浅谈水泥搅拌桩桩体的质量控制

浅谈水泥搅拌桩桩体的质量控制

吴淞中心医院新建外科大楼工程项目经理部――王雨

一、前言

水泥搅拌桩是通过特殊的机械设备，将水泥浆喷入土中并强行与土体就地搅拌，从而在软弱土层中形成水泥土桩，与地基土一起构成复合地基，达到提高地基承载力、减小沉降量和提高地基稳定性的目的，起到加固地基的目的。其施工方法为喷浆法：该法常称为深层搅拌法或湿喷法，所形 成的水泥土桩随之称为深层搅拌桩；水泥搅拌桩可以增加软土地基的承载力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，以及具有快速、经济、有效等特点。

吴淞医院新建外科大楼基地加固（普通双轴搅拌桩）设计要求：

1、成桩应用而喷三搅工艺，喷浆搅拌时砖头的提升，速度不宜大于0.5m/min，转头每转一圈的提升高量一1.0～1.5cm为宜

2、水灰比0.5，水你采用42.5级普通硅酸盐水泥，要求新鲜干燥、无结块；搅拌桩28天无侧限抗压强度标最值不小于0.8MPa

3、搭接施工的相邻桩的施工间歇时间应不超过12小时，否则需采取有效措施进行加强 4、搅拌桩施工前，对桩位处应探明和清除地下障碍物，搅拌桩应注意避让周围工程桩位 6、在水泥土搅拌施工时会产生一定的挤土现象，应适当控制注浆压力及施工速度，并安排合理施工流程

7、压降速度应和提升（或下沉）速度相配合，确保额定浆量在桩身长度范围内均匀分布

二、加固机理及特点

（一）、加固机理

水泥搅拌加固软粘土的机理是：将水泥与地基土一起搅拌后，发生水泥的水解和水化反应：水泥颗粒表面的矿物与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙等化合物，而这些化合物能迅速溶解于水，使得水泥颗粒表面又重新暴露出来并重复上述作用，直至周围溶液逐步达到饱和后，水继续深入水泥颗粒内部后所生成的化合物不再溶解，而是以细小的分散状态的胶体析出，悬浮在溶液中，形成胶体，胶结分散的土体；离子交换和团粒化作用：水泥水化生成的钙离子与土颗粒表面带有的钾离子和钠离子进行当量吸附交换，使得土颗粒的结合水膜变薄，土粒相互间吸引力增大，从而使小土粒逐渐形成较大的土团，使土体的强度增加；硬凝反应：随着水泥水化反应的深入，溶液中不断析出大量的钙离子，当其超过需要的离子交换量后，在碱性环境中，它将与部分组成粘土矿物的化合物发生反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，使水泥土的强度增加；溶于水的碳酸钙，这种反应也能增加水泥土的强度，但增速较慢，增幅也较小。水泥土的强度随其养护龄期的增长而增大，一般龄期超过28天后其强度仍有明显增长。

水泥搅拌法一般适用于：淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力特征值不大于120kpa

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的粘性土等地基。当地基土的含水量较高时，向土中喷射水泥粉，能充分吸收土中的水分，加固后地基的初期强度高，因此用粉体喷射搅拌法加固效果显著；反之，用深层搅拌法较适宜。

三、施工前的质量控制措施

（一）、检查进场设备的完好性和上岗人员的上岗证

主要检查桩管长度、桩机功率、桩管提升速度、电脑记录仪、深度测定器及配套设施等，以上条件均须满足该工地施工工艺的要求。管理人员及机长必须具有相应的技术职称和上岗证。 （二）、确保材料的质量

1、水泥搅拌桩所用水泥必须经实验室抽检合格，并尽量不使用质量不稳定的小水泥厂生产的水泥。

2、水泥的堆放应符合防雨防潮的要求，严禁使用受潮结块或过期的水泥。 （三）、施工前必须进行工艺试装

不同地段具有不同的地质特点，为了避免施工的盲目性，确保水泥搅拌桩加固地基达到预期效果，在施工前必须进行工艺试桩，试桩数量不大于2根。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、下沉及提升速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。

四、施工过程中的质量控制措施

有效的监控水泥搅拌桩的施工，是确保工程质量达到设计要求的关键。因此，在现场施工中应采用以下措施。

（一）、桩位及桩高程的控制

1、桩位。施工前，在桩中心插桩位标，由测量监理校核。要求桩位偏差≯5cm 2、桩顶、桩底高程。要求桩底高程超高10~20cm，桩顶高程超高10cm。

3、桩深垂直度。每根桩施工时，根据导向架的吊锤偏移用米尺测定搅拌轴垂直度，间接测定桩身垂直度。要求桩身垂直度偏差≯1% （二)、水泥掺量及浆液控制

1、桩身水泥掺量。水泥掺量是影响水泥搅拌桩质量的主要因素之一，施工时一定要确保每根桩的水泥掺量。应根据由试验桩所确定的水泥掺量，检查每根桩的水泥用量。

2、水泥强度等级。根据设计要求选用水泥。水泥进场后必须检验合格方可使用。

3、浆液。用过特制的制浆桶水的体积和选定的水灰比，确定每次制浆的水泥用量。制备好的浆液不得离析、不得停置时间过长，放置时间＞2h的浆液不再使用。

4、水泥浆液搅拌的均匀性。浆池内浆液应均匀，输送时应确保连续进行，若喷浆搅拌时发生输浆管道堵塞或爆裂，应及时进行处理，时间过长时应换浆。 （三）、搅拌和喷浆时间的控制

