水泥深层搅拌桩施工质量控制

【摘 要】某水利枢纽工程在粉细砂软基上首次大规模采用高置换率水泥搅拌桩、格栅式布置，以此提高地基承载力和形成悬挂式防渗墙。

【关键词】水泥深层搅拌桩；质量控制

1.搅拌桩施工

1.1先导孔施工及布置

为确定和复核搅拌桩设计桩底下限深度和地层特性，沿坝基轴线每间隔50m布设一个先导孔，局部地质条件变化较大的地段，适当加密先导孔。泄水闸标共布孔35个，电站标14个，船闸标27个。对先导孔钻芯样进行分析与地质编录，以此绘制地质结构图。

1.2设备选型

搅拌施工设备由搅拌机、灰浆拌制机，集料斗，灰浆泵及输浆管路五个部分组成。先后投入了单轴、多轴等不同型号施工设备，工艺满足设计要求。

1.3施工技术

1.3.1搅拌桩成桩原理

水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械搅拌，在地基深处将土体与水泥浆强制均匀搅拌，使喷入的固化剂与土体充分拌合在一起，由固化剂和土之间所产生的一系列物理、化学作用，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥固桩柱体，建筑物基础由若干根这类柱体和桩间土构成复合地基，共同承担上部荷载。

1.3.2搅拌桩施工

（1）浆液配置。按试验确定的配比拌制浆液。拌制好的水泥浆液不得发生离析，存放时间不应过长，水泥浆随配随用。

（2）第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。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。每根桩的正常成桩时间与喷浆压力按生产性试验结果确定。

（3）为保证搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s，进行磨桩端。余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30s。

（4）施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后要连续作业，不得中断喷浆。为防止断桩，将搅拌桩机下沉至停浆位置以下0.5m（如采用下沉搅拌送浆工艺时则应提升0.5m），待恢复供浆时再喷浆施工。

（5）当喷浆口被提升至桩顶设计标高时，停止提升，搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。停浆面应高出桩顶设计标高0.5m，开挖时再将超出桩顶标高部分凿除。

2.质量控制

2.1质量控制指标

搅拌桩桩体厚度不应小于设计规定值，且必须满足下列要求（设计指标）：

（1）单轴抗压强度：R28≥2.5MPa；

（2）渗透系数：k≤i×10-6cm/s；

（3）渗透破坏比降：[J]≥50。

2.2过程质量控制

2.2.1原材料与室内试验

搅拌桩在施工前须进行室内配合比试验。根据确定的现场原状土密度，按不同浆液比级，不同水泥掺入量进行配比试验。在选定试验部位（与实际施工条件相近或相似）进行原状土的取样，并进行容重测试，以确定单位土体体积的水泥掺入量。通过试验、对比分析选定最优水泥土配合比，作为工艺试验的主要依据。兴隆工程三个标段通过分别试验：水泥采用P.O42.5Mpa硅酸盐水泥，水灰比1：1，水泥掺入量 18%、20%时均能满足设计各项指标要求。

2.2.2工艺试验要求

（1）在批准的试验场地，进行与实际施工条件相似的现场生产性试验。试验前承建单位提交生产性试验大纲，报监理批准。

（2）试验项目包括（不限于）：水灰比、水泥掺入比；抗渗性、桩体强度、地基承载力、渗透系数；灰浆泵压力、输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆出口的时间；搅拌机喷浆提升、下钻速度、搅喷次数；桩间切割最大允许间隔时间、桩头开挖方法及时间等施工工艺参数与机械选型。

（3）复合地基工艺试验，搅拌桩应不少于3根；防渗墙应形成轴线长3m墙体。工艺试验完成以后，进行浅部开挖，检查桩体均匀性、桩径、墙厚、桩位偏差及桩间搭接等是否满足设计要求。生产性试验结束后，试验成果与确定的施工技术参数报监理批准。

2.2.3工艺试验成果

参照设计单位的水泥搅拌桩工艺试验结果，各标段按设计所取原状土密度1.85g/cm3及实测密度1.54g/cm3，分别进行0.8：1、1：1两种水灰比下的15%、18%、20%水泥掺入量的配比试验。试验成果表明，采用P.O42.5Mpa硅酸盐水泥、水灰比1：1、水泥掺入量18%、20%时，选用多轴（多轴喷浆、型号SPM-5Ⅲ、SJB-Ⅲ、JSZ120-33、上海JB160型设备）和单轴等不同型号施工设备，提升下沉速度不大于1.0m/min时，四搅四喷施工工艺能满足设计各项指标要求。

