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摘要:水泥搅拌桩是目前常用的一种止水措施，但在实际工程中，由于种种原因，水泥搅拌止水帷幕桩失效的情况也时有发生，导致基坑工程事故的发生。文章根据具体工程，对水泥搅拌止水帷幕桩失效情况进行了分析，并采取了相关的对策，取得了较好的效果，对今后这类问题的解决提供很好的范例。
关键词:基坑；水泥搅拌止水帷幕桩；失效分析；对策；搅拌工艺
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章編号：
随着城市建设迅速发展，建筑基坑工程日益增多。决定基坑支护成败的因素很多，但起决定性作用的主要有二个，一是挡土结构的可靠性；二是基坑止水帷幕的严密性。对于地下水位较高的场地，基坑止水和挡土同样重要。如果止水失败，同样会产生严重的后果。目前一般采用的止水措施有灌浆法、高压喷射注浆法、搅拌桩法等。对于防渗加固深度在20m以内的止水帷幕工程，水泥搅拌止水帷幕桩以其施工简单、进度快、成本低、振动与噪音小等优点，而最为常用。但是，在实际工程中，由于种种原因，水泥搅拌止水帷幕桩失效的情况也时有发生，导致基坑工程事故的发生，并且延误了深基坑施工的工期。下面，以某基坑工程为例，针对水泥搅拌止水帷幕桩失效情况进行了分析。
1 工程慨况
某工程建筑基坑底面积为3799m2；建设总建筑面积为21250m2，地上主体结构14层，地下1层；基础采用桩基加1m厚筏板形式，桩基为旋挖桩:Ф1200，200根，Ф1000，8根，共计208根桩基。桩基顶相对标高设计为-7.5m，需将7～8m土层开挖形成基坑，再在基坑底部进行人工挖孔桩施工；为了便于后续施工，在基坑周边采取止水措施将水拦在外面。目前，常用止水措施主要有水泥搅拌桩和高压喷射注浆桩两种。这两种止水帷幕是利用特制的机械在地下用水泥和软土强制搅拌成“水泥土”，水泥和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性﹑稳定性和一定强度，具有止水作用；水泥搅拌桩较为经济。根据该工程特点，止水帷幕选用水泥搅拌桩。
2 水泥搅拌止水帷幕桩失效分析
2.1 水泥搅拌止水帷幕桩施工方法
2.1.1 施工工艺流程(图1-图2)
图1 施工工艺流程
图2水泥搅拌桩施工工艺流程图
2.1.2 湿法施工方法
(1)钻孔对位
按放样标识的桩位，移动钻机主机，使钻头对准小木桩，操作液压杆调整机身塔架及钻杆垂直度，安装好深度计并调零，试机送气检查管线是否畅通、气密性良好。
(2)钻杆钻进
启动送浆泵，开启钻机，边送浆边钻进，随钻杆进桩加固的土体在原位搅动切碎，钻头钻至设计深度原位转动不再钻进。
(3)喷浆、搅拌成桩
钻头钻至设计深度，立即开启喷浆机，确认钻头喷浆后开始提升钻杆，整个喷浆制桩过程中边喷浆，边搅拌，边提升连续作业，钻头提升至设计停灰面时，停止喷浆，钻头原位搅动1min后将钻头边搅拌边提升至地面。在整个过程中，详细记录每米喷灰量，确认成桩的喷灰量、垂直度、桩体等指标满足设计规范要求后方可移机进行下一根打设，否则重新补打。
(4)相邻桩的搭接(图3)
图4 相邻搅拌桩搭接示意图
a.在每根桩的施工过程中，随时注意桩体的垂直度
b.严格控制相邻桩桩的搭接间距，每根桩的中心偏差不得在大于±4cm。
c.相邻两桩施工间隔不超过12h。
(5)该工程水泥搅拌桩，桩径Ф500，间距350，桩与桩间咬合150，达到基岩面可终孔。为了确保搅拌桩的质量，达到良好的止水效果，必须严格控制钻孔深度、用灰量、提升速度，严格按照设计每米水泥用量，提升速度不超过2m/min。施工时应严格按照设计桩位、桩长以及确定的参数施工。
