论文部分内容阅读
摘要：该文通过砂桩结合搅拌桩施工工艺在三江口水闸的成功实践应用，阐述了水泥搅拌桩在流塑性淤泥层中施工应采取的技术措施及质量控制要点。
关键词：水泥搅拌桩；砂桩；技术措施；质量
Abstract: this paper through the sand pile mixing pile construction technology with in the sanjiang mouth locks the successful practice of the application, this paper illustrates the cement mixing pile in the flow of silt layer of plastic construction should take the technical measures and quality control points.
Keywords: cement mixing pile; Sand pile; Technical measures; quality
中图分类号： O213.1文献标识码：A 文章编号：
1、引言
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。
水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度。但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。在流塑性淤泥层中其强度一般很难达到预期目标。
现以广东省江门市新会区虎坑水道区域地质情况为例，以在建水闸-三江口水闸的实际施工情况来说明搅拌桩在流塑性淤泥层中该如何应用及注意的细节。
2、工程概况
三江口水闸位于虎坑水道与八宝水道交汇口上游约 420m处，江门市新会区三江镇境内，工程对外交通运输较为方便。三江口水闸是广东省江新联围除险加固工程中拟新建的3个闭口闸之一，水闸的左岸上下游翼墙及闸室围封采用搅拌桩的基础，左岸上游搅拌桩共781根，下游搅拌桩共871根，闸室搅拌桩共557根。其中上下游翼墙基础内部大部分为矩形布置型式，周边采用连体搅拌桩包边，搅拌桩直径为Φ600mm，左岸翼墙共1652根，约32300m，闸室围封搅拌桩约4410m。搅拌桩所处地层主要为淤泥、淤质粘土层，其物理指标平均值：天然含水量w=72.9%，天然密度ρ=1.62g/cm3 ，含水量较为丰富。
3、地质概况
闸基地层从上到下垂向划分为人工填土、淤泥、砂质粘土、贝壳层、全风化花岗岩。左岸翼墙主要为淤泥质成分及少量回填土，其次为粉细砂，含少量粘性土，松散～稍密。
据地质勘察报告揭露，其淤泥层厚度为8.0m～15.3 m，淤泥层顶面高程-4.3～-7.5m，且本层广泛分布，主要为灰黑色淤泥，土质不均匀，局部夹淤质粉细砂，在河床部位多呈流塑状，局部为软～流塑状的淤泥质土。在两岸堤身填土之下由于具一定固结作用呈软～流塑状。天然密度ρ=1.62g/cm3。
全风化带(V)：风化较完全，呈砂质粘性土状，局部风化不均匀，局部夹强风化岩碎块，可塑～硬塑，底部呈坚硬状。本带埋深15.00m～34.30m，顶面高程-8.19m～-37.60m，厚度3.60m～27.50m。其主要物理指标平均值为：天然含水量w=25.1%，天然密度ρ=1.89g/cm3，孔隙比e=0.785，液限wL=35.3%，液性指数IL=0.39。主要力学指标平均值为：压缩系数av1-2=0.41MPa-1，压缩模量Es1-2=4.70MPa，为中压缩性土，饱和快剪试验抗剪强度参数平均值为Cq=26.5kPa，Φq=25.9°。
强风化带(IV)：风化剧烈，裂隙发育，裂面见绿泥石充填，局部见铁锰质渲染，岩体破碎，部分夹较多全风化，RQD=0。本带埋深23.50m～39.00m，顶面高程-20.65m～-43.39m，厚度0.25m～8.50m。
弱风化带(III)：裂隙较发育，以中陡倾角为主，裂面见绿泥石。岩石绿泥石化，部分见轻微蚀变，岩体完整性差，RQD=0～30%。本带埋深24.50m～45.00m，顶面高程-21.65m～-51.89m。
4、设计依据参数
由于此地区淤泥层较厚，且含水量较大，为了能够有效的指导搅拌桩施工，在正式施工前期进行了搅拌桩试桩，技术参数依据试桩结果而定。搅拌桩试桩抽芯检测结果如下表所示:
