双头单向水泥搅拌桩的质量控制

陈颂浩

（宁波市鄞州区水利局横溪水管站，浙江 宁波 315100）

1 问题的提出

水泥搅拌桩是软基处理的一种施工工艺，是用水泥搅拌桩机把拌制好的水泥浆送入地下，并把水泥浆和原位地基土强制搅拌混合，使地基土和水泥浆之间很快发生一系列理化反应，在短期内形成固态柱体，使软土地基转变成具有整体性、水稳性和一定强度的复合地基，从而达到提高地基承载力、减小地基沉降量或者防止土体侧向滑动的目的。

宁波市鄞东南沿山干河整治 （二期）工程鄞州段VIII标段采用双头单向水泥搅拌桩处理软土地基，经过一段时间试验，通过检测和观察，地基没有发生沉降、位移等病害，达到了设计效果。

2 双头单向水泥搅拌桩施工工艺

目前在水利工程施工中双头双向水泥搅拌桩属于比较成熟和领先的工艺，施工效率高、成桩均匀，但是受专利限制，在工程建设中是否采用视工期和建设成本而定。本工程采用双头单向水泥搅拌桩，相对于普通单头水泥搅拌桩而言，有2根钻杆2根钻头，能够同时对2根桩进行施工，效率明显提高。对同时施工的2根桩其搭接质量也有较好的保证，同时桩身强度也有所提高。

图1 双头搅拌桩现场作业图

本工程采用四搅四喷成桩工艺 （为避免喷浆口堵塞，采用带浆钻进），施工流程为：地上 （下）清障、地面整平、基坑开挖→测定桩位→钻机就位、检验、调整钻机→打开高压注浆泵、正循环钻进并喷浆至设计深度 （喷浆持续搅10s磨桩端）→反循环提钻并喷水泥浆→上升至桩顶高程 （桩顶附近可持搅10s磨桩头）→搅拌喷浆至原地面停止→重复正循环复搅喷浆下沉到桩底 （喷浆持续搅10s磨桩端）→反循环提钻并喷水泥浆→搅拌喷浆至原地面停止→成桩结束→移钻头至下一根桩。

3 质量控制

3.1 原材料控制

水泥搅拌桩所用水泥经自检和平行检测合格，施工时考虑到现场堆放条件和防雨、防潮等要求，采用了散装水泥，高峰期配备4～5个落地水泥罐，便于存储、移动和使用。

3.2 配合比控制

本工程所处宁波市是南方沿海地区，多数为软地基土，且工程沿线河网密布 （正常河水位1.13m），使得地下水位高于水泥搅拌桩起搅平台，地基土层含水率较大，基本处于水饱和状态，若采用较大水灰比对提高地基强度不利，经配合比试验并结合实际效果，在水泥搅拌桩工艺试验阶段要求拌制的水泥浆其水灰比不得大于0.8∶1，水灰比过小 （小于0.6∶1）时水泥浆黏稠，不利于泵送，容易引起堵管、爆管。

施工前承建单位报送施工机械及人员情况，施工机械的配置应便于操作、移动，并在现场配备必要的计量和记录装置 （输浆压力表、泥浆密度计等），方便质量检查。

根据现场水灰比设计及控制要求，本工程Ⅷ标段水泥浆密度取1.60～1.73g／cm3（见表1）。

3.3 双头 （双桩）水泥用量控制

设计水泥搅拌桩桩径为70cm，桩长分为12.0，14.0，15.5m三种，水泥掺入比为16%，被加固土天然密度经测定为1.6t／m3，则平均加固1m3土体需要水泥掺入量ω＝αγ＝0.16×1.6＝0.256t。

