水泥砂浆搅拌施工质量控制研究

1、水泥砂浆搅拌施工质量控制研究张荣超（中铁十八局集团第二工程有限公司 河北唐山 063000）摘 要 水泥砂浆搅拌桩是对软土地基加固的一种有效处理形式。本文介绍水泥搅拌桩加固软土地基的机理及特点、施工工艺、质量控制、检测方法，探讨水泥砂浆搅拌桩成桩质量的控制方法。关键词 水泥砂浆搅拌桩 施工工艺 质量控制 Abstract Cement mortar mixing piles of soft soil foundation reinforcement is an effective treatment form. This paper introduces cement stirring pil

2、e mollisol ground mechanism and characteristics, construction technique and quality control, detecting methods, discusses the cement mortar mixing pile into piles of quality control method.Key words Cement mortar mixing pile Construction technology Quality control1 前 言新建向莆铁路将乐车站工程，起讫里程DK298+009.63DK

3、300+600，车站区域属于低矮丘陵、丘间谷地及河流一级阶地。丘陵自然坡度25°35°，植被发育地势开阔，地形平缓，其中DK298+135DK299+910正线和站线的部分高填方区域内，水田，鱼塘大面积分布。水田、鱼塘底部的淤泥层形成厚度不一的软土层，为提高地基承载力减小路基高填方后的工后沉降量，提高地基稳定性，起到对软土区加固的目的，在该段设计采用水泥砂浆搅拌桩，桩径0.5m，呈正方形布置，桩间距为1.2m，其施工方法为喷浆法或称为深层搅拌成湿法。该方法可以增加软土地基的承载力，减少沉降量，提高路基边坡的稳定性。其快速、经济的特点，广泛应用于铁路工程软土地基的加固处理中。

4、2 加固机理及特点2.1 加固机理 水泥砂浆搅拌桩加固软土的机理：采用排土桩施工原理，用长螺钻机在桩位点钻至设计深度，在提钻同时，用砂浆泵通过设计在钻头上的活门向孔内压灌制备好的水泥砂浆，利用水泥的水解和水化反应，使原状土体和水泥砂浆混合形成具有一定强度的胶结体，成桩后桩与桩间土共同作用承受上部荷载的复合地基。 2.2 特点 与其它地基加固方法相比，水泥砂浆搅拌桩具有如下特点：（1） 施工时噪音小、无震动、无污染；（2） 成桩过程中水泥砂浆与地基软土就地搅拌，最大限度的利用了原状土，同时没有挤土效应，不会使地基侧向挤出；（3） 水泥砂浆与土的胶结体容重与原状土的自然容重相接近，故基本不会对软弱

5、下卧层产生附加沉降；（4） 施工方法及机具简单，施工成本低；（5） 可多台机械同时施工，加快施工进度，技术效果明显，可用于大范围的软基处理。3 施工工艺3.1 工艺流程（见图1） 图1 水泥砂浆搅拌桩施工工艺多向多轴搅拌水泥砂浆桩进入已整平的场地和测放了桩位的地段准备施钻，施钻程序如下：a）搅拌桩机就位、调平，钻头对准桩位。b）搅拌下沉：启动搅拌机，使其钻杆沿导向架向下搅拌切土，此时多轴上的叶片同时正反向旋转搅拌直到设计深度，桩底应原位搅拌不小于30s。c）搅拌、喷浆提升：多向多轴搅拌桩机钻杆上叶片正反向旋转搅拌提升，同时开启送浆泵向土体喷水泥砂浆至设计桩头标高，桩头应原位搅拌不小于2min。

6、d）重复搅拌下沉至设计深度。e）重复搅拌、喷浆，提升钻头到设计标高，f）搅拌完毕，关闭机械，完成单根多向多轴搅拌水泥砂浆桩的施工。3.2 工艺流程（见图2）桩位放样钻机就位按设计配合比配置水泥砂浆检查、调整钻机正循环钻进至设计深度打开注浆泵反循环提钻并喷水泥浆液至设计桩顶标高重复搅拌至设计深度提钻喷浆至地表结束成桩施工下一根桩图2 水泥砂浆搅拌桩施工工艺3.3 施工参数的确定根据设计要求及场地的地质条件，在大面积进行水泥砂浆桩施工之前，选择了有代表性的地段进行成桩工艺性试验，对试验桩进行了单桩复合地基静载试验、单桩竖向静载试验和取芯无侧限抗压强度试验，实验结果均满足设计及规范要求，最终确定的水

