浅谈水泥土搅拌桩的设计与施工

熊强

摘要：本文介绍了采用水泥土搅拌桩法进行软土地基处理的设计方法和基本步骤，对水泥土搅拌桩的施工进行了简单阐述。

关键词：单桩竖向承载力特征值；复合地基的承载力特征值；水泥土搅拌桩施工

1 前言

软土含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、沉降稳定时间长。由于软基地质条件较差，对路基沉降及稳定性有较大影响，可采用水泥土搅拌法进行处理。水泥土搅拌桩最适宜于加固各种成因的饱和软粘土，但对于塑性指数Ip>25的粘土、泥炭土、有机质土、PH值小于4时，必须通过现场试验确定其运用性。

2 设计要求及方法

固化剂宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水泥土搅拌桩法的水泥浆水灰比可选用0.45～0.55。水泥土搅拌桩法的设计，主要是确定搅拌桩的置换率和长度，竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。

2.1 单桩承载力计算

搅拌单桩的设计步骤一般可分为三种情况：

（1）当拟加固场地的土质条件、施工机械因素等限制搅拌桩施工深度时，应先确定桩长，根据桩长计算单桩容许承载力，然后再确定桩身强度，并根据水泥室内强度试验资料，选择相应的水泥掺入比；

（2）当搅拌加固深度不受限制时，可根据室内强度试验资料选择水泥掺入比，确定桩身强度，再根据选定的强度，计算单桩承载力，然后求桩长；

（3）直接根据上部结构对地基的要求，先选定单桩承载力，即可求得桩长和桩身强度，然后根据室内强度试验资料，确定水泥掺入比。

单桩竖向承载力特征值应通过现场荷载试验确定，初步设计时可按公式（2-1）估算，并同时满足公式（2-2）的要求。

（2-1）

（2-2）

2.2 搅拌桩复合地基承载力计算

竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定，初步设计时可按公式（2-1）估算。

（2-3）

2.3 桩数的计算

对于采用柱状加固时，可采用正方形或者等边三角形进行布桩，总桩数可按公式（2-4）计算。

（2-4）

3 设计示例

某工程要求单桩复合地基承载力≥150kPa，桩身无侧限抗压强度R90=2.0MPa。处理范围为60m×40m，相关数据如表3-1所示：

表3.1 各土层物理力学性质指标表

3.1 单桩竖向承载力特征值及桩长计算

采用水泥土搅拌桩法进行地基处理取η=0.3，取桩径d=0.5m。

不考虑桩端土承载力，则有：

，可得 ，故取设计桩长为L=10m。

3.2 复合地基承载力特征值计算

取单桩承载力发挥系数λ=1，取桩间土承载力发挥系数β=0.7。取桩间距s=1.1m，按等边三角形布桩，则一根桩分担的处理地基面积的等效园直径为dc=1.05s。

则面积置换率 =（0.5/（1.05×1.1））2=0.1874

则

桩数

4 水泥土搅拌桩施工

水泥土搅拌桩施工场地应予以平整，清除地上和地下的障碍物。遇有池塘及洼地时应抽水和清淤，回填粘性土，并压实，不得回填杂填土和生活垃圾。搅拌头翼片数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。竖向承载水泥土搅拌桩施工时，停浆面应高于桩顶设计标高300～500mm。在开挖基坑时，应将水泥土搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。施工中应保持搅拌桩机地盘的水平和导向架的竖直，桩体垂直偏差不得超过1%，桩位偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不小于设计值。

4.1 施工组织

（1）施工准备

根据工程地质勘察资料，进行室内配合比实验，结合设计要求，选择最佳水泥插入比，确定施工工艺参数。清理施工现场地面、地下及空中障碍，场地低洼时应抽干积水和挖除表面淤泥。按设计要求进行现场测量放线，定出施工桩位，并在施工桩位处打入小木桩。

（2）场地布置

根据施工现场实际情况，要因地制宜搭设安装灰浆拌制的操作棚。且考虑泵送距离不宜大于100m。

（3）劳动组织

每台搅拌桩机械由班长、机械操作手、泵送工、记录员、拌浆工及供料工7人组成。此外还应配置机修工和电工，保证施工的正常快速进行。

（4）正式施工前的工艺性试桩

工艺性试桩的目的是：确定满足设计固化剂掺入量的各种操作参数；验证搅拌均匀程度及成桩直径；了解下钻阻力情况，并采取相应措施。

因施工现场土质、含水量、水泥品种及标号不同，因而在正式施工前应组织进行工艺性试桩，再最后确定水泥掺入比、搅拌机钻进/提升速度、复搅深度、搅拌转速及管道压力等参数。

4.2 施工顺序

（1）就位

搅拌机械运至工地后，先安装调试，待转速、空气压力及计量设施正常后，搅拌机械到达指定桩位，使钻头中心对准设计桩位。

（2）预搅下沉

钻头对准设计桩位后，待搅拌头转速正常后，边旋转边切土下沉，直至加固深度。

（3）制备水泥浆

待搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，压浆前将水泥浆倒入泥浆池。

（4）喷浆搅拌提升

待下沉到设计深度后，开始噴浆，边喷浆边旋转搅拌钻头，并严格按设计确定参数控制搅拌机的提升速度。

（5）重复搅拌下沉和提升

为使软土和水泥浆搅拌均与，可再次使搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机边旋转边提升至地面。

（6）移位

将搅拌机移至下一施工桩位，重复（1）～（5）的操作，进行下一根桩施工。

5 质量保证措施

（1）水泥浆液严格按配比控制。制备好的浆液不得离析，不得放置时间过长（时间不超过两小时）。每个水泥浆拌制点配备水泥浆比重测定仪，便于随时检查水泥浆浓度是否符合要求。

（2）施工桩位处必须打入小木桩进行标记，确保按设计桩位施工。通过在钻杆支架上悬挂吊锤的方式控制钻杆垂直度，保证桩体竖直度。

（3）泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利于浆液的输送。每台浆泵必须配置压力表，保证按确定的管道压力参数进行施工。

（4）根据工艺性试桩确定的时间参数进行施工，严格控制钻进速度、提升速度及复搅速度。

（5）供浆必须连续，浆液拌和均匀。一旦因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点一下0.5处，待恢复供浆时再进行施工。如停机超过三小时，应先拆卸输浆管路，并加以清洗。

（6）喷浆量及搅拌深度必须采用国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。

参考文献：

[1]张永钧.《建筑地基处理技术规范》GJ79-2002内容简介[J].施工技术，2003，32（1）：63-64.

[2]佚名.《地基处理手册》（第三版）出版[J].地基处理，2008（2）：69-69.