2.2 水泥搅拌止水帷幕桩失效原因
(1)不上强度层位都是因为有黑色硬质夹层段，虽经挖掘机进行过翻挖处理，但土质较厚无法处理到位，仍以泥碳土为主，由于浸水环境中的植物性残骸大量沉积于地层中，在厌气状况下，经微生物部分分解作用，形成的黑色或暗褐色矿物。泥碳土的含水量及有机质含量很高，影响普通水泥固结，从而出现凝固差、不上强度等现象。
(2)该层在挖掘过程中就发现含水量较大，不是纯粹的粉细砂层，采用湿法施工对水泥浆的吸收不是很好，具体反映为吃浆量少，孔口返浆量大，从而影响桩身凝固及固结强度。
(3)水泥搅拌桩止水帷幕采用普通水泥，而普通水泥防耐蚀性较差，从而强度很低，将达不到止水的效果。
(4)水泥用量较少是水泥搅拌止水帷幕桩不上强度的原因之一。
a.水灰比:0.55。
b.现场配合比(表1)。
表1 现场配合比
c.每米水泥用量＝桩长×桩的设计截面积×土的密度×掺量系数，即:水泥用量＝3.14×0.25×0.25×1700×15%=50kg/m。
3 水泥搅拌止水帷幕桩失效分析
水泥搅拌止水帷幕桩是靠水泥和软土中的水泥和土之间发生一系列的物理﹑化学反应而形成强度，不同的土质、水泥品种、搅拌工艺会产生不同的加固效果，我们应从水泥品种、搅拌工艺、水泥等级﹑水泥掺量等方面来进行分析。
3.1 水泥
3.1.1 矿渣水泥
(1)使用范围
a.矿渣水泥使用于普通混凝土高强、防渗、超高强、高性能混凝土及预制拌杆、管、大型桥梁等行业，强度高、表面光洁。
b.矿渣水泥使用于受海水侵蚀的海洋工程，码头、水库及隧道工程。
c.矿渣水泥使用于各种环境下的基础工程，高速公路、机场跑道等。
(2)性能特点
与普通混凝土相比，矿渣超细粉混凝土后期强度增长率较高，耐蚀性好，干燥收缩和徐变值较低。新拌矿渣混凝土工作度良好，坍落度经时损失有所减少，易振捣，泌水性少。
3.1.2 矿渣水泥同普通水泥最大的区别
(1)掺料:矿渣水泥石灰石或粒化高炉矿渣产量为6%～15%，而普通水泥掺量为5%以内。
(2)性能:普通水泥早期强度和后期强度增长都比较快，在低温情况下增长速度也比矿渣水泥快，抗腐蚀性能比较差，水化热高抗冻、耐磨性好；矿渣水泥早期和低温环境下强度增长较慢，后期增长速度较快，水化热较低，抗腐蚀性、耐热性较好，但干缩变形大，析水性大，耐磨性差。厚大体积混凝土和在高湿环境或永远处在水下的混凝土优先选用矿渣水泥。
3.2 搅拌工艺
3.2.1 湿法工艺
按设计的水灰比先将水泥和水搅拌均匀成水泥浆，再用加压泵输送到钻机直达转动的钻头喷浆同泥土搅拌成桩(钻头钻至设计深度，立即开启喷浆机，确认钻头喷浆后开始提升钻杆，整个喷浆制桩过程中边喷浆，边搅拌，边提升连续作业，钻头提升至设计停灰面时，停止喷浆，钻头原位搅动1min后将钻头边搅拌边提升至地面)。
3.2.2 干法工艺(又称粉体喷搅法)
按设计的每米水泥掺量，将水泥放入加压灌，用计算机控制每米掺量，再用加压泵将水泥干粉送到钻机直达转动的钻头喷粉同泥土搅拌成桩(钻的过程同湿法)。
3.3 水泥掺量及等级
根据常规作法，水泥采用普通水泥掺量为15%﹑等级为PC32.5R。
此前进行的水泥搅拌止水帷幕桩的施工，从水泥品种﹑搅拌工艺﹑水泥等级﹑水泥掺量都没有根据该工程土质为泥碳土地质情况出发，所以止水桩强度低不成桩。后来根据泥碳土的性质，选择水泥品种﹑搅拌工艺﹑水泥等级﹑水泥掺量等进行试验。
4 成功试验