7、泥砂浆桩施工参数如下：设计桩径为500mm正方形布置间距1.2m，采用SP-5型专用水泥砂浆搅拌桩钻机，选用P·O42.5金牛水泥，水泥砂浆搅拌桩采用的配合比是水泥：土：砂：水：外加剂为：1.0：5.88：0.406：0.606：0.009，桩体取芯芯样的无侧限抗压强度2.0MPa，每延米桩需用水泥48.4kg，细砂20kg，单根桩采用2次全桩长复搅，钻头进入持力层的工作电流为6070A,并嵌入持力层以下50cm，钻杆下钻的速度为0.61.0 m/min，钻杆提升速度为1.01.5 m/min，钻机转速为60120 r/min,喷浆压力为0.150.3 Mpa，喷浆量不小于56 L/

8、m，成桩桩顶标高均比设计桩顶标高高出0.5m。4 桩体的技术质量控制和检测方法水泥砂浆搅拌桩的施工质量是保证其处理效果的关键。由于水泥砂浆搅拌桩属隐蔽工程，如果桩体的施工质量不好，是导致处理过的软基失效或效果不好的主要原因，一旦被高填方路堤所覆盖，其造成的质量和运营安全隐患是不可预估且无法补救的。因此如何加强水泥砂浆搅拌桩的施工质量控制和检测，是整个软土地基处理过程中的极为重要的环节。4.1 施工质量控制（1）水田地段应排水疏干后挖除地表0.30.5m后种植土，旱地及旱田地段挖除地表植物根系，并用优质土回填至设计桩顶标高，对鱼塘部分排水或抽水后，用土回填至设计桩顶标高。回填土要进行碾压，碾压密

9、实至压实系数K0.9，地基系数K3060MPa/m。（2）桩位严格按水泥砂浆搅拌桩设计图进行测放，桩位的水平偏差50mm，施工过程中随时测量桩的垂直偏差，其垂直度偏差小于±1%，可通过测量钻杆的垂直度。（3）严格控制钻机的下钻深度、喷浆的均匀和停喷面，确保桩体长度；（4）采用有计量装置的设备，对喷浆量和钻进深度进行自动记录，保证数据的真实性。（5）定时检查搅拌桩的成桩直径和搅拌均匀程度，喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥、砂沉淀，控制喷浆压力。对使用的钻头定期检查，其直径的磨损量不得大于1cm，另外可通过改进钻头的上偏角度，保证钻头钻进时下切上压。（6）在成桩过程中，遇有故障而停止喷

10、浆，停机超过3小时，需拆卸导管清理，第二次喷浆接桩时，其重叠长度不小于1米，接桩间隔时间不能超过24小时，否则重打该桩。（7） 施工中应认真做好施工记录，记录要准确可靠，记录的深度误差不得大于5cm，记录的时间误差不得大于5秒钟。（8） 搅拌头下沉到设计深度时，应原地旋转10秒钟，待水泥砂浆送至孔底，管道压力达1.53.0Mpa时，再旋转上提，以保证桩端质量。是否打进持力层可通过电流计的读数确定，本工程的SP-5型专用水泥砂浆搅拌桩钻机在电流达到60A-70A即表明钻头已开始进入持力层。（9） 对施工的水泥砂浆搅拌桩，要求送浆压力均衡，常规工艺施工的水泥砂浆桩还应进行复搅，以保证桩身的均匀性。

11、（10） 根据地质条件的变化情况及时调整施工工艺参数，以确保桩的施工质量。调整参数前应及时向业主、监理、设计部门报告，并经同意后调整。4.2 质量检测方法保证水泥砂浆搅拌桩的施工质量达到设计要求，必须对其质量进行检测。检测内容包括桩体的平面位置、桩径、桩间距、桩的长度和桩体材料的均匀性、单桩复合地基静载试验、单桩竖向静载试验和取芯无侧限抗压强度检测等。现行的检测方法主要有一下几种：（1）取芯检测：在成桩28d后在桩径的1/4处用双管单动取样器在桩长范围内取芯，检验桩体完整性和均匀性，检验桩数为施工总桩数的0.2%，且不少于3根，桩身质量完整性分类表（表1）。每个孔在不同深度取3个试样做无侧限抗

