干扰小，较适合改扩建工程施工。水泥搅拌桩法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。本文结合珠三角软土地基区某高速公路改扩建工程，就水泥搅拌桩加固软土路基的施工工艺与质量控制进行阐述。
1 水泥搅拌桩及加固机理
水泥粘土固化过程的物理化学机理与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化作用主要是由砂石等骨料在水泥的水化作用下进行固化，由于水泥用量多，所以其凝结速度快，凝结强度高。而水泥土固化过程中由于水泥掺入量很少，它是由粘土包围水泥，水泥土的固化速度慢，强度低，并随含量的变化而改变。水泥搅拌桩水泥和土之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土的结构强度离散性越小，水泥搅拌桩地基的宏观总体强度就越高。
2 水泥搅拌施工工艺与方法
2．1 施工工艺试桩
搅拌桩施工前分区段进行工艺试桩，以掌握适用该区段的成桩经验及各种操作技术参数。成桩工艺试验桩不小于 5 根。工艺试桩应达到如下目的:
( 1) 确定灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间;
( 2) 确定搅拌下沉、提升速度和重复搅拌下沉、提升速度，钻进淤泥层时电流值;
( 3) 确定灰浆稠度( 水灰比) ;
( 4) 根据不同掺入量确定技术参数;
( 5) 确定工作压力;
( 6) 确定针对本工程的施工质量检验标准评价依据;
( 7) 检验施工设备及选定的施工工艺。
2．2 水泥搅拌桩施工工艺
水泥搅拌桩的施工工艺流程如图 1。
图 1 水泥搅拌桩的施工工艺流程图
( 1) 场地平整。清除桩位处地上、地下一切障碍( 包括砂垫层、土工膜和生活垃圾等) ; 场地低洼时回填粘土。
( 2) 测放桩位。根据测量交底，用明显的标记标出每个桩的桩位。
( 3) 组装架立搅拌桩机。检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、粉喷系统各部分安装试调情况、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，方可进行操作。浆罐装满料后，进料口加盖密封。安装钻机时，将钻机对准桩位，调平桩机机身以保证桩的垂直度。
( 4) 拌制浆液。深层搅拌机预搅调试的同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中。选用水泥标号 P.O42.5 普通硅酸水泥拌制浆液，水灰比控制 0.45 ～0. 55 范围，按照设计要求决定深层搅拌桩水泥用量。
( 5) 第一次喷浆搅拌下沉。启动搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，钻杆沿导向架搅拌下沉，待搅拌头下沉到设计桩顶标高后，开启灰浆泵，通过管路送浆至搅拌头出浆口，边喷浆下沉边搅拌，下沉速度应通过档位调控，终搅电流值不应大于 60 ～70A 综合控制。
( 6) 喷浆搅拌提升。喷浆下沉到达设计深度后，停止钻机，钻头反转，启动拉紧链条装置，按设计确定的提升速度( 不超过 1. 0m/min) 边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和土体充分拌和。
( 7) 重复搅拌下沉。搅拌钻头提升至设计桩顶标高后，重复搅拌下沉至设计深度，下沉速度按设计要求进行。
( 8) 重复搅拌提升。下沉到达设计深度后，采用慢速、重复搅拌提升，搅拌提升至设计桩顶标高以下 1m 时采用慢速以保证桩头施工质量。
( 9) 停机。将搅拌钻头提升到地面以上，停止主电机，停止空压机，填写施工记录。
( 10) 桩机移位。利用桩机液压系统，将桩机移到下一个桩位施工。
3 搅拌桩施工过程中的质量控制措施与注意事项
3. 1 施工质量控制措施
( 1) 严格控制水泥等材料质量。按照设计要求选用水泥的品种标号，并采取防潮、防雨淋措施，坚持先进库的水泥先用，后进库的水泥后用，避免水泥因放置时间长使标号降低。
( 2) 加强管理工作。制定具体的施工管理措施和适用的施工方法，对施工人员进行技术培训、技术交底、使作业人员心中有数; 指派技术水平高、精通地基加固知识的技术人员作技术指导或现场负责，使施工全过程处于规范化、规程化控制状态; 配备完整的制桩设备，具有可靠性和配套性机械，满足设计要求。
( 3) 确保桩体均匀性。施工时派人做好成桩记录，详细记录每根桩的位置、编号、喷浆量及喷浆深度、复搅深度等，发现问题及时纠正或采取补救措施; 成桩过程派专人监视输浆设备，避免输浆管道发生堵塞; 严格按要求控制喷浆量和提升速度，以保证桩体内每一深度均得到充分拌和。