根据以上水泥搅拌止水帷幕桩强度低不成桩的原因分析和《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》(TB10113-96)，采取9组方式进行试验；即搅拌工艺:湿法工艺和干法工艺；操作参数；水泥:普通水泥和矿渣水泥；水泥用量:50kg/m和67kg∕m分别试验。
4.1 试验
(1)搅拌工艺为湿法施工，操作工艺参数用单搅单喷，水泥采用矿渣水泥，进行搅拌止水桩试验。
(2)搅拌工艺为干法施工，操作工艺参数用单搅单喷，进行搅拌止水桩试验。
(3)用干法工艺施工，对操作工艺参数进行调整，即两搅两喷，控制搅拌均匀度，进行搅拌止水桩试验。
4.2 取样检验
用试件将每组返到桩口的“水泥土”做成试块，在水泥搅拌止水帷幕桩试验完后，隔7d对试件进行强度试压，结果是干法工艺施工，两搅两喷，矿渣水泥，水泥等级为42.5R，水泥掺量每米20%(即67kg/m)的两根搅拌桩强度最高，即强度试压值为1.7MPa，其值大于《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》(TB10113-96)规定“7d的强度不得低于0.5MPa”要求；然后，决定采用这组试验的工艺方法、水泥品种、水泥掺量、水泥等级、两搅两喷钻该工程止水帷幕桩。通过后续基坑开挖施工以及人工挖孔桩施工，这种水泥搅拌止水帷幕桩达到了止水效果，满足了设计要求。本次试验成功充分说明，泥碳土地质不能采用湿法工艺和普通水泥作搅拌止水桩。
5 结论
总之，在基坑支护工程中，水泥搅拌止水帷幕桩质量的高低会直接影响到工程整体的质量与进度。通过本文的分析可知，在地质较特殊的情况下，水泥搅拌止水帷幕桩不能用常规的经验来施工，一定要查清工程所在位置的地质情况，并试验成功后，才能进行施工。只有这样，才能提高水泥搅拌止水帷幕桩的施工质量，确保工程的顺利进行。
参考文献
[1] 陈志强;徐伟;张宇.深基坑水泥搅拌桩止水帷幕失效分析与修复[J].施工技术,2012年第S1期
[2] 张瑞锦,黄文铮.深层搅拌桩止水帷幕工程质量控制[J].工程质量,2003年第09期
关键词:基坑；水泥搅拌止水帷幕桩；失效分析；对策；搅拌工艺
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章編号：
随着城市建设迅速发展，建筑基坑工程日益增多。决定基坑支护成败的因素很多，但起决定性作用的主要有二个，一是挡土结构的可靠性；二是基坑止水帷幕的严密性。对于地下水位较高的场地，基坑止水和挡土同样重要。如果止水失败，同样会产生严重的后果。目前一般采用的止水措施有灌浆法、高压喷射注浆法、搅拌桩法等。对于防渗加固深度在20m以内的止水帷幕工程，水泥搅拌止水帷幕桩以其施工简单、进度快、成本低、振动与噪音小等优点，而最为常用。但是，在实际工程中，由于种种原因，水泥搅拌止水帷幕桩失效的情况也时有发生，导致基坑工程事故的发生，并且延误了深基坑施工的工期。下面，以某基坑工程为例，针对水泥搅拌止水帷幕桩失效情况进行了分析。
1 工程慨况
某工程建筑基坑底面积为3799m2；建设总建筑面积为21250m2，地上主体结构14层，地下1层；基础采用桩基加1m厚筏板形式，桩基为旋挖桩:Ф1200，200根，Ф1000，8根，共计208根桩基。桩基顶相对标高设计为-7.5m，需将7～8m土层开挖形成基坑，再在基坑底部进行人工挖孔桩施工；为了便于后续施工，在基坑周边采取止水措施将水拦在外面。目前，常用止水措施主要有水泥搅拌桩和高压喷射注浆桩两种。这两种止水帷幕是利用特制的机械在地下用水泥和软土强制搅拌成“水泥土”，水泥和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性﹑稳定性和一定强度，具有止水作用；水泥搅拌桩较为经济。根据该工程特点，止水帷幕选用水泥搅拌桩。
