软弱地基护岸工程建设中的水泥搅拌桩施工技术

秦学 中交水利水电建设有限公司

1.工程概况

工程背景为京杭运河浙江段三级航道整治工程杭州段（新开挖航道段）第HDSG-7标段，北起人民大道桥南侧（K 23+621）至沪杭高铁防护段起点（K26+498.5），该段全长2.8775km，沿线涉及到护岸、水闸、泵站、桥梁、路基、路面等多类型、多专业施工作业。本段施工中，水泥搅拌桩复合地基是主要应用形式，护岸基础为11.4×104mφ700mm双头水泥搅拌桩，闸门、泵站基础1.5×104mφ600mm水泥搅拌桩。

2.地质情况分析

根据《地质勘察报告》认真分析施工区域的地质情况，并主要考虑以下几点内容。

①护岸基础土层：诸如厚度与组成情况等，尤为重要的是以石块为代表的大规模物质，需通过现场踏勘、揭露验证的方式明确其具体含量。

②土体含水率的变化与分布：根据试验结果，采取相同的施工工艺，相同的水泥土配合比，随着现场土体含水率的变化，水泥土的无侧限抗压强度和复合地基承载力与土体含水率呈反比发展。

③土体内有机质含量：若土体内有机质含量较高，将在一定程度上影响水泥水化，进而对搅拌桩水泥土性能造成影响，可以发现此时的无侧限抗压强度表现出下降趋势，削弱了复合地基承载力。因此，要重点分析填土的性质，若有机质含量偏高，则需要通过一定的技术手段解决这一问题。

（4）孔隙水水质：针对施工现场的土体中的孔隙水和地下水展开分析，明确其酸碱度与硫酸盐含量等各项指标，判别施工区域内地下水的性质，明确在此环境下水泥浆是否会受到侵蚀以及具体的程度如何。

（5）土体的塑性指数：若该值超25，将对施工作业产生影响，具体表现为水泥与地基土不易搅拌均匀。

3.水泥搅拌桩加固原理

水泥搅拌桩可实现对土体的加固，施工中所用水泥掺量相对较少（通常为被加固土总量的7%～20%），土中存在的活性介质发挥出重要作用，将直接关联于水泥水解与水化状况。从土体硬化过程来看，其硬化速度相对较慢，且整个过程较为复杂，相较于混凝土的硬化速度而言，水泥强度呈缓慢上升的趋势，且周边土加固效果欠佳。

4.水泥搅拌桩施工技术

4.1 施工准备、场地布置

（1）将施工现场的障碍物清理干净，经勘查后全面掌握施工现场情况，经整理后形成完整资料；（2）搭建临时施工设施，做好施工现场的清障作业，设置材料堆放仓库，各类机械设备就位；（3）基于全站仪检测，精确确定轴线位置，并以桩位平面图为基本指导，合理放出桩位，对各桩的标高进行测量，并做好编号工作。

自然资源部国土空间规划局、国土空间生态修复司、地质勘查管理司、海洋战略规划与经济司，海南省人民政府和有关部门，沿海11省(区、市)自然资源主管部门和有关地质勘查单位，沿海有关城市人民政府，原武警黄金部队有关单位，中国地质调查局有关部室和直属单位负责人参加了会议。

4.2 施工工艺

（1）钻机就位。钻机就位前，在待进行搅拌桩施工的位置沿纵向挖出一条宽1m，深0.7m的导槽，由于搅拌桩施工中存在材料挤出现象，因此该部分土方、水泥浆则置于导槽内。施工时分四道分段施工，从外侧第一排桩开始，每100m为一段，第一排桩施工完后再进行第二排的导槽开挖，予以类推。钻机就位精确性需得到保障，检查各构件的实际情况，如钻杆长度、钻头直径等，无误后接通输浆管路。要求桩位偏差≤50mm，垂直度偏差≤1%，并且要以设计桩径为参考，施工中钻头直径略大于该值。

（2）搅拌下沉。启动钻机，在传动机构带动下令钻杆保持垂直状态下沉，全程工作电流均要得到合理控制，不可超过额定电流。搅拌下沉时，要求设备底盘维持水平状态，导向架全程保持竖直。施工中加强对地层的观察，若发生突变则要及时调整。

（3）制备水泥浆。水泥是重要原材料，在使用前要经过过筛处理，浆液随拌随用，不可出现离析现象；泵送要具有连续性，尽可能避免中断；制备时严格控制水泥、外加剂等材料的用量；安排专员记录现场情况，如泵送时间等。