( 4) 水泥攪拌桩针对性技术措施
①如果下沉速度太慢，阻力太大，可通过输浆管适当送水稀释土体以利钻进; 施工中采用流量泵控制喷浆速度，注浆泵出口压力保持在 0.4 ～0.6MPa。②设备就位后必须平整，确保施工过程中不发生倾斜和移动，机架和钻杆的垂直度偏差不大于1. 5% ，施工中采用吊锤观测钻杆的垂直度，如发现偏差过大，及时调整; 钻机桩位对中偏差不得大于50mm。③制备好的水泥浆不得有离析现象，停置时间不超过 3h，若停置时间过长，不使用; 严格按照试桩确定的参数控制喷浆量和搅拌提升速度; 为保证施工质量、提高工作效率、减少水泥浪费，尽量连续施工，输浆阶段必须保证足够的输浆压力，连续供浆;如因故短时间停浆，应将搅拌头下沉( 或提升) 至停浆点以下( 或以上) 0.5m 处，待恢复供浆后再喷浆搅拌提升( 或下沉) ; 如停浆超过 3h，宜对输浆管路全面清洗，防止水泥浆在管路中凝结影响施工。
④施工中如因地下障碍物等原因使钻杆无法钻进时及时通知监理及设计人员，以便及时采取补桩措施; 定期检查搅拌叶片的直径大小，如因磨损使叶片直径小于设计桩径时更换叶片。
3. 2 施工过程中的注意事项
施工过程中作好施工记录和计量记录，检查重点有: 加固料质量和用量、桩长、制桩过程有无断桩，桩体均匀、搅拌的转速、提升时间、复搅长度、补桩和补搅等。搅拌桩施工质量应符合建筑地基处理技术规范( JGJ79 － 2002) 要求; 搅拌桩施工有自动记录桩身长度、单位桩长水泥用量并能监测水泥是否到达喷浆孔底的自动记量装置。试桩过程中对该自动装置进行校核，正式施工过程中应不定期检查。
搅拌桩施工根据施工工艺及工艺性试验确定的操作参数进行，并随时注意记录压力、喷浆量、钻机钻进与提升速度、孔底电流等有关参数; 施工中严格控制喷浆、停浆时间、钻进深度、钻机垂直度及水平位置、停浆面标高、复搅深度等。
施工中不得中途中断喷浆，在尚未到达设计桩底标高和尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业; 若因停电或机械故障等原因而中断喷浆时，钻机下钻至断浆点下不小于 0. 5m 的位置，待恢复供浆时再喷浆提升; 按设计的喷浆量喷浆，施工中发现喷浆量不足时，及时对原桩复钻复喷，复喷的喷浆量仍不小于设计用量。施工过程中随时检查水泥加入量、剩余水泥量，复核每米喷浆量及成桩后喷浆总量。钻头直径磨损量不得大于 1cm; 水泥入浆罐之前经过4 目/cm2筛网过筛，除杂除块; 对输浆管经常检查，不得泄露及堵塞，管道长度以 60m 左右为宜，不得超过80m。
4 水泥搅拌桩质量检测
水泥搅拌桩质量控制应贯穿于施工的全过程，施工中必须经常检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点为水泥用量、桩长、搅拌头直径和转速、提升和下沉速度、复搅次数和深度以及停浆方法等。水泥搅拌桩的施工质量检验可采用以下方法:
( 1) 开挖检查。成桩 7d 后，采用浅部开挖桩头
( 深度宜超过停浆面下 0.5m，目测检查搅拌的均匀性、量测成桩直径，检查量为施工总桩数的 5%。
( 2) 搅拌桩非竖向承载体，仅进行完整性检测。在成桩 28d 后，采用双管单动取样器钻取芯样，检验水泥土抗压强度; 在桩上部、中部、下部随机选取芯样制成试块进行桩身抗压强度试验，直径不宜小于80mm，钻入桩端进入土层深度不应小于 3 倍桩径，检测数量为桩总数的 2%; 去芯位置: 沿桩径 2/5 轴线处垂直钻进，成桩 28d 后抽芯试验要求抗压强度
不低于 0.8MPa，90d 后抽芯试验要求抗压强度不低于 1.2MPa。
5 结束语
采用水泥搅拌桩处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基，能有效解决新路路基差异沉降。解决工后沉降量大、沉降速率收敛速度慢等问题，且施工对老路基的影响较小，施工机具设备简单轻便、施工灵活，可有效节约投资，缩短工期。运用水泥搅拌桩加固技术处理软基时，应根据设计计算参数，制定合理、适用的施工工艺; 在施工过程中要做好质量控制和各項工作的协调管理，这样才能保证桩基质量。
参考文献:
[1]崔绍炎．某工程深层搅拌桩成桩试验与检测的研究［J］．施工技术，2007( 1) : 53 －55．
[2]JTG F10 －2006，公路路基施工技术规范［S］．
[2]王洪昌，张晓鹏． 深层水泥搅拌桩在软土地基处理工程中的应用［J］．中南公路工程，2006，31( 6)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。