检测结果: 工艺为四搅二喷，水泥掺量为20%、18%、16%，其无侧限抗压强度平均值分别为1.71 Mpa、1.66Mpa、1.57 MPa；工艺为四搅二喷+1/2桩长复搅，水泥掺量为20%、18%、16%，其无侧限抗压强度平均值分别为1.8 Mpa、1.73Mpa、1.64 MPa； 尽管平均值基本达到设计要求的1.6Mpa，但抽芯结果显示搅拌桩自上而下其抗压强度呈递减趋势，且15m以下固结不理想，水泥粉分部不均匀，抗压强度在0.7～1.2 Mpa之间。
针对这一问题，建设、设计、勘察、监理、施工单位等经过多次讨论决定采用砂桩结合搅拌桩施工的方案，即先在搅拌桩桩位施工砂桩，再施工搅拌桩。此方案不但有效的提高了搅拌桩的抗压强度，弥补了15米以下强度不足的问题，而且减少了搅拌桩在淤泥层强度快速稳定的时间。
因此，工艺宜采用四搅二喷+1/2桩长复搅，20%与18%水泥掺量其抗压强度差别不大，且均已超出设计要求强度，拟采用18%水泥掺量，水泥强度等级要求42.5以上的普通硅酸盐水泥，下钻速度不得大于1.5m/min,提速不得大于0.8m/min。砂桩要求桩径600mm，要求采用中砂，相对密实度不小于0.7。
5、砂桩施工技术措施
振挤砂桩的成桩过程为：放线桩机就位对桩位振动下沉
按要求下沉至桩底 填砂 振动提升至地面反插下沉 提升成桩移位。
(1)桩机就位：将桩管垂直对准桩位中心，桩尖活瓣合拢，放松卷扬机钢绳，利用振动机及桩管自重，把桩尖压入土中。
(2)沉管：开动振动锤，桩管即在强迫振动下沉入土中，注意观察锤头电流值的变化，一般在100安左右。
(3)填料：用人工斗车或机动翻斗车往桩管内灌砂，直至灌满为止。为保证砂桩身的密实度，应按桩孔体积和砂在中密状态时的干密度计算其实际灌砂量，然后按1.20～1.40松散系数和扩孔系数估算用料量，一次上足或分两次投料，亦可超量投砂，即增投砂量，保证桩管全部拔出地面时，仍剩余一些砂料。砂料应采用淡水中粗砂，细度模数2.8以上，含泥量小于5%。待桩管沉到设计标高或锤头电流值达到120A以上时，加压留振5～10s后加砂，然后拔管2米留振10s后再往下反插30cm，然后再往上拔管2m留振10s后再往下反插30cm，重复以上步骤直到桩管拔出地面，同時控制提升速度及注意锤头电流，一般反插电流在110A左右。边振边均匀缓慢拔出桩管，直至桩管全部拔出，在设计桩顶以下1.0m范围进行反插（图5-1）。
6、搅拌桩工艺质量控制及技术措施
(1)搅拌桩使用的水泥品种水泥应按建材试验规定提前送检试验，合格后方可使用。
(2)搅拌桩垂直偏差不得大于1%，桩位偏差不得大于50mm，成桩桩长及直径不得小于设计值。
(3)在成桩过程中，如因送料管路堵塞或机械故障等原因而停止施工，第二次喷粉接桩时，复桩长度不得小于1m。
(4)喷搅达到桩顶设计标高时，宜停止提升，搅拌送料数秒，以保证桩头均匀密实，停喷位置为施工地面以下0.5m的停喷面。
(5)下沉钻头钻进时，应根据土质软硬，时时注意电流的变化，及时调档；提升喷搅时，均宜选择慢档提升，保证搅拌均匀。
(6)搅拌桩施工过程中，现场技术人员应与机台操作人员，水泥工密切配合，以确保桩长、桩身垂直度、掺量等重要指标满足设计要求。
(7)水泥入罐前应先过筛，确保无结块、无杂质，单桩掺量、停料时间等应有专人记录。
(8)施工记录必须有专人负责，记录内容要真实清晰，施工中出现的问题和处理情况，均须如实记录并汇总分析。
7、搅拌桩施工中注意的质量问题
(1)控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度。(2)严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。(3)定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗
量不得大于2cm。(4)当钻头提升至地面以下0.5m时，喷粉机应停止喷粉。(5)当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉，在第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度不得小
于1m。(6)粉喷桩施工时，泵送水泥必须连续，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人
记录，其用量误差不得大于±1%。(7)为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，偏差不超
过1%。(8)搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的
