浅析水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用
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摘要：水泥土搅拌桩加固技术是用水泥及少量添加剂就地与地基土体充分混合而成的“水泥土桩”，其对施工工艺要求较高，掌握不好容易出现质量问题。本文简要阐述了水泥搅拌桩应用于公路软基处理中具体的施工工艺以及质量控制措施。
关键词：水泥搅拌桩；软基处理；成桩机理；施工工艺；质量控制
概述
水泥搅拌桩在公路的建设过程中被广泛应用。本文通过结合水泥搅拌桩在实际工程中的应用，较详细的介绍了水泥搅拌桩施工中成桩机理、施工准备、施工工艺流程、施工控制、质量检验等环节，较详细地介绍了水泥搅拌桩的施工过程和控制要点，为水泥搅拌桩在公路施工中的应用起到了一定的借鉴作用。
某公路全长20.6km，工程将原双向四车道加宽至双向六车道，设立体交叉2处，大桥2座。由于加宽车道位于原路侧绿化带及非机动车道位置，部分路段地基承载力不能满足要求，经多方案比较，采用水泥搅拌桩进行大面积软土地基处理。
1水泥搅拌桩的作用机理
水泥(或水泥浆)与软(粉)土采用机械搅拌加固的基本原理:是基于水泥加固土(简称水泥土)的物理化学反应过程。在水泥加固土中，由于水泥的掺量较小(仅占被加固土重的7%～15%)，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质――土的围绕下进行的，所以硬化速度缓慢且作用复杂，因此水泥加固土强度增长的过程相对混凝土缓慢，水泥加固土便要产生以下反应。
（1）水泥的水解和水化反应
普通硅酸盐水泥主要是由CaO，SiO2，SiO3，Fe2O3等成分组成，水泥与黏土混合后与土中水产生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。上述反应过程中所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新与水发生作用，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和，当溶液达到饱和后，水分子虽然能继续深入颗粒内部，但新生成物已经不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液之中，形成胶体。
（2）黏土颗粒与水泥水化物的作用
当水泥的多种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与周围具有一定活性的黏土颗粒发生反应。
（3）碳酸化作用
水泥水化物中游离的Ca(OH)2能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土增加强度，但其增长的速度较慢，幅度也较小。
2施工准备要点
（1）施工前应对施工班组进行施工技术交底、安全交底，落实施工工艺、施工过程中的管理制度、资料的统一、检测要求等，将项目部对管理和施工的要点落实到每个一线施工人员。
（2）确保施工场地平整，清除桩位处地上、地下一切障碍，且至少在一侧开挖排水边沟，保证雨季场地不积水，给桩机机组创造一个良好的施工环境。
（3）明确水泥搅拌桩用水泥，使用前，将水泥的样品送具有相应资质的试验室检验。为了水泥搅拌桩施工机械配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。
（4）检查水泥搅拌桩施工机械是否具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应检查标定情况，检查验收合格后方可开钻。
（5）施工前应标定深层搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管送达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提粥塞度等施工参数，并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比和施工工艺。
3水泥搅拌桩施工工艺流程
桩位放样→钻机定位→检验、调整钻机→配置水泥浆→搅拌机钻头下沉至设计深度→边喷浆边提升搅拌提升至桩顶→重复喷浆搅拌下沉→喷浆搅拌至桩顶→关闭搅拌机，清洗→成桩结束。
（1）放线
搅拌桩按正三角形布置，测量人员根据图纸段落处理宽度及处理长度放出区域控制桩，经测量监理工程师确认后，按照图纸桩距逐点测定桩位并用长竹签做好标记，施工过程中特别注意桩位标志。
（2）定位
开启步履式深层搅拌桩机，达到指定桩位，使钻尖对准桩位标志，其误差不大于5cm。然后调整液压腿使钻机平台保持水平。然后调整塔架垂直度，使钻杆保持垂直，桩身垂直偏差不超过1.5%，施工中对搅拌机的定位及垂直度进行认真检查并填写检查记录。
（3）制备水泥浆
待水泥搅拌桩机下沉到一半深度时，即开始按照每种水泥配合比制备水泥浆。水泥浆使用机械拌制，做到一桩一罐，拌和时间不少于3min，用比重计测其比重，并检验稠度，且浆液必须过筛避免离析。比重与稠度应与强度制备试件时一致。拌制水泥浆的罐数、水泥用量及泵送时间设置专人记录。泵送时连续，且喷浆量及搅拌深度采用国家计量部门认证的检测仪器进行自动记录并打印，施工完成，附在施工原始记录后。