式中：α为水泥掺入比；γ为被加固土天然湿密度，t／m3；ω为平均加固 （搅拌）1m3土体所需要的水泥掺入量，t。

以桩长12m为例，双头单向水泥搅拌桩一次成桩 （2根）的水泥用量为W＝2ωV＝2×0.256×3.14×0.35×0.35×12.0＝2.363t。

其它桩长水泥用量可用上述公式进行计算，现场施工时要保证不少于计算结果中的水泥用量喷入土体中。若水泥用量不能满足，则立即对搅拌桩速度或供浆泵泵压等进行调节，保证供浆量满足要求。

3.4 参数和施工控制

3.4.1 水泥土搅拌均匀性控制

深层搅拌机施工时，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土平均强度也越高，但相应施工效率就降低，因此，在复合地基处理时应适当控制搅拌次数。试验证明，用每延米的切土次数来表示拌和程度，一般要求加固区每米土体的切土次数应不少于400次。采用贯入送浆法时，切土次数可按下式计算：

式中：T为切土次数，次／m；∑M为搅拌翼的总叶片数；Nd为贯入时搅拌轴转速，r／min；Vd为搅拌翼贯入速度，m／min；Nu为提升时搅拌轴转速，r／min；Vu为搅拌翼提升速度，m／min。

本工程施工中，搅拌桩机叶片数为4，其转速为60 r／min，下搅和提升平均速度暂定为1.0～1.2m／min。以1.2m／min计算，T＝4× （60÷1.2＋60÷1.2）＝400；以1.0m／min计算，T为480。

实际施工中，按水泥土拌和均匀程度计算，当水泥搅拌桩钻机下搅和提升平均速度不超过1.2m／min时，每米土体的搅拌切土次数一般在400次以上，可以满足设计要求。当切土次数不足和搅拌不均匀时，可考虑增加搅拌桩机钻头的叶片数量，如在钻头的上方再焊接2个叶片，以增加相同时间内的搅拌次数，该方案在单头单向水泥搅拌桩中也经常采用。

3.4.2 水泥掺入量控制

成桩质量的优劣直接关系到地基处理的效果，其中关键因素是注浆量、水泥浆与软土搅拌的均匀程度。因此，施工中应严格控制喷浆提升速度υ，一般可按下式计算：

式中：υ为搅拌头喷浆提升速度，m／min；γd、γ分别为水泥浆和土的重度，kN／m3，一般可选用γd／γ＝1；Q为灰浆泵的排浆量，m3／min，根据实际可以调整，考虑到下搅过程中避免堵管，并保证成桩后的浆液注入量，本工程要求带浆钻进，即下搅喷浆；F为搅拌桩的截面积，m2，计算3.140×0.350×0.350＝0.384m2；αW为水泥掺入比16%；αc为水泥浆水灰比，采用较大值0.8∶1。

通过反算，若提升速度为1.0m／min左右时，必须提高输浆泵压力，使得输浆量达到0.05m3／min以上。

3.4.3 试 桩

水泥搅拌桩施工前，根据现场实际情况进行工艺性试桩，取得了各种机械参数，可确保大面积施工的施工质量。试桩选取了代表性地段，其工作要求有以下内容：掌握满足设计喷浆量 （由水泥掺量及水泥浆水灰比换算得出）的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷浆压力等供参考的机械参数。掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。检测桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求。工艺性试桩经检测合格，再进行大面积施工。

4 质量检测控制

4.1 轻便触探检测

成桩后3d内，用轻型动力触探 （N10）检查每米桩身的均匀性。检验数量在施工初期为总桩数的1%。因本工程水泥搅拌桩无承载力要求，其轻型动力触探检测数量在施工中后期可适当减少。当机械或班组更换后，初期检验批次重新达到规范要求。

4.2 桩头开挖检查

采用浅部开挖桩头 （深度超过停浆面下0.5m），目测检查搅拌桩的均匀性，量测成桩直径，检查量为总桩数的5%。浅部开挖检查仅仅是浅部桩头部位的检测，目测其成桩情况，如成桩直径、搅拌均匀程度等。

