水泥搅拌桩

软基处理的一种有效形式

水泥搅拌桩是指软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。水泥搅拌桩按主要使用的施工做法分为单轴、双轴和三轴搅拌桩。20世纪70年代，开始用水泥搅拌桩加固软土地基，已有40多年的历史。它是通过特制的深层搅拌机，将软土和水泥（固化剂）强制搅拌，并利用水泥和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使土体固结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩。该工艺主要用于软土地基的处理。

定义

水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。加固深度通常超过5m，干法加固深度不超过15m，湿法加固深度不超过20m。用回转的搅拌叶片将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成泥加固体。

作用原理

水泥与软土采用强制机械拌和后形成水泥土，它是基于水泥与软土的一系列物理和化学的反应过程。

1)水泥在软土中的水解与水化反应

普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等成份组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物。当水泥与饱和软土充分拌和后，水泥颗粒表面的矿物很快与饱和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、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。

这些化合物形成了悬浮的溶液，具有胶结作用，凝结后形成水泥土的胶结强度。水泥中的硫酸钙与铝酸三钙一起与水发生反应后，生成一种被称为“水泥杆菌”的化合物，这种化合物以针状结晶的形式在比较短的时间里析出，把软土中大量的自由水以结晶水的形式固定下来。

2)粘土颗粒与水泥水化物的作用

当水泥各种化合物生成后，有的水化物自身硬结，形成水泥石骨架；有的水化物则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生作用，形成新的矿物。这些作用还有：离子交换与团化作用、凝硬作用、碳酸化作用等。

需要说明的是，以上所述是在试验室内将水泥与土充分拌和的条件下进行的。在实际施工操作中，由于施工机械是切削搅拌，不可能像在试验室内那样，将水泥与土搅拌得充分均匀，水泥土中留有一些未被粉碎的小土块，在搅拌水泥（浆液或粉体）后将出现水泥包裹土块的现象，土块之间的大孔隙基本上已被水泥的颗粒所充盈，所以实际加固后的水泥土中形成了大量的水泥较多的微区，而在小土块的内部没有水泥。

只有经过比较长的时间后，土块内的土颗粒在周围的水泥水解化合物渗透作用后，才能逐渐改变其性质。这样在水泥土中不可避免地会产生强度较高的、水稳定性较好的水泥石区和强度相对较弱的小土块区。由此也说明了实际施工时，将水泥与软土搅拌得越均匀、土块就被粉碎的越小，水泥土结构强度的离散性也就越小，其强度就越高，其无侧限抗压强度越接近室内试。

适用范围

1.水泥土搅拌桩的施工工艺分为浆液搅拌法(以下简称湿法)和粉体搅拌法(以下简称干法)。适用于处理淤泥、淤泥质土、素填土、软—可塑粘性土、松散—中密粉细砂、稍密—中密粉土、松散—稍密中粗砂和砾砂、黄土等土层。不适用于含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土，硬塑及坚硬的粘性土、密实的砂类土以及地下水渗流影响成桩质量的土层。当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%时不应采用干法。寒冷地区冬季施工时，应考虑负温对处理效果的影响。

2.水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质含量较高或pH值小于4的酸性土、塑性指数大于25的粘土或在腐蚀性环境中以及无工程经验的地区采用水泥土搅拌法时，必须通过现场和室内试验确定其适用性。

3.水泥土搅拌法可采用单头、双头、多头搅拌或连续成槽搅拌形成水泥土加固体;湿法搅拌可插入型钢形成排桩(墙)。加固体形状可分为柱状、壁状、格栅状或块状等。

4.拟采用水泥土搅拌法处理地基的工程，除按现行规范规定进行岩土工程详勘外，尚应查明拟处理土层的PH值、有机质含量、地下障碍物及软土分布情况、地下水及其运动规律等。

工艺流程

一、施工准备

1.1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。

1.2水泥搅拌桩应采用合格等级强度普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。

1.3水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。监理工程师每天收集电脑记录一次。

1.4水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。

二、施工流程

2.1 桩位放样→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→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻至设计深度→反循环提钻并喷水泥浆至地表→成桩结束→施工下一根桩。

2.2 桩位放样：根据桩位设计平面图进行测量放线，定出每一个桩位，误差要求小于钻机定位：依据放样点使钻机定位，钻头正对桩位中心。用经纬仪确定层向轨与搅拌轴垂直，调平底盘，保证桩机主轴倾斜度不大于1%。钻　进：启动钻机钻至设计深度，在钻进过程中同时启动喷浆泵，使水泥浆通过喷浆泵喷入被搅动的土中，使水泥和土进行充分拌合。在搅拌过程中，记录人应记读数表变化情况。重复搅拌和提升：采用二喷四搅工艺，待重复搅拌提升到桩体顶部时，关闭喷浆泵，停止搅拌，桩体完成，桩机移至下一桩位，重复上述过程。

三、施工控制

3.1水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。

3.2为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。

3.3对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。

3.4为了确保桩体每米掺合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。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

3.5水泥搅拌配合比：水灰比0.45～0.55、水泥掺量12%、每米掺灰量46.25kg、高效减水剂0.5%。

3.6水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。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应不少于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa。

3.7为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，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30秒。

3.9 施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。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。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

3.10施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。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小时应采取补桩措施。

3.11 现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：a施工桩号、施工日期、天气情况；b喷浆深度、停浆标高；c灰浆泵压力、管道压力；d钻机转速；e钻进速度、提升速度；f浆液流量；g每米喷浆量和外掺剂用量；h复搅深度。

四、质量检查

4.1 轻便触探法　成桩7天可采用轻便能探法检验桩体质量。用轻便触探器所带勺钻，在桩体中心钻孔取样，观察颜色是否一致，检查小型土搅拌均匀程度、根据轻便触探击数与水泥土强度的关系，检查桩体强度能否达到设计要求，轻便能探法的深度一般不大于4m。

4.2 钻芯取样法　水泥生产工艺流程成桩完成，对竖向承载的水泥土在90天后、横向承载的水泥土在28天后，用钻芯取样的方法检查桩体完整性，搅拌均匀程度，桩体强度、桩体垂直度。钻芯取样频率为1%～1.5%。　水泥搅拌桩桩径（单轴）一般为500MM~550MM，最大为600MM，固化剂常用等级强度为32.5/42.5。

水泥掺量除块状加固时可用被加固湿土质量的7%~12%外，其余宜为12%~20%。

加固深度：湿法<20m，干法<15m。

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