水泥搅拌桩施工和质量_水泥搅拌桩施工工艺
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水泥搅拌桩多用于软土层的地基加固处理工程中，其基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，可通过专用机械设备将水泥喷入处理的软土地基内，并在喷注过程中上下搅拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反应，生成水泥水化物并形成凝胶体，将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体，这就是水泥骨架作用，同时，水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子进行离子交换作用，生成稳定的钙离子，从而进一步提高土体的强度，达到提高地基承载力的目的。用水泥搅拌桩处理软弱地基效果显著，处理后可很快投入使用。它的施工方法根据喷注的是浆液还是粉体可分为湿法和干法两种。为解决高速公路桥头下沉问题，我们已在石黄高速公路衡水支线和青银高速公路进行了湿法水泥搅拌桩的施工，且取得了良好效果。笔者结合施工实践经验，现将施工中一些质量控制汇总如下，望与同行探讨切磋。
一、水泥搅拌桩的施工准备
首先是试验准备，备好满足设计要求的水泥，并按规定频率进行抽检试验，在温州市瓯海大道城市快速公路用的p.o32.5#水泥。根据被加固土的性质及单桩承载力要求，确定水泥掺入比。按设计文件要求水泥掺入比一般在12～15%之间，并根据实际土质的干容重计算出每延米桩体的水泥用量。每延米水泥用量约为50～55千克/米左右。水泥浆液的配制要严格控制水灰比，一般为0.45～0.50，比重一般为1.65～1.7，要求调制出的水泥浆有较好的流动性、和易性。施工中可用泥浆比重计控制水泥浆稠度来确保最佳的水灰比。其次是施工现场准备，施工现场场地应事先平整好，清除桩位处地上、地下一切障碍。场地低洼时应填好粘土，不得回填杂土。正式大面积开工前，应进行不少于5颗的工艺试验桩，试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及喷浆时间等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。同时，现场一定要做好水泥的防雨、防潮措施。
二、水泥搅拌桩的施工质量控制
经现场试桩石黄高速公路衡水支线和青银高速公路的水泥搅拌桩采用的施工工艺均为二搅二喷。二搅二喷的工艺流程为：钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵（预喷持续30秒）→反循环提钻并喷水泥浆（提升速度为0.6米/每分钟左右）→上升至工作基准面以下30厘米至50厘米（持搅30秒）→正循环复搅并喷浆下沉→到底部喷浆停止→反循环提钻至地面（提升速度为0.7米/每分）→成桩结束→施工下一颗桩→清桩头验桩。
施工过程的监控和管理是成桩质量的关键所在。经过工程实践笔者认为施工过程的质量监控要点有以下几个方面：
1、选择合理的位置开挖配制水泥浆用的灰浆池，并用水泥砂浆抹面进行防水处理；测量放线布桩时要重点对控制性轴线、桩位进行复查，满足要求后方可开钻。
2、桩长、桩位、桩径的控制：桩长的控制不仅要看表，而且要在钻机搭架上做出明显的标记，在设计桩长深度位置、没进钻的钻顶的位置贴上（划上）明显标记并写上数字，其它刻度用较小的标记；桩位控制时测量放样后应钉小桩，然后钻白灰点，垂直度是桩位控制的关键，因为垂直度影响桩的承载力。最好用吊锤球的方法控制垂直度；桩径控制要求不小于设计直径，要经常检查钻头，发现磨损超限时及时焊补。
3、水泥剂量的控制：为确保桩体水泥每米掺入量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪，同时现场应用比重计控制水泥浆稠度。最好做到一桩一配浆，一桩一清池（灰浆池）。另外项目经理部最好指派专人负责水泥搅拌桩的施工，全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。所有施工机械均应编号，应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。