时间需专人记录，深度应达到設计要求，时间误差不得大于5秒，
(9)储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg，如储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。 (10)粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等。
8、质量检测
(1)检测采用钻孔取芯，钻芯取样送检，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。
(2)喷粉桩取芯时，取芯位置应取在桩径1/2处，而不应取在桩中心处，因粉喷桩桩体中心是钻杆占据的空间，成桩后中心部位强度较低，易造成桩体强度偏小的假象。
(3)粉喷桩属地下隐蔽工程，施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响，因而其质量控制要贯穿于施工的全过程。
(4)施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况，记录其处理方法及措施。成桩7天内浅部开挖桩头，其深度宜为0.5m，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径。检查频率为10%。
(5)成桩28天后，采用钻孔取芯法对其进行芯样强度检测。
在搅拌桩施工完毕28d后，检测单位对其进行了抽芯检测，检测结果大大超出预想的结果，其中0～7m抗压强度平均值为2.5Mpa, 7～15m抗压强度平均值为1.9Mpa, 15m以下抗压强度平均值为1.5Mpa,由于部分20m桩长过深，施工过程中底部压力过大，超出了空压机所能承受的压力，抗压强度平均值维持在1.2 Mpa左右。芯样图片如图8-1所示：
图5-1 图8-1
9、结论
淤泥质地基加固中，特别是淤泥层较厚，含水量较大的软基地层中，建议采用砂桩结合粉喷桩的施工工艺。其优点为：造价低廉，施工简单易操作。依据检测结果笔者建议：搅拌桩桩长不宜超过15m。
作者简介：贺乾生(1985-),男，技术员，主要从事水利、市政工程施工现场技术管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：水泥搅拌桩；砂桩；技术措施；质量
Abstract: this paper through the sand pile mixing pile construction technology with in the sanjiang mouth locks the successful practice of the application, this paper illustrates the cement mixing pile in the flow of silt layer of plastic construction should take the technical measures and quality control points.
Keywords: cement mixing pile; Sand pile; Technical measures; quality
中图分类号： O213.1文献标识码：A 文章编号：
1、引言
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。
水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度。但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。在流塑性淤泥层中其强度一般很难达到预期目标。
现以广东省江门市新会区虎坑水道区域地质情况为例，以在建水闸-三江口水闸的实际施工情况来说明搅拌桩在流塑性淤泥层中该如何应用及注意的细节。
2、工程概况
三江口水闸位于虎坑水道与八宝水道交汇口上游约 420m处，江门市新会区三江镇境内，工程对外交通运输较为方便。三江口水闸是广东省江新联围除险加固工程中拟新建的3个闭口闸之一，水闸的左岸上下游翼墙及闸室围封采用搅拌桩的基础，左岸上游搅拌桩共781根，下游搅拌桩共871根，闸室搅拌桩共557根。其中上下游翼墙基础内部大部分为矩形布置型式，周边采用连体搅拌桩包边，搅拌桩直径为Φ600mm，左岸翼墙共1652根，约32300m，闸室围封搅拌桩约4410m。搅拌桩所处地层主要为淤泥、淤质粘土层，其物理指标平均值：天然含水量w=72.9%，天然密度ρ=1.62g/cm3 ，含水量较为丰富。
