[科普中国]-浆液深层搅拌法

加固机理

由于水泥加固土中水泥用量很少，水泥的水化反应是在土的围绕下产生的，因此凝结速度比混凝土缓慢。

水泥与软粘土拌和后，水泥矿物和土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出的氢氧化钙生成硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·AL2O3）、铁铝酸四钙（4CaO·AL2O3·Fa2O3）硫酸钙（CaSO4）等水化物，有的自身继续硬化形成水泥石骨架，有的则因有活性的土进行离子交换而发生硬凝反应和碳酸化作用等，使土颗粒固结、结团，颗粒间形成坚固的连结，并具有一定强度。1

特点⑴ 在地基加固过程中无振动、无噪音，对环境无污染；对土壤无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小；

⑵ 可按建筑物要求作成柱状、壁状、格子状和块状等加固形状；

⑶ 可有效提高地基强度（当水泥掺量为8%和10%时；加固体强度分别为0.24和0.65MPa，而天然软土地基强度仅0.006 MPa）；

⑷ 施工期较短，造价低廉，效益显著。1

适用范围⑴ 加固地基：加固较深较厚的淤泥，淤泥质土、粉土和含水量较高、且地基承载力不大于120kPa的粘性土地基，对超软土效果更为显著，多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基；

⑵ 挡土墙：深基坑开挖时防止坑壁及边坡塌滑；

⑶ 坑底加固：防止坑底隆起；

⑷ 作地下防渗墙或隔水帷幕。1

材料与配合比深层搅拌法加固软土的固化剂可选用水泥，掺入量一般为加固土重的8～16%，每加固1m土体掺入水泥约120～160kg；

如用水泥砂浆作固化剂，其配合比为1：1～2（水泥：砂）。

为增强流动性，利于泵送，可掺入水泥重量0.2～0.25%的木质素磺酸钙减水剂，但它有缓凝性，为此用硫酸钠（掺量为水泥用量的1%）和石膏（掺量为水泥用量的2%）与之复合使用，以促进速凝，早强。水灰比为0.43～0.50，水泥砂浆稠度为11～14cm。1

机具设备及布置机具设备包括：深层搅拌机、起重机、水泥制配系统、导向设备及提升速度量测设备等。

施工用电：搅拌桩机使用的电源为三相四线制高压电源，电网电压应保持在380-415V之间。从就近的分线开关箱内接引。

施工用水：施工用水主要供应到制浆站，供拌浆使用。

制浆站：与搅拌桩机对等数量布置，选择交通便利、搅拌桩机承担施工任务的中部在平台边缘就近布置。供浆管道不宜过长，以免造成浆液浪费和搅拌桩水泥浆用量计量不准。1

施工工艺流程深层搅拌桩施工工艺流程示意如图。

（1）定桩位：首先测放控制桩点，然后拉线用标尺标定桩位，作好标记；

（2）桩机安装：采用15～25t汽车吊配合安装，保证桩机安装周正、水平，校正垂直度。桩位对中误差不大于50mm。

（3）制备水泥浆液。按设计、室内及现场试验确定的水灰比制备水泥浆液，并作好记录。

（4）预搅下沉：开启桩机，使钻头沿导向架搅拌切土，下沉到设计深度。一般情况下不宜冲水，当遇到较硬土层（含水量较小）下沉较慢时，可适当冲水助搅下沉。

（5）提升喷浆搅拌：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入到地基中，并且边喷浆、边旋转，使水泥浆和软土充分拌和；同时，严格按照设计确定的提升速度，匀速提升搅拌机，直到设计桩顶以上500mm止。

（6）重复上下搅拌：为使软土和水泥浆液搅拌均匀，应按设计要求复搅一次或若干次。

（7）清洗：向贮浆桶中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至冲洗干净；并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。

