交通运输部广州打捞局 广东广州 510000
摘要：目前国内水泥搅拌桩主要用于加固淤泥质土、粘土地基，在吹填（海）砂地基中打设水泥搅拌桩实例并不多。本文结合实际项目案例，介绍了某工程在吹填砂地基中打设水泥搅拌桩的实例，总结了在吹填（海）砂地基中打设水泥搅拌桩的优点。
关键词：水泥搅拌桩；吹填砂地基；施工
引言
水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过水泥与土发生物理化学反应进而使软土硬结达到提高地基强度目的。目前国内水泥搅拌桩主要用于加固淤泥质土、粘土地基，在吹填（海）砂地基中打设水泥搅拌桩实例并不多。本文结合实际项目案例，介绍了某工程在吹填（海）砂地基中打设水泥搅拌桩的实例，总结了在吹填砂地基中打设水泥搅拌桩的优点。
1.工程概况
1.1.概述
本工程位于湛江市坡头区，距南三岛渡口约16公里。拟建工程所在区域岸线长度583米，建设一座墩式码头并在后方吹填形成陆域兴建各类功能建筑。
1.2.施工技术要求
水泥搅拌桩桩径为500mm，搅拌桩桩尖进入粉砂层不少于1.0m。施工时需穿透该层并进入下部粉砂层不少于0.5m。单桩承载力为120KN，处理后的复合地基承载力不低于150KPa。采用中抗硫酸盐硅酸盐水泥（P·MSR），标号42.5。
2.水泥搅拌桩的加固原理
2.1.水泥搅拌桩的化学原理
2.1.1.水泥的水解和水化反应
普通硅酸盐水泥的主要成分是：氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁和三氧化硫。他们组成不同的氧化物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等等。水化后生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝三钙等物质。
水化物能够溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，水溶液达到饱和后，新生成的物质不能再溶解，以胶体的形势析出来。
2.1.2.土颗粒与水泥水化物的作用
水化作用过程途中所含有的二氧化硅能够与水泥水化产物氢氧化钙发生反应，进行离子交换，使较小的土颗粒形成较大的土团。水化产物形成的胶体粒子的比表面积比水泥颗粒大1000倍左右。随着水化反应的进行，溶液之中的钙离子数量超过了离子交换的量后，在碱性环境中，能使二氧化硅及三氧化二铝中的一部分或大部分与钙离子记性反应，形成不溶于水的稳定的结晶化合物。水化物中游离的氢氧化钙能与空气中的二氧化碳和水反应，生成不溶于水的碳酸钙使水泥土的强度增加。
2.2.水泥搅拌桩的工艺原理
水泥搅拌桩利用水泥作为固化剂，机械搅拌，使水泥浆与土混合。水泥经过物理化学反应，生成凝胶粒子，使土圃粒结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团之间的空隙，使软土硬结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质复合地基。
3.水泥搅拌桩在吹填砂地基中的应用
查阅资料发现国内水泥搅拌桩主要用于加固淤泥、淤泥质土、粘土和亚粘土等土质，而在吹填砂地基中打设水泥搅拌桩实例并不多。由于砂的空隙率较粘土大，为防止水泥浆液向桩径以外的范围内扩散，需要调整水泥用量，加大水泥浆液稠度。一般粘土内水泥的掺量为12％～15％，我部经过试验确认在吹填砂地基内水泥掺量为16％左右即可满足设计要求。在粘土中打设水泥搅拌桩时，由于水泥的水解和水化反应完全在活性较大的介质土围绕下进行的，故水泥搅拌桩的硬化速度较慢，水泥加固土的强度增长过程也较慢，一般需要90d左右才能完成硬凝反应。而在砂基内打设水泥搅拌桩，只需稍为提高水泥掺量，水泥搅拌桩的强度增长就能大大加快。倒如本工程水泥掺量为16％，水灰比为0.55，28d后复合地基的强度就达到了设计要求，大大缩短了工期，加快了工程进度。砂基中水泥搅拌桩强度增长较快的原因可能与砂的粒径有关。由于砂的粒径较粘土粗，比表面较少，活性较弱，故水泥的水解和水化作用快，其强度也相应增长较快。在砂基中打设水泥搅拌桩最担心的问题是砂的空隙率较大。水泥浆液在搅拌喷射过程中是否会 向桩径以外扩散，影响桩的成型。为此，我们对固化后的水泥搅拌桩进行了开挖检查发现桩的周边完整性很好，桩的周围较光滑，说明未出现水泥浆液向桩径以外扩散的现象。同时，由于水泥水化生成的凝胶粒子产生很大的表面能。有强烈的吸附能力，使周围砂粒进一步结合起来。形成了水泥砂的团粒结构。因此，从宏观上看水泥砂的强度大大提高，形成了水泥砂的复合地基。