4、水泥搅拌桩桩头复搅的控制：当钻机反循环提钻并喷浆升至工作基准面以下30～50厘米时，持喷30秒水泥浆，目的是保证桩的上部密实度和强度，根据荷载的扩散及传递原理，有必要加强水泥桩上部的密度和强度。
5、喷浆时间的控制：每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。
6、成桩的检验：制桩完成后，须达到要求的龄期后方可进行开挖，清理桩头时不得使用重锤或重型机械，宜用小锤、短钎等轻便工具操作以免损伤桩头。群桩桩顶应平齐，间距应均匀；桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。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。钻芯时不应在桩中心，应偏外侧些。取出的芯样搅拌应均匀，凝体无松散，其颜色应深浅一致，不应存在水泥浆聚集的“结核”。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送试验室做28天龄期的无侧限抗压强度试验，取出桩芯后留下的空洞应用同等强度的水泥砂浆回灌密实。在特大桥桥台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承载力或复合地基承载力。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。
三、水泥搅拌桩的施工常见问题及处理
1、喷浆阻塞：原因可能是水泥受潮结块或制浆池滤网破损或者是清浆不彻底。处理措施应改善现场水泥存储环境及时清渣并时常检查滤网的破损状况。
2、喷浆不足：原因可能是输浆管弯折、外压、泄漏或输浆管道过长，沿程压力损失大。处理措施应及时检查、维护管道并选择适当的位置开挖制浆池。当场地条件不具备时，可适当调增泵送压力。
3、进尺受阻：原因可能是地下存有尚未清除的孤石、树根或其它。处理措施应停机排除障碍或移位。
4、速度失稳：原因可能是设备自身控制系统问题或机组人员操作不规范、不熟练，处理措施做到不合要求的设备不得进场，制定完善明确的责任制并搞好岗前培训。
水泥搅拌桩施工属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工的各环节，严格水泥搅拌桩施工属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工的各环节，严格施工过程的管理非常重要。施工质量的控制更是一项细致的技术工作。最好建立施工班组自检互检，技术负责人抽检和配合监理旁站监督的质量保证体系。
水泥搅拌桩的施工工艺与质量控制
2014-4-5 14:02:44 :本文结合盘锦辽河220千伏变电站新建工程（下简称“本工程”）中水泥搅拌桩处理液化土层地基的施工工艺,介绍了水泥搅拌桩施工的工艺流程及各作业环节的质量控制注意事项，说明水泥搅拌桩在液化土加固的适应性和推广普及的可行性。
关键词: 水泥搅拌桩 液化土层 施工工艺 质量控制
一、前言
水泥搅拌桩把水泥当作固化剂,利用深层搅拌机械将水泥与软土相互搅拌,压缩,并充分吸收地下水分,在物理化学的作用下,形成一种高强度的有变形度的混凝胶质物质。它能大大的增加承载能力、控制软土地基的沉降,能够保证地基的稳定性。本工程位于盘锦市大洼县辽滨经济区，其工程地质概况为：
耕土①：灰褐色，稍湿，以粘性土为主，含植物根系，层厚0.50米。
粉质粘土（粉土）（Q4al）②：灰褐色，很湿，混较多粉砂，局部地段为粉土，软塑-流塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层分布于整个拟建场地，层厚约为1.90-3.20米。标准贯入击数修正值平均值为3.6。fak=100kPa 粉砂（Q4al）③：灰黑色，很湿，松散，以石英、长石颗粒为主，混较多粉土。该层分布于整个拟建场地，层厚为3.30-6.40米。此层为液化地层。标准贯入击数修正值平均值为5.3。fak=70kPa 粉质粘土（Q4al）④：灰褐色，很湿，混较多粉砂，部分地段为粉土，粉土地段为液化层，软塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层分布于整个拟建场地，只在No4地段缺失，层厚约为1.40-5.60米。标准贯入击数修正值平均值为3.3。