2.2.4桩位控制

按设计图纸对桩体中轴线及每个桩体进行定位、测量放线作出明显标示。孔位线必须准确，桩机钻头对位也必须准确；用于防渗墙的搅拌桩，桩位最大允许偏差2.5cm；用于复合地基的搅拌桩，最大允许偏差5cm；搅拌机沿导向架下沉，用于防渗墙搅拌桩的垂直度不应大于 0.5%，用于复合地基的垂直度不应大于1%。

2.2.5设备控制（叶片、垂直度、深度、转速）

（1）搅拌桩桩径靠搅拌机叶片控制，叶片直径及误差决定了桩径大小。搅拌叶片尺寸每个桩体施工时检测一次，偏差控制在3%以内。

（2）桩长用设备深度记录仪、垂直度用垂直仪、水平仪来控制。有搭接要求时垂直偏差不得超过0.5%，桩位偏差不大于20mm。

（3）钻杆转速、提速、复搅次数对搅拌桩质量有重要影响。搅拌桩搅拌均匀程度没有一个定量指标，地基中某点被搅拌次数大于20次时，可以认为搅拌是比较均匀的。兴隆搅拌桩施工提速控制在0.6～1.0m/min、四搅四喷全程喷浆，桩体均匀效果较好。

2.2.6接头处理及方法

合理确定施工程序、施工顺序、机械配置，避免桩间形成冷接缝，对桩接头是十分重要的。如间歇时间过长，与后续桩无法搭接时，采取局部补桩或注浆措施。喷浆的桩体达到初凝状态后，相邻两侧需要搭接的桩位采用单头设备喷水搅拌留出榫头，待继续施工时将榫头处桩位继续喷浆搅拌施工；允许时间内不能完成搭接的桩体，采用不喷浆方式预留桩位，待相邻桩体达到初凝状态后，喷水搅拌（水桩），即对需搭接的15cm进行搅拌留出榫头，待继续施工时自榫头处搭接施工。

3.质量效果检验与评价

3.1触探检验

成桩后3d内，用轻型动力触探法（N10）动探击数50次检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。泄水闸标共检查409点，船闸标检查102点，电站标检查288点。结果表明泄水闸、船闸及电站标所检测的各组桩体基本均匀，符合要求。

3.2桩位检查

检查桩体是否排列整齐；桩位偏差是否符合设计要求；桩顶高程开挖控制是否平齐。三个标检查桩体排列整齐，桩位偏差受控，桩顶高程控制平齐。

3.3钻孔取芯检查

施工28d后，采用钻机钻孔取芯，检验水泥土的单轴抗压强度、芯样的完整与密实性；注水检查渗透系数及渗透坡降比。检验数量为总桩数的0.5%，且不少于3根。通过检查显示，芯样表面光滑，气泡较少，整体较均匀密实；芯样强度、渗透系数、渗透坡降比满足设计指标要求。

3.4开挖检查

成桩28天后，对桩体成墙外观开挖检查，开挖深度 2～3m。检查桩体圆匀、缩颈及回陷情况；检查桩体均匀、有无松散与孔洞；检查桩体直径、搭接及墙体厚度情况。检查数量为总桩数的5%。

泄水闸、电站、船闸工程搅拌桩开挖检查结果：桩体外观光滑平整，桩径及桩体搭接等检查项目均满足设计及规范要求。

3.5承载力检验

泄水闸1～56#闸室段、消力池、左岸门库及上下游翼墙段基桩竖向静载试验共抽检203点，复合地基静载试验共抽检39点。检测结果表明满足设计要求。电站进行了28组单桩、二联桩、三联桩复合地基静载荷试验，结果满足设计要求。船闸工程上闸首、闸室段及消力池基桩静载共检测38点，复合地基静载共检测43点，结果均满足设计要求。

4.结语

水泥搅拌桩施工虽是成熟的工艺，但大规模应用在水工建筑物基础处理使用实属首次。特别对于粉细砂及砂砾石层地质结构，搅拌桩的施工设备造型、施工工艺的质量控制对成桩质量及基础处理成效有着重大的影响作用。