4.3 钻孔取芯检查

钻孔取样采用岩芯钻机，取芯直径不应小于6.5cm，设计拌和强度小于1.0MPa时，采用三重管取样器。

4.3.1 取芯试验

本工程水泥搅拌桩成桩28d龄期时对水泥搅拌桩以5‰的比例进行取芯检测，试验段及前期的水泥搅拌桩取芯检测抗压强度统计见表2。

表2 取芯实测统计表

4.3.2 平均值、标准差计算

经Excel表格计算平均值Rn为1.11MPa，标准差Sn为0.09。

4.3.3 概率度计算

概率度t计算：t＝ （Rn－R标）／Sn＝3.44。

4.3.4 强度保证率计算

由t查表格用内插法算出强度保证率

表3 强度保证率对照表

经查表，强度保证率99.9%，施工质量控制良好。

5 主要质量事故的预防及处理

（1）输浆管爆裂或者堵塞的主要原因是水泥浆中有硬块等杂物，堵塞了注浆孔。预防的最主要方法是水泥浆入集料池前用细筛过滤，同时水泥浆在集料池里也要时常搅拌，防止浆液沉淀离析。当停机时间较长时，一定要拆卸输浆管路进行清洗，以防水泥凝结堵塞管路。

（2）喷浆提升到设计高程时，水泥浆不足或过剩太多的主要原因是注浆泵喷浆量控制不准，试桩时喷浆参数确定不准确。也可能是后台计量不准，水灰比控制不严。这时应重新标定喷浆参数，后台计量应定期复查核定。

（3）当水泥浆和原土拌合不均匀，出现桩中心水泥浆多四周水泥浆少的现象，这主要是因为注浆泵压力较小或者喷浆孔堵塞，水泥浆喷射不出，也可能是钻头喷浆孔的大小不正确。防治的方法是定期冲洗输送管路，防止堵塞喷浆孔，同时喷浆孔开口不应太大。

（4）钻杆不能转动拔不出来主要是因为钻头抱死，中途处理延误时间过长，水泥浆强度增长和土层压力增大而使钻杆拔不出来。此时不可用卷扬机往上拉，以免出现意外。若埋置较浅时，用洛阳铲沿钻杆向下挖土。或在钻杆上焊2块铁板，两侧同时用千斤顶慢慢向上顶，再用卷扬机慢慢往上拉出。钻杆抱死后要马上处理否则无法拔出。

6 督促监理单位加强现场旁站控制

（1）水泥搅拌桩施工前监理人员对桩位和桩机平台高程进行复核并检查桩机水平度，确保垂直偏差值在允许范围内，保证桩身尺寸符合设计要求。

（2）监理人员对水泥搅拌桩实施旁站监理，查验每根桩成桩时间、水泥浆使用量及成桩后桩机移动距离，保证水泥用量满足设计要求，桩位布置符合设计要求。

（3）经常使用比重计测量水泥浆比重，若不满足要求立即要求现场施工人员调整水灰比。

（4）定期统计该时段内水泥搅拌桩施工时间，并结合每根桩需要的时间统计该时段内水泥搅拌桩实际完成数量，并与前者对比查验是否有漏打、跳打等现象。

（5）统计水泥用量及成桩数量，计算每根桩水泥使用量，与理论用量对比，并利用此结果调整水泥搅拌桩施工参数。

7 结 语

水泥搅拌桩的特点是所用机具轻便、无噪声、无振动、无塌孔，不会使临近土体受挤而产生变形，并可减少基础开挖土方量及节约配筋钢材。水泥搅拌桩为隐蔽工程，其直接关系到地基加固的效果，从而影响上部主体结构的稳定性。工程建设中必须加强水泥搅拌桩施工质量的事前、事中控制，尤其是对水泥掺入量、水灰比、搅拌次数、贯入及提升速度等参数严格控制，同时做好事后的取芯检测，从而保证建设工程实体质量。