3、地质概况
闸基地层从上到下垂向划分为人工填土、淤泥、砂质粘土、贝壳层、全风化花岗岩。左岸翼墙主要为淤泥质成分及少量回填土，其次为粉细砂，含少量粘性土，松散～稍密。
据地质勘察报告揭露，其淤泥层厚度为8.0m～15.3 m，淤泥层顶面高程-4.3～-7.5m，且本层广泛分布，主要为灰黑色淤泥，土质不均匀，局部夹淤质粉细砂，在河床部位多呈流塑状，局部为软～流塑状的淤泥质土。在两岸堤身填土之下由于具一定固结作用呈软～流塑状。天然密度ρ=1.62g/cm3。
全风化带(V)：风化较完全，呈砂质粘性土状，局部风化不均匀，局部夹强风化岩碎块，可塑～硬塑，底部呈坚硬状。本带埋深15.00m～34.30m，顶面高程-8.19m～-37.60m，厚度3.60m～27.50m。其主要物理指标平均值为：天然含水量w=25.1%，天然密度ρ=1.89g/cm3，孔隙比e=0.785，液限wL=35.3%，液性指数IL=0.39。主要力学指标平均值为：压缩系数av1-2=0.41MPa-1，压缩模量Es1-2=4.70MPa，为中压缩性土，饱和快剪试验抗剪强度参数平均值为Cq=26.5kPa，Φq=25.9°。
强风化带(IV)：风化剧烈，裂隙发育，裂面见绿泥石充填，局部见铁锰质渲染，岩体破碎，部分夹较多全风化，RQD=0。本带埋深23.50m～39.00m，顶面高程-20.65m～-43.39m，厚度0.25m～8.50m。
弱风化带(III)：裂隙较发育，以中陡倾角为主，裂面见绿泥石。岩石绿泥石化，部分见轻微蚀变，岩体完整性差，RQD=0～30%。本带埋深24.50m～45.00m，顶面高程-21.65m～-51.89m。
4、设计依据参数
由于此地区淤泥层较厚，且含水量较大，为了能够有效的指导搅拌桩施工，在正式施工前期进行了搅拌桩试桩，技术参数依据试桩结果而定。搅拌桩试桩抽芯检测结果如下表所示:
检测结果: 工艺为四搅二喷，水泥掺量为20%、18%、16%，其无侧限抗压强度平均值分别为1.71 Mpa、1.66Mpa、1.57 MPa；工艺为四搅二喷+1/2桩长复搅，水泥掺量为20%、18%、16%，其无侧限抗压强度平均值分别为1.8 Mpa、1.73Mpa、1.64 MPa； 尽管平均值基本达到设计要求的1.6Mpa，但抽芯结果显示搅拌桩自上而下其抗压强度呈递减趋势，且15m以下固结不理想，水泥粉分部不均匀，抗压强度在0.7～1.2 Mpa之间。
针对这一问题，建设、设计、勘察、监理、施工单位等经过多次讨论决定采用砂桩结合搅拌桩施工的方案，即先在搅拌桩桩位施工砂桩，再施工搅拌桩。此方案不但有效的提高了搅拌桩的抗压强度，弥补了15米以下强度不足的问题，而且减少了搅拌桩在淤泥层强度快速稳定的时间。
因此，工艺宜采用四搅二喷+1/2桩长复搅，20%与18%水泥掺量其抗压强度差别不大，且均已超出设计要求强度，拟采用18%水泥掺量，水泥强度等级要求42.5以上的普通硅酸盐水泥，下钻速度不得大于1.5m/min,提速不得大于0.8m/min。砂桩要求桩径600mm，要求采用中砂，相对密实度不小于0.7。
5、砂桩施工技术措施
振挤砂桩的成桩过程为：放线桩机就位对桩位振动下沉
按要求下沉至桩底 填砂 振动提升至地面反插下沉 提升成桩移位。
(1)桩机就位：将桩管垂直对准桩位中心，桩尖活瓣合拢，放松卷扬机钢绳，利用振动机及桩管自重，把桩尖压入土中。
(2)沉管：开动振动锤，桩管即在强迫振动下沉入土中，注意观察锤头电流值的变化，一般在100安左右。
(3)填料：用人工斗车或机动翻斗车往桩管内灌砂，直至灌满为止。为保证砂桩身的密实度，应按桩孔体积和砂在中密状态时的干密度计算其实际灌砂量，然后按1.20～1.40松散系数和扩孔系数估算用料量，一次上足或分两次投料，亦可超量投砂，即增投砂量，保证桩管全部拔出地面时，仍剩余一些砂料。砂料应采用淡水中粗砂，细度模数2.8以上，含泥量小于5%。待桩管沉到设计标高或锤头电流值达到120A以上时，加压留振5～10s后加砂，然后拔管2米留振10s后再往下反插30cm，然后再往上拔管2m留振10s后再往下反插30cm，重复以上步骤直到桩管拔出地面，同時控制提升速度及注意锤头电流，一般反插电流在110A左右。边振边均匀缓慢拔出桩管，直至桩管全部拔出，在设计桩顶以下1.0m范围进行反插（图5-1）。
6、搅拌桩工艺质量控制及技术措施
(1)搅拌桩使用的水泥品种水泥应按建材试验规定提前送检试验，合格后方可使用。
