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【摘 要】水利水电工程基础处理常采用水泥深层搅拌桩进行改良地基处理。本文介绍了在水利水电工程中水泥深层搅拌桩施工中工艺试验桩试验、施工准备、施工工艺流程、施工质量控制、检验等控制实施。
【关键词】水利水电工程地基处理水泥深层搅拌桩施工控制
1.概述
经多年运行的位于汉江边某涵闸出现不均匀沉降，因此拆除旧闸后建新闸前，需对地基采用水泥深层搅拌桩进行处理。
水泥深层搅拌桩是用改制的螺旋钻机，将钻杆钻至设计要求的土层深度，钻头到达下部持力层后，用压缩空气将固化剂（水泥）经钻杆内孔输送至钻头上特制的喷嘴，随同钻头旋转向四周土体喷射，同时钻杆以一定的速度提升。钻头上的叶片将其四周一定范围内的土体自下而上不断切割，使之疏松，并将土和固化剂强制拌和，使土和水泥硬结成桩柱，与周围土体形成复合地基而提高地基强度和承载力。水泥注入的方式有喷粉和注浆两种，根据土体中含水量或设计要求选择。在水利水电工程中这种方法多用于处理土基和防渗体，处理效果显著，处理后可短时间内投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。
本文以汉江某涵闸水泥深层搅拌桩基础处理工程施工为例，探讨一共性的问题，如何有效地控制水泥深层搅拌桩的成桩质量，确保土基处理的效果。
2.施工准备
2.1设计参数及要求。根据设计要求，水泥搅拌桩固化剂采用42.5Mpa普通硅酸盐水泥，桩径500mm，间距1.0m，成梅花型布置，桩长有6m、8m和10m三种，共853根，总长7313延米。桩身水泥初拟掺量为60～70kg/m，桩顶1/3桩长范围进行复喷，复喷初拟水泥掺量为10～15㎏/m，具体掺量根据试桩后确定。采用干喷水泥方式。施工中实际桩顶高程须超高50cm，待桩身达初期强度后，在垫层施工前进行桩头处理。待桩身达设计强度1.2MPa后，进行后续基坑处理。复合地基承载力1.6MPa。
2.2工艺试验桩
工艺试验桩（简称试桩）的目的是施工前根据设计参数及要求，选择试验施工技术参数，在施工部位进行施工工艺试验，根据试验结果确定水泥搅拌桩施工相关技术参数，如钻进速度、提升速度、泵送压力、初喷水泥量、复喷水泥量等，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
水泥深层搅拌桩施工是藉搅拌头将水泥粉或水泥浆和土料强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也越高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数即确定搅拌机提升速度、下钻速度等参数。
试桩不少于5根，试桩检验在施工后至少14天后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。
2.3施工準备。施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍（包括大块石、树根和生活垃圾等）。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。基坑中施工，必须留有出入通道，基坑底部留有机械施工设备所需的余地。
施工场地平整后，按照设计要求进行测量放线，用小木桩等明显标志指定桩位。
采用袋装水泥以便于计量，在压力罐附近设立水泥仓库。将水泥的样品送有相关资质的试验单位检验，检验合格并经监理工程师审核同意方可进场使用。所需电源按施工用电安全规范要求和夜间施工照明需要接至现场。水泥搅拌桩（粉喷桩）施工机械必须具备良好及稳定的性能，应配备水泥计量仪（有条件的配备电脑记录仪），以便了解和控制水泥用量程度。所有钻机开钻之前应由监理工程师检查验收合格后方可开钻。
3.施工及控制
3.1施工工艺流程
3.2施工控制要点
3.2.1施工前组装架立粉喷桩机，检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、喷粉系统各部分安装调试情况，灰罐、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，应用压缩空气清洗整个管道并检验管道中有残留物，无堵塞现象。排除异常情况后，方可运行操作。灰罐装满料后，进料扣加盖密封。
3.2.2成桩时，先用粉喷桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后，将粉喷钻头以0.5m/min（由试桩试验确定）速度边旋转边提升，同时边通过喷粉系统将水泥通过钻杆端喷嘴定时、定量向搅动的土体喷粉，使土体和水泥进行充分搅拌混合。初喷水泥掺量为60±5kg/m（由试桩试验确定）。
3.2.3桩体喷粉要求一气呵成，不得中断，每根桩宜装一次灰并搅喷完。喷粉深度在钻杆或升降链条上标线控制，喷粉压力控制在0.4～0.8Mpa，且不小于0.4Mpa（由试桩试验确定）。