（4）预搅下沉
启动电机，放松起吊钢丝绳，空压机送气，使钻头沿导轨下沉钻进至设计深度，钻进过程中桩机工作电流不宜大于70A，下钻速度宜控制在80cm/min。
（5）喷浆搅拌提升
开启灰浆泵待浆液到达喷浆口时，须先喷浆搅拌30s，待水泥浆与桩端土充分搅拌后反向旋转再边搅拌边提升至地面，当喷浆口距地面30～50cm时停止提升，喷浆搅拌30cm确保桩头密实均匀。因故停止喷浆时，将搅拌头下沉至停浆点以下1m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升，并在记录中记明这种异常情况及其深度。
（6）复搅
关闭灰浆泵，为保证搅拌均匀，再次将钻杆下沉重复喷浆搅拌，至桩顶以下1/2～1/3桩长(不小于5m)，如喷浆量已达到设计要求时，就不再送浆，钻杆搅拌提升至地面，桩顶水泥浆凝固后将高出部分挖出。
4施工工艺质量控制要求
（1）水泥搅拌桩桩位偏差应控制在5cm～10cm之间，桩身垂直偏差不超过1.5%，施工中应对桩机的定位及垂直度进行认真检查并填写检查记录表；
（2）水泥搅拌机的喷浆提升速度、搅拌次数、喷浆压力等必须符合试桩工艺要求，并有专人检查、如实记录；当因故停止喷浆时，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升，并在记录中记明这种异常情况及其深度；钻进搅拌速度一般不得大于0.8m/min，提升搅拌速度一般不得大于0.5m/min；
（3）搅拌机预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层搅拌下沉太慢时，经旁站监理认可后，方可适量加水，但冲水对桩身强度有较大影响，应加大喷浆量，增加复搅遍数；
（4）水泥浆必须使用机械拌制，拌和时间不少于3min，用比重计测其比重，并检测稠度，且应过筛，不得产生离析；比重、稠度检测样品应与强度试验制备试件时一致；拌制水泥浆的罐数、水泥和外掺剂用量及泵送浆的时间、压力必须有专人记录；泵送必须连续，且喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪进行自动记录并打印，施工完成后附在施工原始记录后面；
（5）当水泥浆到达喷浆口后，应喷浆搅拌30s，将水泥浆与桩端土充分搅拌后，再提升搅头，同时进行喷浆、提升和旋转搅拌，搅头提升到原地面下30cm～50cm时，不停浆原地搅拌30s再下沉搅拌；
（6）所有的施工原始记录必须由专人逐桩现场认真填写，不允许后补，施工时监理应全过程旁站，所有原始记录必须经旁站监理当日签认；当发现弄虚作假者，除对现场负责人严肃处理外，其当日施工的搅拌桩记为不合格工程，应重新补桩；
（7）水泥浆拌制数量要满足单桩拌和总量的需求，应均匀喷浆并一次用完，不得剩余，不足者可以补量但不予计量；
（8）单桩水泥剂量和拌和均匀性必须严控，同时进行各作业点的进场水泥总量控制也是有效的办法，可实行双控；
（9）为切实保证水泥剂量的准确性，各作业点应视土质变化情况分别取样，或适当增加土样进行湿容重试验；取样深度在表层下1.0m或更深，用环刀法取3处做试验并取其平均值。
5施工质量检测
水泥搅拌桩的质量控制贯穿于施工的全过程，施工质检人员严格控制施工工艺质量。施工中随时检查施工记录和计量记录，并依照施工工艺对每根桩进行质量评价，评价项目包括水泥用量、水泥浆稠度、比重、桩长、搅拌头转数、提升速度、喷浆压力、喷浆时间、复搅深度及停浆处理方法等。
（1）成桩7d后，采用浅层开挖桩头，目测检查搅拌均匀性、整体性及外观质量，并测量成桩直径，开挖深度为停浆面以下1.5m处。检查频率为每工点总桩数的0.1%。
（2）在成桩28d后，钻芯取样(用双管单动取样器钻芯取样)做无侧限抗压强度试验，每根桩取3个试件(桩的上中下)，频率为总桩数的3%。同时从钻取的芯样中检查搅拌的均匀性、桩体的完整性、桩长及桩底是否穿过软土层。
（3）本工程按照设计规定需进行地基静载荷试验。静载荷试验能够较好地模拟桩身实际受荷条件，得到桩的实际承载能力，它是检测搅拌桩是否能满足设计承载力要求的最可靠的方法。静载荷试验在28d龄期后进行，通过P-S曲线确定桩的极限或容许承载能力。本工程根据设计要求，会同设计院、监理单位、建设单位、市质监站、监理单位、项目部对水泥搅拌桩随机抽取进行静载荷试验，强度符合设计及施工验收规范规定。
6结语
水泥搅拌桩作为基础工程，其质量好坏直接影响到上部结构物的质量，因此，要控制好每一根桩的质量，就要对施工过程进行全面管理，加大监控力度，紧抓施工环节，严格各施工参数、施工工艺，经常进行质量检测、监控，确保工程质量。
本公路拓宽工程路基分项部分现已完工近一年时间，经过一年时间的路基沉降观测，未发现路基有明显沉降现象，该分项竣工验收时，各项指标均达到优良工程的标准。因此利用水泥土搅拌桩处理公路软土地基取得的成效是令人满意的。
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