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1、1喷浆水泥搅拌桩在高速公路施工中的应用内容提要 介绍喷浆水泥搅拌桩施工工艺，及其在公路施工中特殊路基处理中的应用和质量控制措施。关键词水泥搅拌桩 高速公路 施工 应用一、绪论在地质不良地段，诸如：软弱土和砂土液化地基、淤泥或淤泥质土、泥炭土和粉土土等地段，这类地质地基的特点是：面积较大，地层较深，地基强度差。这类地段、特别是在小桥涵地基及桥头段路基，需要进行特殊路基处理。特殊路基处理方法有多种，诸如：在沉降量不大的较高填方路段，用加强型双向塑钢土工格栅进行处理；在小桥涵地基及桥头段的不良地质段，需要进行特殊处理。可以选择强夯等办法。水泥搅拌桩多用于软土层的地基加固处理，其特点是：处理时间短，受
2、外界环境影响小，处理效果显著。因此，水泥搅拌桩法处理特殊地基方法，近些年在诸多高速公路建设项目中得到快速的推广，施工工艺得到了进一步的完善。二、基本原理水泥搅拌桩施工工艺主要有两种：一种是先在地面把水泥制成水泥浆，然后送至地下与地基土搅和,待其固化后，使地基土的物理力学性能得到加强；另一种是，采用压缩空气把干燥，松散状态的水泥粉直接送入地下与地基土拌和，利用地基土中的孔隙水进行水化反应后，再行固结,达到改良地基的目的。目前我国水泥搅拌桩施工较多采用的是“喷浆”工艺。水泥搅拌桩的基本原理是：利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，并在喷注过程中上下搅
3、拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反应，生2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水泥骨架结构整体。用水泥作为固化剂加固软土时，由于水化和水解反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁铝酸钙等化合物，在水中和空气中逐渐硬化，钙离子和土中交换性钠离子发生交换作用，使粘土颗粒集合成较大团粒；水泥水化物中的游离氢氧化钙吸收水和空气中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸钙等项效应，形成具有一定迁强度和稳定性水泥加固土，从而达到提高地基强度、提高地基承载力的目的。水泥和土间搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，宏观的总体强度也越高。水泥土的容重与软土接近，而比
4、重稍大，无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增加。三、工艺流程1、施工前的准备工作（1） 、材料要求水泥采用不低于 32.5 级矿渣水泥或硅酸盐水泥。对进场的同厂家、同品质、同编号、同生产日期的水泥以 200t 为一检验批次，做胶砂强度、安定性、细度、凝结时间等项目试验检测，符合规范标准要求时方可使用，受潮结块的水泥不允许使用。要求对水泥进行支垫整齐堆放，10 袋水泥为一堆，并在进行标牌标示，以便进行水泥数量清点管理。对于高效减水剂等外掺剂也要按相关规范要求进行试验检测和存放。（2） 、配合比试验水泥掺入量为大于加固土体（原状土体）质量的 1215%，水灰比控制在 0.40.6 之间；在掺入一
5、定量的高效减水剂时，水灰比可以控制在 0.50.7 之间，以保证喷浆稠度和流动性；在加固土体含水量较高的情况下，宜掺入高效减水剂，并将水灰比控制3在 0.40.5 之间。要采用至少三个不同的配合比，在基准配合比的下，另外两个配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少0.05。用天然含水量时的加固土体制备 7.077.077.07cm3立方体标准试件，在标准养生条件下养护，以试验检测配合比试件的7d、14d、28d 及 90d 的无侧限抗压强度。每个配合比至少要制备4 组（6 块组）以上试件在制取标准试件时，要检测记录制作标准试件用的水泥浆稠度和比重。必要时，要对加固软土层含水量及有机质含量进