表1 水泥土直剪试验结果表

（4）搅拌、喷浆、提升。经一段时间的下沉后，搅拌机将到达设计深度处，此时及时启用灰浆泵，在其作用下向地基中压浆。桩端处喷浆持续时间为30s，达到该时间后以匀速的方式旋转提升，全程速度控制在0.8m/min内，此时不可中断送浆，即采取的是边喷浆边提升的方式。严格控制搅拌喷浆高度，当超过桩径的部分达到30～50cm时即可停止。

若因特殊情况而暂停送浆，需改变搅拌机的位置，使其下沉并处于停浆点以下1m；后续，恢复供浆时则向上提升。若停机时间过长（大于3h），易出现堵管现象，因此要将输浆管路拆除并逐一清理干净。

持续搅拌下沉，当实际进度达到设计桩底标高处时，则采取搅拌、喷浆、提升的方法施工作业，直至达到桩顶上方的指定标高处，将桩机移动至下一施工点位。

4.3 施工技术措施

（1）施工中的各项工艺参数都要得到记录，如水泥用量、钻进及提升速度、喷浆压力、钻机工作压力等，以指导后续水泥搅拌桩施工。

（2）加强对标高的控制，尤为关键的桩顶标高，该指标应与设计要求相符。

（3）控制桩体的无侧限抗压强度，并确保桩身均匀性。

（4）严格控制搅拌桩垂直度偏差，该值需在1%内，所有桩位布置偏差均不可超过10mm。

（5）搅拌机旋转提升时，速度与次数都要得到有效的控制，应与工艺要求相符；并关注每米下沉以及提升所耗费的时间，完整记录此数据。

（6）避免浆液离析现象，以设计方案中的配比为基准，拌制性能良好的水泥浆；所用的水泥要经过过筛处理；灰浆机持续搅动，通过此方式避免水泥浆离析。

（7）水泥搅拌桩施工中，停浆面的控制较为关键，应超出桩顶设计高程30～50cm。除此之外，开挖基坑过程中，若桩结构存在质量欠佳的节段，应通过人工凿除的方式处理。

5.水泥搅拌桩技术应用效果

5.1 水泥搅拌桩场地适应性分析

根据勘察结果，得知本护岸工程的地质情况为典型的第四纪地层覆盖，华夏系构造呈40°～60°，存在萧山—球川断裂等多种断裂带；新华夏系构造呈NW方向，较为典型的有长兴—奉化大断裂团，从东西向构造来看主要有昌化—杭州湾断裂。其中，马金—乌镇深断裂的规模最大，呈东北向分布，首先延伸至浙江西部，再转南并与下庄石柱村大断裂汇合，最后进入江西境内。

水泥搅拌桩施工中，多方面因素均会对其质量带来影响，较典型的有：（1）现场障碍物；（2）所在区域土的含水率；（3）填土中无机物含量，与加固强度密切相关；（4）地下水酸碱度；（5）土体塑性指数。

从施工控制的角度来看，主要是：（1）水泥的掺量和水泥浆的水灰比；（2）钻机的钻进、提升速率；（3）喷浆压力和喷浆数量；（4）搅拌的均匀性。基于对上述指标的分析得知，施工现场的各项指标都较好，经检测、检查，水泥搅拌桩的效果很好，水泥搅拌桩适用于本工程。

5.2 喷浆水泥搅拌桩技术应用效果

进行直接快剪与三轴不排水剪切试验，通过此途径分析水泥土性能，整理试验结果，具体见表1。

由表中所给内容得知，无侧限抗压强度qu为0.61～3.00MP，内摩擦角φ介于20°～30°间。经特定工艺处理后可以将淤泥转变为水泥土，分析得知：其具备的90d无侧限抗压强度为7000kPa；相较于标准强度而言，7d水泥强度为该值的30%，30d标准强度为该值的60%。通过对多个处理区域与处理深度的对比分析，并考虑到工程成本等因素，确定合适的水泥搅拌桩施工位置，依据规范完成各环节施工作业，提高水泥搅拌桩整体质量。

6.结束语

综上所述，本工程施工中可采取水泥搅拌桩技术，在其作用下可有效避免不良地质环境的影响，确保护岸工程的整体质量。但此项工作复杂度较高，在各环节施工中都要做好技术与质量的双控，严格遵循设计要求有序完成各环节施工。