2 水泥搅拌止水帷幕桩失效分析
2.1 水泥搅拌止水帷幕桩施工方法
2.1.1 施工工艺流程(图1-图2)
图1 施工工艺流程
图2水泥搅拌桩施工工艺流程图
2.1.2 湿法施工方法
(1)钻孔对位
按放样标识的桩位，移动钻机主机，使钻头对准小木桩，操作液压杆调整机身塔架及钻杆垂直度，安装好深度计并调零，试机送气检查管线是否畅通、气密性良好。
(2)钻杆钻进
启动送浆泵，开启钻机，边送浆边钻进，随钻杆进桩加固的土体在原位搅动切碎，钻头钻至设计深度原位转动不再钻进。
(3)喷浆、搅拌成桩
钻头钻至设计深度，立即开启喷浆机，确认钻头喷浆后开始提升钻杆，整个喷浆制桩过程中边喷浆，边搅拌，边提升连续作业，钻头提升至设计停灰面时，停止喷浆，钻头原位搅动1min后将钻头边搅拌边提升至地面。在整个过程中，详细记录每米喷灰量，确认成桩的喷灰量、垂直度、桩体等指标满足设计规范要求后方可移机进行下一根打设，否则重新补打。
(4)相邻桩的搭接(图3)
图4 相邻搅拌桩搭接示意图
a.在每根桩的施工过程中，随时注意桩体的垂直度
b.严格控制相邻桩桩的搭接间距，每根桩的中心偏差不得在大于±4cm。
c.相邻两桩施工间隔不超过12h。
(5)该工程水泥搅拌桩，桩径Ф500，间距350，桩与桩间咬合150，达到基岩面可终孔。为了确保搅拌桩的质量，达到良好的止水效果，必须严格控制钻孔深度、用灰量、提升速度，严格按照设计每米水泥用量，提升速度不超过2m/min。施工时应严格按照设计桩位、桩长以及确定的参数施工。
2.2 水泥搅拌止水帷幕桩失效原因
(1)不上强度层位都是因为有黑色硬质夹层段，虽经挖掘机进行过翻挖处理，但土质较厚无法处理到位，仍以泥碳土为主，由于浸水环境中的植物性残骸大量沉积于地层中，在厌气状况下，经微生物部分分解作用，形成的黑色或暗褐色矿物。泥碳土的含水量及有机质含量很高，影响普通水泥固结，从而出现凝固差、不上强度等现象。
(2)该层在挖掘过程中就发现含水量较大，不是纯粹的粉细砂层，采用湿法施工对水泥浆的吸收不是很好，具体反映为吃浆量少，孔口返浆量大，从而影响桩身凝固及固结强度。
(3)水泥搅拌桩止水帷幕采用普通水泥，而普通水泥防耐蚀性较差，从而强度很低，将达不到止水的效果。
(4)水泥用量较少是水泥搅拌止水帷幕桩不上强度的原因之一。
a.水灰比:0.55。
b.现场配合比(表1)。
表1 现场配合比
c.每米水泥用量＝桩长×桩的设计截面积×土的密度×掺量系数，即:水泥用量＝3.14×0.25×0.25×1700×15%=50kg/m。
3 水泥搅拌止水帷幕桩失效分析
水泥搅拌止水帷幕桩是靠水泥和软土中的水泥和土之间发生一系列的物理﹑化学反应而形成强度，不同的土质、水泥品种、搅拌工艺会产生不同的加固效果，我们应从水泥品种、搅拌工艺、水泥等级﹑水泥掺量等方面来进行分析。
3.1 水泥
3.1.1 矿渣水泥
(1)使用范围
a.矿渣水泥使用于普通混凝土高强、防渗、超高强、高性能混凝土及预制拌杆、管、大型桥梁等行业，强度高、表面光洁。
b.矿渣水泥使用于受海水侵蚀的海洋工程，码头、水库及隧道工程。
c.矿渣水泥使用于各种环境下的基础工程，高速公路、机场跑道等。
(2)性能特点
与普通混凝土相比，矿渣超细粉混凝土后期强度增长率较高，耐蚀性好，干燥收缩和徐变值较低。新拌矿渣混凝土工作度良好，坍落度经时损失有所减少，易振捣，泌水性少。
3.1.2 矿渣水泥同普通水泥最大的区别