6、行检测。通过试验确定每延米水泥用量，一般控制在 3060kgm，可以根据不同的土质和处理要求确定水泥用量。（3） 、调查、了解各施工段落范围内的地上、地下的各管线及其它设施并绘于平面布置图上，及早办理拆迁，以免因施工造成严重后果。搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍( 包括大块石、树根和生活垃圾等 )。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。路基压实应达到要求的压实度。（4） 、各施工段的桩位平面布置图应编号，注明该段落加固深度，上报审批。在现场进行放样定位，并对行、排位置线在施工范围外设固定桩。一般设计采用了桩径 50cm 的，桩间距为：11m、1.11.1m、1.21.2m、
7、1.41.4m 等等间距三角布置。同时在设计中，对加固后的桩体 28d 无侧限抗压强度、单位复合地基承载力等做了明确的规定。（5） 、设备可选用 ST1 型、PS5 型等 “叶缘喷浆”深层水泥搅拌桩机，每台搅拌桩机必须配备钻孔、注浆自动记录设备及打印设备，保证自动打印相关数据，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度，减少人为因素影响。灰浆制备必须采用灰浆拌和机拌和。灰浆斗上要配置过滤筛。灰浆拌和斗的容量根据试验确定，保证一定的水泥浆余量，不会因浆液供应不足而断桩，也不会因浆4液过多产生沉淀而引起浆液浓度不足。检查设备机具的机械性能，确保运转良好。同时要确定输浆泵输浆量和灰浆经输浆管到达搅拌机喷
8、浆口的时间。2、试桩试桩目的是确定工艺的各项技术参数，诸如：钻进速度、喷浆速度、输浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间、喷浆压力、拌和斗容量，每米水泥浆用量、完成一根桩的时间等。在搅拌桩正式开工前，应根据地质情况选取具有代表性施工地段，做工艺性试桩且不少于五根，以便取得可靠的、符合设计要求的工艺控制数据，其中包括制浆工艺、水灰比、注浆压力、钻具钻进速度、提升速度、提升时钻头反转速度、搅拌遍数、复拌深度、单位时间注浆量、每延米注浆量等数据，并经质量检验合格后，写出试桩总结报告，经相关部门审批后，方能正式开工。所取得的各项数据参数，应作为现场施工的控制依据，作为操作规程，严格控制、认真执
9、行。在工艺性试桩开工前至少 7 天，施工单位应编制施工方案，上报审批。3、水泥搅拌桩施工工艺流程根据搅拌次数和喷浆次数，可以将喷浆水泥搅拌桩施工分为：二搅二喷、二搅四喷等方法，以上两类是较常用的两种方法。以下分别说明其工艺流程。（1） 、四搅二喷（复拌复喷）施工流程地上（下）清障、地面整平、路基压实测定桩位钻机就位、检验、调整钻机正循环钻进至设计深度打开高压注浆泵（喷浆持搅 2030s 磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆（提升速度一般控制在 0.50.8m/min 左右）上升至地面以下 3050cm(持搅2030s 磨桩头 ) 搅拌喷浆至地面以上 50cm 基准面停止重复正5循环复搅下沉到底部、打开
10、高压注浆泵（喷浆持搅 2030s 磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆(提升速度一般控制在 0.71.0m/min 左右)上升至地面以下 3050cm( 持搅 2030s 磨桩头) 搅拌喷浆至地面以上 50cm 基准面停止成桩结束施工下一颗桩清桩头验桩。在四搅二喷时，要求在第一次搅拌前，要求叶片带浆下沉搅拌。严禁带水下钻。（2） 、四搅四喷施工流程地上（下）清障、地面整平、路基压实测定桩位钻机就位、检验、调整钻机打开高压注浆泵、正循环钻进并喷浆至设计深度（搅拌、喷浆持续 1020s 磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆（提升速度一般控制在 0.70.9m/min 左右） 上升至地面以下3050cm(持搅 10
11、20s 磨桩头)搅拌喷浆至地面以上 50cm 基准面停止重复正循环复搅喷浆下沉到底部（喷浆持搅 1020s 磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆(提升速度一般控制在 0.81.0m/min 左右) 搅拌喷浆至地面以上 50cm 基准面停止成桩结束 施工下一颗桩清桩头验桩。四搅二喷和四搅四喷基本在成桩质量上没有多大差别，只是四搅四喷在全过程进行喷浆，在钻进和提升速度上较快，可以全过程保证喷浆的连续性和均匀性。一般情况下四搅二喷，也基本可以保证喷浆的均匀性，所以大多采用的是四搅二喷施工工艺。在四搅二喷施工难以保证喷浆搅拌的均匀性时，采用四搅四喷施工工艺。4、施工过程控制（1） 、在开钻前严格检查钻机、灰浆