fak=80kPa 粉质粘土（Q4al）④1：灰褐色，很湿，混较多粉砂，流塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层只出现于No4地段，层厚约为1.8。标准贯入击数修正值平均值为2.4。fak=60kPa 粉土（Q4al）④2：灰褐色，很湿，混较多粉砂，稍密，无光泽，摇振反应中等，低干强度，低韧性。该层只出现于No7和No16地段，层厚约为2.10-4.20米。标准贯入击数修正值平均值为3.6，此层为液化地层。fak=80kPa 粉砂（Q4al）⑤：灰褐色，很湿，松散，以石英、长石颗粒为主，混较多粉土。该层出现于整个拟建场地，层厚约为1.10-5.10米。此层为液化地层。fak=70kPa 粉质粘土（Q4al）⑥：黄褐色，很湿，含较多粉砂，软塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层只在No12缺失，层厚约为1.10-6.00米。标准贯入击数修正值平均值为4.0。fak=120kPa 粉砂（Q4al）⑦：黄褐色，很湿，中密，以石英、长石颗粒为主。此层分布于整个拟建场地，层厚为3.40-5.30米，标准贯入击数修正值平均值为17.8。fak=170kPa 拟建场地勘察期间地下水初见水位为0.50m-0.80m。
经过计算判定场地内粉砂③、粉土④2层为严重液化土层，粉砂⑤层为中等液化土层，粉砂⑦为轻微液化土层，决定用水泥搅拌桩来来消除地基液化沉陷。
二、水泥搅拌桩的施工工艺
1、设计简介
本工程设计的水泥桩径为500mm，两桩间距为1.5m，放置为正方形，桩长10m，水泥搅拌桩的水泥（425＃普通硅酸盐水泥）为干粉。对于地基含水量大小决定采用水泥喷入量为45～60kg／m。
2、施工准备
2.1 在水泥桩施工前的准备资料:施工场地的工程地质报告，土工试验报告，室内配比试验报告,水泥桩设计桩位图，原地面高程数据表，工程实地测量资料等。
2.2 对工程场地的平整工作及废物处理。如在低洼地带进行填埋粘性土；施工场地能满足大型机械的行走通过，不符合条件的对地面进行改造。对于地表软的情况，进行铺垫硬质山皮石等物质，以保证机械通过的稳定性。
2.3 严格控制水泥质量，水泥桩所用的水泥（425＃普通硅酸盐水泥）应符合设计要求，必须有国家相应的合格证和检测报告，避免使用过期，受潮，结块的水泥原料。
3、施工工艺流程
水泥粉喷桩的主要施工顺序为：
①将深层搅拌机械就位。②下沉（至设计标高）。③搅拌提升,喷干粉至地面0.5m处（桩顶）。④在桩上部的5m长范围内重复搅拌,确保桩长、桩上部的强度。⑤重复搅拌提升,直到离地面下0.5m,上部回填石灰土（或水泥土）并压实。⑥搅拌机械位移,进行下一步施工。
三、施工质量控制
1、施工前质量控制
水泥搅拌桩施工水泥掺入比参考值为48—50kg/m，水泥搅拌桩施工前应做好加固土室内试验，根据设计要求的无侧限抗压强度，按7天龄期的试验成果求出合适的掺入比，7天龄期抗压强度不小于1100KPa.以确定：①要穿过软土层的实际深度；②了解各软土的阻力，以确定钻进及提升速度和喷粉量。在实际工作中根据其抽芯质量情况发现，对含水量较大的软土，提升速度要慢，风量要大才能保证成桩质量；对砂层，提升速度应较液化土层快，风量应较淤泥层的小。
2、各主要工序的质量控制要点
①桩基就位：根据设计，确定加固放置机体位置的基础（即加垫砂层），使搅拌桩机机轴保持垂直，以防打斜桩，影响桩基承载力。
②下钻：启动搅拌桩机，钻头边旋转边钻进。为不致于堵塞喷射口，此时并不喷射加固材料，而是喷射压缩空气，可使钻进顺利，减小负载扭距。随着钻进，准备被加固的土体在原位受到搅动。
③提升钻头并反转：在提升过程喷粉搅拌，通过粉体发送器将水泥粉喷射入搅拌的土体中，使土体和水泥沿深度方向充分拌和。要根据地质情况，决定提升速度，以得到较均匀的水泥土桩，提升速度根据试桩参数确定。
④提升结束：当钻头提升到距地面30～50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，成桩结束。这时由于装置的回路是封闭的，粉体不会向空中喷射和飞散。在向土体喷射过程中的最后阶段，在搅拌钻头距地面30cm处停止喷粉，粉粒不会溢出地面。一般在设计桩顶预加50cm桩长作为破除桩头用。
⑤复拌：停止喷粉，钻头边旋转边钻进，直至设计深度处，再边提升边反向旋转，使土体和粉体充分拌和，土体被充分粉碎，水泥粉被均匀地分散在桩土中，复拌是保证成桩均匀和提高桩体强度的有效措施。
四、质量标准及检测验收