(1)掺料:矿渣水泥石灰石或粒化高炉矿渣产量为6%～15%，而普通水泥掺量为5%以内。
(2)性能:普通水泥早期强度和后期强度增长都比较快，在低温情况下增长速度也比矿渣水泥快，抗腐蚀性能比较差，水化热高抗冻、耐磨性好；矿渣水泥早期和低温环境下强度增长较慢，后期增长速度较快，水化热较低，抗腐蚀性、耐热性较好，但干缩变形大，析水性大，耐磨性差。厚大体积混凝土和在高湿环境或永远处在水下的混凝土优先选用矿渣水泥。
3.2 搅拌工艺
3.2.1 湿法工艺
按设计的水灰比先将水泥和水搅拌均匀成水泥浆，再用加压泵输送到钻机直达转动的钻头喷浆同泥土搅拌成桩(钻头钻至设计深度，立即开启喷浆机，确认钻头喷浆后开始提升钻杆，整个喷浆制桩过程中边喷浆，边搅拌，边提升连续作业，钻头提升至设计停灰面时，停止喷浆，钻头原位搅动1min后将钻头边搅拌边提升至地面)。
3.2.2 干法工艺(又称粉体喷搅法)
按设计的每米水泥掺量，将水泥放入加压灌，用计算机控制每米掺量，再用加压泵将水泥干粉送到钻机直达转动的钻头喷粉同泥土搅拌成桩(钻的过程同湿法)。
3.3 水泥掺量及等级
根据常规作法，水泥采用普通水泥掺量为15%﹑等级为PC32.5R。
此前进行的水泥搅拌止水帷幕桩的施工，从水泥品种﹑搅拌工艺﹑水泥等级﹑水泥掺量都没有根据该工程土质为泥碳土地质情况出发，所以止水桩强度低不成桩。后来根据泥碳土的性质，选择水泥品种﹑搅拌工艺﹑水泥等级﹑水泥掺量等进行试验。
4 成功试验
根据以上水泥搅拌止水帷幕桩强度低不成桩的原因分析和《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》(TB10113-96)，采取9组方式进行试验；即搅拌工艺:湿法工艺和干法工艺；操作参数；水泥:普通水泥和矿渣水泥；水泥用量:50kg/m和67kg∕m分别试验。
4.1 试验
(1)搅拌工艺为湿法施工，操作工艺参数用单搅单喷，水泥采用矿渣水泥，进行搅拌止水桩试验。
(2)搅拌工艺为干法施工，操作工艺参数用单搅单喷，进行搅拌止水桩试验。
(3)用干法工艺施工，对操作工艺参数进行调整，即两搅两喷，控制搅拌均匀度，进行搅拌止水桩试验。
4.2 取样检验
用试件将每组返到桩口的“水泥土”做成试块，在水泥搅拌止水帷幕桩试验完后，隔7d对试件进行强度试压，结果是干法工艺施工，两搅两喷，矿渣水泥，水泥等级为42.5R，水泥掺量每米20%(即67kg/m)的两根搅拌桩强度最高，即强度试压值为1.7MPa，其值大于《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》(TB10113-96)规定“7d的强度不得低于0.5MPa”要求；然后，决定采用这组试验的工艺方法、水泥品种、水泥掺量、水泥等级、两搅两喷钻该工程止水帷幕桩。通过后续基坑开挖施工以及人工挖孔桩施工，这种水泥搅拌止水帷幕桩达到了止水效果，满足了设计要求。本次试验成功充分说明，泥碳土地质不能采用湿法工艺和普通水泥作搅拌止水桩。
5 结论
总之，在基坑支护工程中，水泥搅拌止水帷幕桩质量的高低会直接影响到工程整体的质量与进度。通过本文的分析可知，在地质较特殊的情况下，水泥搅拌止水帷幕桩不能用常规的经验来施工，一定要查清工程所在位置的地质情况，并试验成功后，才能进行施工。只有这样，才能提高水泥搅拌止水帷幕桩的施工质量，确保工程的顺利进行。
参考文献
[1] 陈志强;徐伟;张宇.深基坑水泥搅拌桩止水帷幕失效分析与修复[J].施工技术,2012年第S1期
[2] 张瑞锦,黄文铮.深层搅拌桩止水帷幕工程质量控制[J].工程质量,2003年第09期