3.2.4施工中送灰一定要连续，若一旦因故中断，当搅拌机重新启动时，为防止断桩，将搅拌轴下沉0.5m再继续制桩。
3.2.5当钻头提升到高于桩顶后，为保证土体和水泥搅拌均匀，第二次再将搅拌机旋转下沉，再次重复搅拌，复搅长度为设计桩长的1/3，复喷水泥掺量为10㎏/m（由试桩试验确定）。复搅应在下钻时喷粉，而在提升时又进行了一次搅拌，使土料和水泥搅拌更充分。
3.2.6当搅拌头提升到接近桩顶位置时，停止提升，持续搅拌1-2min后才拔出搅拌头。
3.2.7严格按规范和设计要求进行施工，确保轴线位置、设计深度、桩径、垂直度、钻杆倾斜度、单桩喷粉量的允许偏差。要求桩轴线偏移（纵横方向）不大于5cm，钻杆倾斜度不超过1.5%，桩长不小于设计规定，单桩喷粉量的允许偏差在8%以内。
3.3施工管理
3.3.1项目经理部对工程统一指挥协调，提高工作效率，对工程质量、进度、安全等方面负责，从组织上保证工程总目标的实现。
3.3.2指派专人负责水泥粉喷桩桩的施工，全过程旁站施工过程。确保人员到位，责任到人。对现场情况每天早交底，晚检查，落实奖惩责任制。 3.3.3为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，分别在主机上正、侧两面悬挂吊锤，通过测量吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制桩机的水平度和钻杆的垂直度。
3.3.4对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、喷粉压力、施工过程中是否有断灰现象、喷粉搅拌提升时间以及复搅时间。
3.3.5为了确保桩体每米掺合量或水泥用量达到设计要求，每台机械均应配备计量仪（有条件的配备电脑记录仪），现场应配备专人如实记录，以备监理工程师和施工质检人员随时抽查检验是否满足设计要求。
3.3.6水泥粉喷桩施工采用二喷四搅工艺。由于是喷粉作业，土料中需含有一定的水分，方可使土料和水泥拌和凝固。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。
3.3.7施工中发现喷粉量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷粉量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷粉中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内，超过12小时应采取补桩措施。
3.3.8现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：1施工桩号、施工日期、天气情况；2钻进喷粉深度、停止喷粉标高；3灰泵压力；4钻机转速；5钻进时间（速度）、提升时间（速度）；6水泥喷粉量和外掺剂用量；7复搅深度。
4.质量检验
4.1检验方法
4.1.1水泥搅拌桩成桩7天可初步进行桩身质量检验。进行开挖检查桩体成型情况和搅拌均匀程度，检查深度0.5-1.0米，在樁顶用轻便动力触探检查桩体强度，检查深度4m以内。在搅拌桩身中钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥富集的“结核”或未被搅匀的土团。并进行试样强度检测。
4.1.2水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。在监理工程师指定桩体的不同部位（桩头、桩身及桩底）钻取芯样，送实验室进行无侧限抗压强度试验，取样数量每组3件，无侧限抗压强度试验方法按相关规范执行。钻孔取芯频率为1%～3%。
4.1.3如果水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10%小于20%时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。
4.1.4对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
4.1.5在特别重要和关键部位或软土层深厚的地方，或对施工质量有怀疑时，可在成桩28天后，由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于桩数的0.2%，且不得少于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。
5.结语
水利水电工程水泥深层搅拌桩地基处理或防渗处理均属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦涵闸等水工建筑物或土堤所覆盖，便构成隐患且不易检查及补救。因此，加强施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。
参考文献：
1.阮善发等《公路软土地基处理中的深层搅拌桩施工》