喷浆时的提升速度也是影响搅拌桩质量的主要因素之一，施工时应严格控制提升速度≯0.8m/min。下沉速度可根据地层的不同，分别选用搅拌机的1档（0.45m/min）、2档（0.8m/min）或3档（1.47m/min）。搅拌时不允许出现搅拌桩头未到桩顶浆液已搅拌完的现象。一旦因故停浆，

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为防止断桩和缺浆，搅拌机应下沉停浆点一下0.5m，待恢复供浆后再喷浆提升，补喷重叠段应＞100cm，并将补喷情况填报于施工记录内。若3h内为采取补喷处理措施，宜拆卸输入浆管路进行清洗。在壁状加固时，相邻桩的施工时间宜≯24h，否则需采取补桩或注浆等补强措施。

五、桩体的施工控制及质量检测

水泥搅拌桩的施工质量是保证其处理效果的关键。由于水泥搅拌桩属隐蔽工程，如果桩体施工质量不好，是导致水泥搅拌桩处理的软基失效或处理效果不好的主要原因，一旦被路堤等构造物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。如何加强对水泥搅拌桩施工质量控制和检测，是水泥搅拌桩软基处理工程的重要环节。 （一）、施工控制

就施工过程而言，应作到以下几点：

1、控制钻机下钻深度、喷射高程及停喷面，确保搅拌桩长度。 2、严禁没有计量装置的喷射设备投入使用。

3、定时检查搅拌桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗量不得大于2cm。

4、当钻头提升至加固界面以下0.5m时，应停止喷射。

5、当喷射成桩过程中遇有故障而停止喷射，在第二次喷射接桩时，其喷射重叠长度不得小于1m。

6、水泥搅拌桩施工时，泵送水泥必须连续，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录，其用量误差不得大于±1%。

7、为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，每工作班检查不少于2次，使垂直度偏差不超过1%。

8、搅拌机喷射提升速度和次数必须符合预定的施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录，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，并标上明显标志以便掌握钻入深度，复搅深度。施工中出现问题应及时处理、做好记录。

9、水泥搅拌桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，操作人员应如实记录压力、喷射量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等，质检人员应随时检查记录情况。 （二）、水泥搅拌桩的质量检测方法

为保证水泥搅拌桩的施工质量达到设计要求，必须对其质量进行检验。检验的内容包括桩的平面位置、桩径和桩间距、桩的长度和桩体材料均匀性、单桩承载力以及复合地基承载力等。现行的检测方法主要有以下几种：

1、截取桩体进行强度试验：对达到龄期的水泥桩体按2%的取样频率进行浅部开挖并截取一段桩体，桩体长度一般为50cm，运回实验室后在其上下表面用水泥浆找平，然后在压力机上进行抗压强度试验，测定其强度、应力应变关系及变形模量。

2、静力触探试验：通过静力触探试验，依据探头阻力的大小估算桩体强度，并可根据探头阻力

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的均匀性判断桩体的均匀性及桩体的长度。静力触探试验方法简单操作方便，速度较快，但随着桩体水泥土龄期的增长，其强度也不断增加，此时如用静力触探试验，则探头往往难以压入桩体。 轻便动力触探试验：对桩体进行轻便动力触探，通过建立轻便动力触探击数N10与水泥土强度的关系，来判断桩体的强度，同样也可根据轻便动力触探击数N10的均匀性判断桩体材料的均匀性。

3、小应变动力检测：小应变动力检测是基于一维波动理论，利用弹性波的传播规律来分析桩身的完整性，广泛用于钢筋混凝土桩桩身质量检测的一种方法。检测时，通过对应力波在桩体中传播速度和时间的检测及分析，来判定桩身质量（包括桩体材料的均匀性、桩长、桩体缺陷等）。

4、钻芯取样做强度试验并辅以标准贯入试验：采用钻机对达到龄期的桩体钻取芯样，对芯样试件进行强度试验，测定水泥搅拌桩身体料强度，钻芯过程中同时辅以标准贯入试验，间接判断桩体材料强度和均匀性。

5、单桩和复合地基荷载试验：对单桩和复合地基施加静力荷载，以检验其力学性质和加固效果。该法是检验单桩和复合地基力学性质和加固效果最直接的方法；但相对于其它检测方法而言，静载荷试验比较费时，所需要的费用和人力也较其它方法多。因此一般只在重要的工程中或对桩体质量有疑异的情况下，才使用该法。

本工程采用钻机对达到龄期的桩体钻取芯样，对芯样试件进行强度试验，其强度均高于设计要求。

六、结束语

因水泥搅拌桩处理公路软土是当前最常用的方法之一，但目前搅拌桩施工队伍大多属于个体私营，且搅拌桩施工量大面广，现有的搅拌桩施工机具无法自动地、准确地控制搅拌桩施工质量。因此，施工中一方面要加强施工控制，另一方面要寻求一套简单、经济、快速、准确的质量检测方法，确保施工质量，从而使搅拌桩处理的软土地基达到预期效果，不留下工程隐患。

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