12、压强度，试样的长度一般为50cm，试验时在其上下表面用水泥砂浆找平，然后在压力机上进行抗压强度试验，测定其强度、应变关系和变形模量。芯样特征类别水泥砂浆搅拌桩芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状、断口吻合，仅见少量气孔类桩水泥砂浆搅拌桩芯样连续、完整、胶结较好、骨料分布基本均匀、呈柱状、断口基本吻合，局部见蜂窝、麻面、沟槽类桩水泥砂浆搅拌桩芯样胶结较好、无松散、夹泥、严重离析或分层现象，但有下列情况之一：局部水泥砂浆搅拌桩芯样破碎且破碎长度小于10cm；骨料分布不均匀；多呈短柱状；蜂窝、麻面、沟槽连续类桩局部水泥砂浆搅拌桩芯样破碎且破碎长度大于10cm；芯样任一段松散、夹泥

13、、严重离析或分层；钻进困难或无法钻进类桩表(1） 桩身质量完整性分类表此方法做强度检测，方法直接，数据可靠，由于全截面抗压，可避免桩体在截面方向因强度不均匀而造成对强度的影响，试验设备简单易行，取芯的同时可目测桩体的外观、色泽等，但取芯时间一般在28d以后，检测时间长，钻孔费用高，检测频率少，难以对搅拌桩质量实施动态控制。（2）轻便触探试验（N10）：水泥砂浆搅拌桩在成桩3d后用轻便触探器钻取桩身加固土体，观察搅拌的均匀程度，同时根据轻便触探器击实数判断桩身强度，检测桩的数量为施工总数的1%。 检验搅拌桩均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩桩身中心钻孔，取出桩芯，观察气均匀性。 触探试验

14、：当桩身1d龄期的轻便触探器的探击数（N10）大于15击时，或者7d龄期的击数（N10）大于30击时，桩身强度满足设计要求；触点在桩径的1/4处。 轻便触探的深度一般不超过4m。（3）静力触探试验：通过静力触探试验，依据探头的阻力大小估计桩体强度，并根据探头阻力的均匀性，判断桩体的均匀性和桩体长度。静力触探试验方法简单，操作方便，速度较快，但随着桩体龄期的增加，强度也不断增加，探头难以压入桩体。（4）地基静载试验：对单桩和复合地基施加静力荷载，是检测其力学性质和加固效果最直接的方法，但相对于其它方法，静载试验比较费时，投入的费用和人力也比较大。（5）以上检测方法各有利弊，每一种方法都不能快速、

15、有效、经济的对水泥砂浆搅拌桩质量进行检测，难以保证对桩体的动态质量控制。在实际中，我们采用静力触探法和轻便动力触探法相结合对桩体进行成桩后的早期检测。根据轻便触探击数N10和水泥砂浆土体强度的对比关系确定桩身的强度，用附带的勺钻，在搅拌桩桩身中心钻孔，取出桩芯，观察桩芯颜色是否一致，是否存在砂浆的结核或单一的土体。当搅拌桩的龄期超过7d，由于状体强度的增加，探头难以压入，则采用标准贯入法进行检测，桩身的强度可通过标准贯入击数N63.5来评定，建立N63.5和无侧限抗压强度的关系，能客观反应桩身强度。通过钻孔贯入过程，贯穿桩底，可检测桩体长度。实践证明，在施工中采用静力触探法和轻便动力触探法，对搅拌桩质量进行动态控制，在工程完工验收时，桩体质量的各项验收制表均符合设计要求，真正达到了搅拌桩处理软基的效果。5 结束语因水泥砂浆搅拌桩是处理铁路软土路基最常用的方法之一，施工量大，涉及面广，但目前搅拌桩的施工队伍施工能力良莠不齐， 且搅拌桩的施工设备无法自动地、准确地控制其施工质量，因此，施工中一方面要加强质量的过程控制，另一方面要寻求一套简单、经济、快速、准确的质量检