2.《高速公路路基设计与施工》人民交通出版社
3.姚礼标《浅谈水利工程中粉喷桩施工工艺》
4.李厚华《水利工程中水泥粉喷桩基础施工质量控制的探讨》
【关键词】水利水电工程地基处理水泥深层搅拌桩施工控制
1.概述
经多年运行的位于汉江边某涵闸出现不均匀沉降，因此拆除旧闸后建新闸前，需对地基采用水泥深层搅拌桩进行处理。
水泥深层搅拌桩是用改制的螺旋钻机，将钻杆钻至设计要求的土层深度，钻头到达下部持力层后，用压缩空气将固化剂（水泥）经钻杆内孔输送至钻头上特制的喷嘴，随同钻头旋转向四周土体喷射，同时钻杆以一定的速度提升。钻头上的叶片将其四周一定范围内的土体自下而上不断切割，使之疏松，并将土和固化剂强制拌和，使土和水泥硬结成桩柱，与周围土体形成复合地基而提高地基强度和承载力。水泥注入的方式有喷粉和注浆两种，根据土体中含水量或设计要求选择。在水利水电工程中这种方法多用于处理土基和防渗体，处理效果显著，处理后可短时间内投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。
本文以汉江某涵闸水泥深层搅拌桩基础处理工程施工为例，探讨一共性的问题，如何有效地控制水泥深层搅拌桩的成桩质量，确保土基处理的效果。
2.施工准备
2.1设计参数及要求。根据设计要求，水泥搅拌桩固化剂采用42.5Mpa普通硅酸盐水泥，桩径500mm，间距1.0m，成梅花型布置，桩长有6m、8m和10m三种，共853根，总长7313延米。桩身水泥初拟掺量为60～70kg/m，桩顶1/3桩长范围进行复喷，复喷初拟水泥掺量为10～15㎏/m，具体掺量根据试桩后确定。采用干喷水泥方式。施工中实际桩顶高程须超高50cm，待桩身达初期强度后，在垫层施工前进行桩头处理。待桩身达设计强度1.2MPa后，进行后续基坑处理。复合地基承载力1.6MPa。
2.2工艺试验桩
工艺试验桩（简称试桩）的目的是施工前根据设计参数及要求，选择试验施工技术参数，在施工部位进行施工工艺试验，根据试验结果确定水泥搅拌桩施工相关技术参数，如钻进速度、提升速度、泵送压力、初喷水泥量、复喷水泥量等，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
水泥深层搅拌桩施工是藉搅拌头将水泥粉或水泥浆和土料强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也越高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数即确定搅拌机提升速度、下钻速度等参数。
试桩不少于5根，试桩检验在施工后至少14天后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。
2.3施工準备。施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍（包括大块石、树根和生活垃圾等）。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。基坑中施工，必须留有出入通道，基坑底部留有机械施工设备所需的余地。
施工场地平整后，按照设计要求进行测量放线，用小木桩等明显标志指定桩位。
采用袋装水泥以便于计量，在压力罐附近设立水泥仓库。将水泥的样品送有相关资质的试验单位检验，检验合格并经监理工程师审核同意方可进场使用。所需电源按施工用电安全规范要求和夜间施工照明需要接至现场。水泥搅拌桩（粉喷桩）施工机械必须具备良好及稳定的性能，应配备水泥计量仪（有条件的配备电脑记录仪），以便了解和控制水泥用量程度。所有钻机开钻之前应由监理工程师检查验收合格后方可开钻。
3.施工及控制
3.1施工工艺流程
3.2施工控制要点
3.2.1施工前组装架立粉喷桩机，检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、喷粉系统各部分安装调试情况，灰罐、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，应用压缩空气清洗整个管道并检验管道中有残留物，无堵塞现象。排除异常情况后，方可运行操作。灰罐装满料后，进料扣加盖密封。
3.2.2成桩时，先用粉喷桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后，将粉喷钻头以0.5m/min（由试桩试验确定）速度边旋转边提升，同时边通过喷粉系统将水泥通过钻杆端喷嘴定时、定量向搅动的土体喷粉，使土体和水泥进行充分搅拌混合。初喷水泥掺量为60±5kg/m（由试桩试验确定）。
3.2.3桩体喷粉要求一气呵成，不得中断，每根桩宜装一次灰并搅喷完。喷粉深度在钻杆或升降链条上标线控制，喷粉压力控制在0.4～0.8Mpa，且不小于0.4Mpa（由试桩试验确定）。
3.2.4施工中送灰一定要连续，若一旦因故中断，当搅拌机重新启动时，为防止断桩，将搅拌轴下沉0.5m再继续制桩。