（8）横(或后)移对位、调平，进入下根桩施工。

（9）搅拌桩顶部与上部结构的基础或承台接触部分受力较大，最大轴力位于桩顶2～3倍桩直径范围内，该段可增加水泥浆掺量，或增加搅拌一次。1

主要施工技术措施（1）施工平台

施工前应进行砍树、挖根、除草、抽水、清淤，上述工作完成后对场地进行整平,清除地上、地下一切障碍物。场地低洼时应回填粘性土料，不得回填杂填土。地表过软时，应采取防止施工机械失稳的措施。在边坡附近施工，应考虑施工对边坡的影响，并采取确保边坡稳定的措施。桩机平台的高度应高于设计桩顶不小于0.5m。

（2）测量放样及桩机就位

采用全站仪测放轴线或桩位，经复核后控制点预埋钢筋桩进行保护，每一搅拌桩的中心位置采用竹桩进行标识。为了便于触探检测，成桩后的桩位也应标记清楚。

搅拌桩机根据样桩对位，对中误差不大于5cm。搅拌桩机应确保自身的平整度和导向架对地面的垂直度，一般垂直度偏差不得超过1%。

（3）技术参数的确定和设备参数的标定 技术参数和设备参数按如下顺序确定：

地质勘探——水泥掺入量的确定——水灰比和浆液密度确定——输浆泵排量标定——喷浆提速标定——自动记录仪打印频次设定——其它参数确定。

通过勘探资料，确定土的组成成份、分层位置、各层的含水量、天然容重等指标；然后根据工程需要，计算出各层土的水泥掺量（水泥掺入比18%），或以最软的土层来确定水泥用量，并进行必要的试桩确定。

根据土体的天然含水率确定浆液的水灰比（含水率低，选择水灰比大；含水率高，选择水灰比小）。可增加适量的减水剂，掺入量根据实验确定，一般掺入量为水泥用量的0.2%。为了提高某些部位深搅桩早期强度（如下穿隧道围护结构、路堑水泥土挡墙），水泥浆拌制时应在其中加入早强剂。

输浆泵应优先选用多档位柱塞泵，其排量选择、管径和搅拌施工中孔口返浆情况有关，一般控制输浆排量为30-70L/min，若孔口返浆，则用慢速（用低档排量），当泵排量选定后，即可根据每10cm桩长需要的输浆时间确定搅拌桩机的提升速度和自动记录仪的打印频率。

当所有参数确定后，均应视为固定值，施工中不得随意更改。

（4）浆液的制输

固化剂浆液严格按预定的配比拌制，制备好的浆液不得离析、不得停置时间过长，超过2h的浆液应降低标号使用，超过4h则应废弃。浆液倒入集料斗时应加筛过滤。浆液的水灰比应定期检测，拌制罐数、检测水灰比、外掺剂用量、输浆时间等均应有专人作好记录。输浆泵采用定量泵、不得有泄漏，宜选择输浆和输水的组合泵，以便于管道冲洗。输浆管道至喷浆口的管道容积应实测确定。

（5）搅拌桩施工

当一切工作准备就绪后，启动深层搅拌机电机、放松起吊钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌下沉，下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制，工作电流不得大于额定值。搅拌机到达设计深度后，开启灰浆泵，待浆液到达喷浆口时，原地搅拌并喷浆，确保浆体到达桩尖；再按照设计确定的提升速度边喷浆、边提升深层搅拌机；深层搅拌机喷浆提升至设计顶面高程时，关闭灰浆泵，此时集料斗中的浆液应正好排空。为使软土和浆液搅拌均匀，重复搅拌一次后结束（搅拌机自地面下沉到桩底，至搅拌机再次提升至地面的全过程为完成一次搅拌）。

搅拌机在下沉过程中不宜冲水下沉，当遇较硬土层下沉困难或太慢时，方可适量冲水；凡经输浆管冲水下沉的桩，喷浆提升前必须将喷浆管内的余水排清，同时，对冲水部位采用浓度大的浆液或在复搅时进行补浆。

灰浆泵输浆必须连续，因故停浆，必须立即通知前台，为防止断浆或缺浆，宜将搅拌机下沉到停浆面以下0.5m，待恢复供浆时，再喷浆提升。

为了确保桩头的施工质量，自地面以下1.0m喷浆搅拌提升出地面时，搅拌机宜用慢速；当喷浆口即将出地面时，宜停止提升、搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。