(2)搅拌桩垂直偏差不得大于1%，桩位偏差不得大于50mm，成桩桩长及直径不得小于设计值。
(3)在成桩过程中，如因送料管路堵塞或机械故障等原因而停止施工，第二次喷粉接桩时，复桩长度不得小于1m。
(4)喷搅达到桩顶设计标高时，宜停止提升，搅拌送料数秒，以保证桩头均匀密实，停喷位置为施工地面以下0.5m的停喷面。
(5)下沉钻头钻进时，应根据土质软硬，时时注意电流的变化，及时调档；提升喷搅时，均宜选择慢档提升，保证搅拌均匀。
(6)搅拌桩施工过程中，现场技术人员应与机台操作人员，水泥工密切配合，以确保桩长、桩身垂直度、掺量等重要指标满足设计要求。
(7)水泥入罐前应先过筛，确保无结块、无杂质，单桩掺量、停料时间等应有专人记录。
(8)施工记录必须有专人负责，记录内容要真实清晰，施工中出现的问题和处理情况，均须如实记录并汇总分析。
7、搅拌桩施工中注意的质量问题
(1)控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度。(2)严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。(3)定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗
量不得大于2cm。(4)当钻头提升至地面以下0.5m时，喷粉机应停止喷粉。(5)当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉，在第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度不得小
于1m。(6)粉喷桩施工时，泵送水泥必须连续，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人
记录，其用量误差不得大于±1%。(7)为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，偏差不超
过1%。(8)搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的
时间需专人记录，深度应达到設计要求，时间误差不得大于5秒，
(9)储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg，如储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。 (10)粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等。
8、质量检测
(1)检测采用钻孔取芯，钻芯取样送检，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。
(2)喷粉桩取芯时，取芯位置应取在桩径1/2处，而不应取在桩中心处，因粉喷桩桩体中心是钻杆占据的空间，成桩后中心部位强度较低，易造成桩体强度偏小的假象。
(3)粉喷桩属地下隐蔽工程，施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响，因而其质量控制要贯穿于施工的全过程。
(4)施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况，记录其处理方法及措施。成桩7天内浅部开挖桩头，其深度宜为0.5m，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径。检查频率为10%。
(5)成桩28天后，采用钻孔取芯法对其进行芯样强度检测。
在搅拌桩施工完毕28d后，检测单位对其进行了抽芯检测，检测结果大大超出预想的结果，其中0～7m抗压强度平均值为2.5Mpa, 7～15m抗压强度平均值为1.9Mpa, 15m以下抗压强度平均值为1.5Mpa,由于部分20m桩长过深，施工过程中底部压力过大，超出了空压机所能承受的压力，抗压强度平均值维持在1.2 Mpa左右。芯样图片如图8-1所示：
图5-1 图8-1
9、结论
淤泥质地基加固中，特别是淤泥层较厚，含水量较大的软基地层中，建议采用砂桩结合粉喷桩的施工工艺。其优点为：造价低廉，施工简单易操作。依据检测结果笔者建议：搅拌桩桩长不宜超过15m。
作者简介：贺乾生(1985-),男，技术员，主要从事水利、市政工程施工现场技术管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。