12、搅拌机和输送泵等设备的机械性能，确保运转良好的情况下开始施工。（2） 、水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个输送管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。（3） 、为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在开机前6必须进行钻机的垂直度检查，符合要求后开始。并在施工过程中，要不定时进行垂直度检查校正。（4） 、影响成型水泥搅拌桩质量的重要因素是水泥用量、水泥浆拌制的均匀性、压浆过程中的连续性、喷浆搅拌提升速度以及复搅复喷次数。因此要施工过程中的数据控制，确保施工过程中的数据符合试桩报告所确定的数据。、在完成一根水泥桩后，首先进行水泥用量的清点和计算，以保证单桩的水泥用量。、严格按照批复的配
13、合比进行水泥浆拌制，控制好水灰比及外掺剂用量。水泥浆必须使用机械拌制，拌和时间不少于 3min。在拌和水泥浆时，首先要过筛，受潮结块的水泥不允许使用。一次拌和的水泥浆储量要保证不少于一根水泥桩灌注量50kg。在喷浆过程中要不断搅拌水泥浆，防止沉淀，不得产生离析 。在喷浆过程中，要不断检测水泥浆的比重和稠度，必须保证其与配合比中所确定的数据一致。严格控制水泥浆储量，储量不足时不得进行下一根桩施工，以保证开钻后水泥桩施工连续作业。、严密监控水泥搅拌桩机的操作系统，控制好搅拌提升速度。控制好灰浆喷浆压力和速度。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩（16m 左右）的正常成桩
14、时间应不少于 40 分钟，喷浆压力应不小于 0.4MPa。（5） 、为保证桩端、桩身和桩头的质量，必须在桩端和桩头做停留搅拌和喷浆。（6） 、施工中发现喷浆量不足，应按要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障等原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。要求在 12 小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于 100cm，超过 12 小时应7采取补桩措施。（7） 、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，经相关技术个监督人员认可后，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。（8） 、水泥搅拌现场施工人员要认真填写
15、施工原始记录，记录内容应包括：、施工桩号、施工日期、天气情况；、喷浆深度、停浆标高；、灰浆泵压力、管道压力；、钻机转速、钻进速度、提升速度；、浆液流量、每米喷浆量和外掺剂用量；、复搅深度等。（9） 、水泥搅拌桩施工区域周边要开挖排水沟，便于排放废弃水泥浆。并在每根桩施工完毕后，及时清理桩头多余水泥桩，进行验桩和标记。（10） 、在成桩后 7d 内，不得随意在成桩区域堆放大荷载物品，防止损伤新完成的水泥桩桩体。5、质量标准及要求（1） 、成品质量检查标准检查项目 规定值或允许偏差 检查方法和频率桩体强度（Mpa ） 在合格标准内 钻芯取样法： 每施工点桩总量的 0.5桩位偏差（mm） 不得大于
16、50mm 全站仪或经纬仪：每施工点桩总量的 2桩距偏差（mm） 50 尺量：每施工点桩总量的 2垂直度（） 1.5 的桩长 侧壁（斜）仪或钻杆垂线法：每桩检查桩径（mm ） 不小于设计 尺量钻头法：每桩检查桩长（mm ） 不小于设计长度100 尺量钻杆法：每桩检查单桩承载力（KN） 不小于设计 荷载试验：每施工点不少于 3且不少于 3 根复合地基承载力(Kpa) 不小于设计 荷载试验：每施工点不少于 1 处8（2） 、轻便动力触探检测方法检测、在成桩 3d(或 7d)内，用轻便动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性，检查频率为每施工点总桩数 1%且不少于 3 根。、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。检查频率为每施工点总桩数的 5%。、在成桩 28d 后，钻芯取样（用