4.水泥搅拌桩施工工艺
4.1.水泥搅拌桩施工工艺流程
水泥搅拌桩施工工艺流程如下所示：
施工准备→桩机就位→制备水泥浆→预搅下沉搅拌→提升喷浆搅拌→停浆下沉→提升
喷浆搅拌→下一个循环→重复两喷四搅工艺
4.2.施工方法
4.2.1.施工准备
（1）设备进场后，应立即用吊车配合吊装，安装机座、搭架和动力设备，对所有的搅拌桩机进行调试。
（2）测量员对业主提供工程控制点进行复核。复核合格后放样出所有的主要工程控制点，再根据主要工程控制点，用径纬仪和钢卷尺（50米）相结合测量，用内差法和内分法放样，要求垂直度偏差小于1.0%。
4.2.3.制备水泥浆、预搅下沉搅拌
桩机就位对中完成后，对照设计施工图纸查明该桩设计长度，并做好记录。然后启动深层搅拌机电机、放松起吊系统（钢丝绳或链式传动系统），使搅拌沿导向架搅拌下沉，下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制，工作电流不应大于额定值。搅拌机下沉时开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转。随时观察设备运行及地层变化情况，钻头下沉至设计深度位置时，停止钻进。
4.2.4.提升喷浆搅拌
搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转，按0.4m/min的提升速度提升搅拌机。喷浆过程中，不断搅拌水泥浆，防止其离析，抵达停灰面以后，停止喷浆，停灰面高于设计桩顶500mm。
4.2.5.提升喷浆搅拌
第二次喷浆完成后，继续三次下沉钻头进行补浆喷浆，搅拌至设计位置深度。
搅拌至设计位置深度后。进行第四次提升搅拌，进一步拌和均匀。控制孔深范围内各段补浆量，并保证四次喷浆完成后，各段喷浆量相差不大，水泥浆刚好使用完毕。
桩机移位至下一个桩位，重复上述施工步骤。
4.3 水泥搅拌桩施工过程中常见的问题及解决方法
问题1：预搅下沉困难。原因分析：1.电压偏低；2.土质硬，阻力太大；3.遇到大石块、树根等障碍物。解决方法：1.调高电压；2.适量冲水或浆液；3.挖出障碍物。
问题2：搅拌机下沉不到预定深度。原因分析：土质黏性大，搅拌机自重不够。解决方法：增加搅拌机自重或开动加压装置。
问题3：喷射未到设计桩顶面高程，集料斗浆液已排空。原因分析：1.投料不准确；2.灰浆泵磨损漏浆；3.输浆量太大。解决方法：1.重新标定投料量；2.检修灰浆泵；3.重新标灰浆输浆量。
问题4：喷浆到设计位置集料斗中剩浆过多。原因分析：1.拌浆加水过量；2.输浆管部分堵塞。解决方法：1.重新标定拌浆用水量；2.清洗输浆管路。
问题5：输浆管堵塞爆裂。原因分析：1.输浆管内有水泥结块；2.喷浆口间隙太小。解决方法：1.拆洗输浆管；2.使喷浆口球形阀间隙适当。
问题6：搅拌钻头和混凝土同步旋转。原因分析：1.灰浆浓度太大；2.搅拌叶片角度不适宜。解决方法：1.重新标定浆液水灰比；2.调整叶片角度或更换钻头。
问题7：桩体疏松。原因分析：1.局部土层含水量过低。解决方法：1.向土层适当加水，对大面积干土层 应改用浆液搅拌法成桩；2.可二次钻进，复喷一次分；3.检查输灰管路，提高喷灰数量。
问题8：断桩。原因分析：1.水泥强度不足。2.管道输灰量不足。解决方法：1.水泥或石灰应妥善保管，防止受潮，固化料用前要过筛，确保符合要求的灰料入储灰罐；2.经常检查管道，确保输灰畅通3.喷灰剂量要准确，供气风压要满足要求；4.提升钻杆前要先喷灰1～2min后均匀搅拌提升。
问题9：空心桩。原因分析：1.喷浆不均匀。解决方法：1.控制提钻速度，确保均匀提升、均匀喷灰、均匀搅拌；2.经常检查计量秤，确保计量准确；3.经常检查输灰管路德喷灰量和供气压力，确保平稳送灰；4.遇松软土层或黏土层应调整输出转速，保证钻杆的适应性。
5结语
1.回填砂地基打设水泥搅拌桩其桩长可大大缩短，从而节省工程造价，具有推广价值。
2.砂基上打设水泥搅拌桩，水泥掺量只需增加6、7％左右，固化速度却大大加快，一般只需28d可达到在土中3个月的强度。因而 在砂基上打设水泥搅拌桩可大大缩短工期，与粘土地基中打设水泥搅拌桩相比工期可缩短三分之二。
参考文献：
[1]杨瑜；水泥搅拌桩在软土地基中的应用[J]；山西建筑，2008（29）
[2]许昭雄；水泥搅拌桩在软土地基处理中的应用[J]；中国房地产业·理论版，2012（3）