3.2.5当钻头提升到高于桩顶后，为保证土体和水泥搅拌均匀，第二次再将搅拌机旋转下沉，再次重复搅拌，复搅长度为设计桩长的1/3，复喷水泥掺量为10㎏/m（由试桩试验确定）。复搅应在下钻时喷粉，而在提升时又进行了一次搅拌，使土料和水泥搅拌更充分。
3.2.6当搅拌头提升到接近桩顶位置时，停止提升，持续搅拌1-2min后才拔出搅拌头。
3.2.7严格按规范和设计要求进行施工，确保轴线位置、设计深度、桩径、垂直度、钻杆倾斜度、单桩喷粉量的允许偏差。要求桩轴线偏移（纵横方向）不大于5cm，钻杆倾斜度不超过1.5%，桩长不小于设计规定，单桩喷粉量的允许偏差在8%以内。
3.3施工管理
3.3.1项目经理部对工程统一指挥协调，提高工作效率，对工程质量、进度、安全等方面负责，从组织上保证工程总目标的实现。
3.3.2指派专人负责水泥粉喷桩桩的施工，全过程旁站施工过程。确保人员到位，责任到人。对现场情况每天早交底，晚检查，落实奖惩责任制。 3.3.3为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，分别在主机上正、侧两面悬挂吊锤，通过测量吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制桩机的水平度和钻杆的垂直度。
3.3.4对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、喷粉压力、施工过程中是否有断灰现象、喷粉搅拌提升时间以及复搅时间。
3.3.5为了确保桩体每米掺合量或水泥用量达到设计要求，每台机械均应配备计量仪（有条件的配备电脑记录仪），现场应配备专人如实记录，以备监理工程师和施工质检人员随时抽查检验是否满足设计要求。
3.3.6水泥粉喷桩施工采用二喷四搅工艺。由于是喷粉作业，土料中需含有一定的水分，方可使土料和水泥拌和凝固。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。
3.3.7施工中发现喷粉量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷粉量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷粉中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内，超过12小时应采取补桩措施。
3.3.8现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：1施工桩号、施工日期、天气情况；2钻进喷粉深度、停止喷粉标高；3灰泵压力；4钻机转速；5钻进时间（速度）、提升时间（速度）；6水泥喷粉量和外掺剂用量；7复搅深度。
4.质量检验
4.1检验方法
4.1.1水泥搅拌桩成桩7天可初步进行桩身质量检验。进行开挖检查桩体成型情况和搅拌均匀程度，检查深度0.5-1.0米，在樁顶用轻便动力触探检查桩体强度，检查深度4m以内。在搅拌桩身中钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥富集的“结核”或未被搅匀的土团。并进行试样强度检测。
4.1.2水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。在监理工程师指定桩体的不同部位（桩头、桩身及桩底）钻取芯样，送实验室进行无侧限抗压强度试验，取样数量每组3件，无侧限抗压强度试验方法按相关规范执行。钻孔取芯频率为1%～3%。
4.1.3如果水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10%小于20%时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。
4.1.4对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
4.1.5在特别重要和关键部位或软土层深厚的地方，或对施工质量有怀疑时，可在成桩28天后，由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于桩数的0.2%，且不得少于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。
5.结语
水利水电工程水泥深层搅拌桩地基处理或防渗处理均属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦涵闸等水工建筑物或土堤所覆盖，便构成隐患且不易检查及补救。因此，加强施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。
参考文献：
1.阮善发等《公路软土地基处理中的深层搅拌桩施工》
2.《高速公路路基设计与施工》人民交通出版社
3.姚礼标《浅谈水利工程中粉喷桩施工工艺》
4.李厚华《水利工程中水泥粉喷桩基础施工质量控制的探讨》