1、基本要求
水泥要符合设计要求，要按成桩试验所确定的技术参数进行施工；严格控制喷粉时间、停粉时间及高程、水泥喷入量，确保粉喷桩的长度；全桩复搅，确保桩体质量；发现喷粉量不足时，应整桩复打；喷粉中断时复打的重叠孔段应大于1米。
2、桩体质量检验及质量分析
水泥搅拌桩施工完成后，应按规定频率进行取芯、无侧限抗压强度、单桩及复合地基承载力试验。检测时，现场监理应全过程旁站，对取芯、单桩及复合地基承载力试验的桩，应由监理工程师指定。对检测发现的问题，如未穿透软土层、部分断灰、喷灰不均匀、强度不足等，应严格进行加密、补桩等处理。取芯时，取芯位置应取在桩半径1/2处，而不应取在桩中心处，因粉喷桩桩体中心是钻杆占据的空间，成桩后中心部位强度较低，易造成桩体强度偏小的假象；钻孔取芯时要注意保持钻机平衡，避免因钻杆倾斜而造成斜孔，导致取芯失败；取芯长度应比桩长长50cm左右，以检验桩底土性状。在粉喷桩检测方法中，应以取芯试验为主，通过该方法，可以直观地掌握整个桩体的完整性、搅拌的均匀程度、桩体垂直度、桩长、是否达到持力层、含灰量的多少等。
质量检测：水泥搅拌桩属地下隐蔽工程，施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响，因而其质量控制要贯穿于施工的全过程，并坚持全方位的施工质量控制检查。施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况，记录其处理方法及措施。成桩７天内浅部开挖桩头，其深度宜为０.５ｍ，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径。检查频率为2％。在成桩７天内采用轻便触探仪检查桩的质量，触探点应在桩径方向１／４处，抽检频率为２％。成桩２８天后在桩体上部(桩顶以下０.５ｍ、１.０ｍ、１.５ｍ)分别截取３段桩体进行现场桩身无侧限抗压强度试验，检查频率为5％，每一工点不少２根，本工程经各项检测均满足规范和设计要求。
五、施工注意事项
4.1 对钻机下钻深度进行严格控制,保证水泥桩的长度达到规定要求。
4.2 喷粉机一定要有粉体计量装置,保证各项施工按数据实施。
4.3 严格控制水泥桩的桩径是否达到要求,保证水泥桩的搅拌均匀。要对钻头进行定期检查,定时更换钻头,钻头的直径磨损不得超过2cm。
4.4 在钻头提升过程中,在钻头离地面0.5m时,要停止喷粉。
4.5 在施工中如果因机械故障停止了喷粉要进行二次喷粉,在第二次喷粉接桩时,其喷粉重叠长度不得小于1m。
4.6 水泥桩施工时,保证泵送水泥的连续性,并派专人对其用量进行记录,其用量误差不得大于±1％。
4.7 保证搅拌机的垂直度。保证起吊设备的平整度和导向架与地面必须垂直,按时检查施工情况,使垂直度偏差不超过1％。
4.8 搅拌机喷粉提升的速度和次数必须按施工前设计要求实施,搅拌机的运作具体数据应有专人记录,深度应达到设计要求,时间误差不得大于5秒,施工前应丈量钻杆长度,并在杆上表上记号,以确定施工时的到达深度。对于施工时遇到的问题要及时研究处理,并做好记录。
4.9 储灰罐容量要符合施工要求,当其储量不足时,不得对下一桩进行施工,要及时更换或处理。
4.10 关于复搅与提升：为了加强桩身强度，全程全长复搅一次。钻进提升时管道压力不宜过大，以防淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。
4.11关于补喷和废桩问题：如发生意外影响桩身质量时，应在水泥终凝前采取补喷措施，补喷重叠长度大于1.0m.补喷无效时须重新打桩，新桩与废桩的间距≥20cm.4.12输灰管须经常检查，不得泄漏及堵塞，管道长度以60m为宜。对钻头定期检查，直径磨耗量≤1cm，钻头直径≯53cm.4.13在灌注桩两侧布设粉喷桩位时，应预留钻孔灌注桩施工位置，预留净距为140cm.4.14成桩施工顺序从四周边开始向中心进行，相邻两根桩必须跳跃间打。
4.15 砂砾垫层必须在桩体强度达到70%时方可铺筑。
结束语：水泥搅拌桩属于隐蔽工程，如施工质量不好，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工环节，严格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。结合本工程水泥搅拌桩施工工艺和质量控制过程，说明在液化土层中地基处理，水泥搅拌桩是比较好的选择。