对于设计要求搭接成壁状的排桩应连续施工，相邻桩施工间隔时间不得超过24小时。多台机械施工时，应预先选择好施工方向，争取不留平接头；确实无法避免时，应对平接头两侧进行补桩。1

施工前质量保证措施（a）室内配比试验：确定现场水泥土搅拌桩的配方、水泥掺入比是否满足设计要求的深层搅拌桩桩身强度。

（b）成桩试验：确定水泥用量、成桩过程（下沉、喷浆提升速度、复搅等时间），桩体直径、取样检测桩身强度应满足设计要求。2

施工后质量检测(a)标准贯入试验：通过贯入阻抗，估算土的物理力学指标，检验不同龄期的桩体强度变化和均匀性。检测频率1%。

（b）轻便触探试验：搅拌桩在成桩后7d内用轻便触探器钻取桩身加固土体，观察搅拌均匀程度，同时根据轻便触探击数判断桩身强度。检验桩的数量为施工总桩数的1%。

检验搅拌桩均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出水泥土桩芯，观察其均匀性。

触探试验：当桩身1d龄期的轻便触探击数（N10）大于15击时，桩身强度满足设计要求；或7d龄期的击数已大于原天然地基的击数N10的1倍以上，桩身强度达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m。

（c）取芯检验

在成桩28天后，用双管单动取样器钻取水泥土搅拌桩桩芯，直观地检验桩体强度和搅拌的均匀性。任意抽取的检验数量为施工总桩数的0.2%。

(d)开挖检验

根据施工质量情况，经触探检验对桩身强度有怀疑时，可选取一定数量的桩体进行开挖，检查加固柱体的外观质量、搭接质量和整体性等。发现缺陷应复打或补桩处理。

对侧向围护的水泥搅拌桩（出入段线、下穿隧道），开挖时检验项目包括：墙体渗漏水情况；桩墙的垂直和整齐度情况；桩体的裂缝、缺损和漏桩情况；桩体强度和均匀性。

(e)必要时可采用小应变法进行桩长和成桩均匀性的定性检查。

(f)静荷载试验，每一深层搅拌桩加固区复合地基载荷试验和单桩载荷试验检

验数量为桩总数的0.5%～1%，且每项单体工程不应小于3点。

深层搅拌桩加固后复合地基静载荷试验，在28d龄期后进行。其单桩复合地基载荷试验的压板（方形或圆形）的面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的压板（方形或矩形），其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。压板底高程与软基处理项面设计高程相同，压板下设中粗砂层。加荷等级分8～12级，总加载量为设计荷载的两倍。复合地基承载力应满足设计要求（150～200KPa）。

质量检验、评定与验收1、检测时间应结合具体设计要求进行，可在成桩后7天、14天、28天、60天、90天进行。

2、复核桩中心位置偏差，偏差值应满足规范和设计要求(例如不得超过100mm或D/2)。

3、开挖桩头，测量桩直径，观察桩身坚硬程度与均匀性，必要时可就地取样进行室内土工试验，以检验是否达到设计要求。

4、抽芯取样，按土质和设计要求确定取样深度和取样数，一般在处理目标的土层、桩底位置都必须取样，进行室内试验，目的是确定处理效果和桩长够否。抽芯的施工方法与一般地质勘察方法略有不同，即要干钻不能湿钻；钻孔位置一般不应在桩中心处。

5、有特殊要求的工程，应在桩身进行标准贯入试验，检测深度和点数按设计要求确定，且处理目标土层和桩底位置上下都应有测点。

6、按设计要求进行单桩、单桩复合地基和多桩复合地基静荷载试验。将试验结果与下式 的计算值进行比较，综合评价桩体质量和复合地基效果。

7、下卧层地基强度验算当搅拌处理范围下存在强度较弱的下卧层时，须按GBJ7-89的有关规定进行下卧层强度的验算。

8、沉降验算，搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的压缩变形和桩端以下未处理土层的压缩变形。

9、督促基础施工单位及时整理竣工资料，提交竣工报告。

10、组织竣工验收，按有关质量验评标准评定质量等级。

11、经验收合格后方可进行后续施工，资料成果及时整理归档。1