水泥土搅拌桩适用性、施工工艺、要求及质量检验方法

1、水泥土搅拌桩概述

水泥土搅拌桩是指利用水泥土搅拌机，钻进地基土中一定深度后，喷出水泥浆液，将钻孔深度内的地基土与浆液强行拌和，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体;根据固化剂状态的不同，水泥土搅拌法又分为两种，当使用水泥浆作为固化剂时，称为深层搅拌法（deep mixing，简称湿法），当使用水泥粉作为固化剂时，称为粉体喷搅法（dry jet mixing，简称干法）。

我国对搅拌桩的研究始于1977年，当时的主要用途是加固软土地基，从 20 世纪 90年代初期开始大量用于基坑支护。当时一般是单轴搅拌，发展到今天，主要使用双轴及三轴搅拌机，搅拌功率大大提高，目前国内大量应用的多为 650mm、850mm 和 1000mm三种。

2、水泥土搅拌桩适用性

水泥土搅拌法适用于加固正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基，当地基土的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的 pH值小于4时不宜采用干法，用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数。大于 25 的黏土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，必须通过现场试验确定其适用性。

3、水泥土的物理力学性质

（1）物理性质

1）重度∶水泥土的重度主要与被加固土体的性质、水泥掺入比以及所用水泥浆液有关。一般情况下，水泥土的重度比天然软土重度增加 0.5%～3.0%。

2）含水量∶水泥土在硬凝过程中，由于水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的形式固定下来，故水泥土的含水量略低于原土样的含水量，一般比原土样含水量减少 0.5%～7.0%，且随着水泥掺入比的增加而减小。

3）相对密度∶水泥的相对密度约为3.1，一般软土的相对密度为 2.65～2.75，水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加 0.7%～2.5%。

4）渗透系数∶水泥土的渗透系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而减小，一般可达10-5～10-cm/s数量级。水泥加固淤泥质黏土能减小原天然土层的水平向渗透系数，而对垂直向渗透性的改善，效果不显著。

（2）力学性质

1）无侧限抗压强度∶水泥土无侧限抗压强度一般为300～4000kPa，比天然软土大几十倍至数百倍。影响水泥土的无侧限抗压强度的因素有∶水泥掺入比、水泥强度、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。

① 水泥掺入比∶是指水泥掺入重量与被加固土的天然重量的比值。试验表明水泥土的强度随水泥的掺入比的增加而增大，随着水泥掺入比的增加，水泥土的后期强度增加幅度也加大。在实际应用中，低于7%的掺入比加固效果通常不能满足工程要求，而大于 15%加固费用也很高，一般双轴搅拌法施工的掺入比为 12%～15%。

② 水泥强度∶水泥土的强度随水泥强度的提高而增加。水泥强度每提高一个等级，水泥土的强度约增大 20%～30%。

③ 龄期∶水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长，当龄期超过3个月后，水泥土的强度增长才减缓。对于承受竖直荷载的水泥土强度，取 90天龄期试块的立方体抗压强度平均值，对于承受水平荷载的水泥土强度，取 28天龄期试块的立方体抗压强度平均值。

④ 土的含水量∶水泥土的无侧限抗压强度随着土含水量的降低而增大，一般情况下，土样含水量每降低 10%，则强度可增加 10%～50%。

⑤ 土样中有机质含量∶有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度大得多。由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性、较大的膨胀性和低渗透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。

⑥ 外掺剂∶ 不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起减水作用。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择合适的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。

⑦ 养护方法∶养护方法对水泥土的强度影响主要表现在养护环境的湿度和温度。国内外试验资料都说明，养护方法对短龄期水泥土强度的影响很大，但随着时间的增长，不同养护方法下的水泥土无侧限抗压强度趋于一致，说明养护方法对水泥土后期强度的影响较小。

2）抗剪与抗拉强度

水泥土的抗剪强度可取无侧限抗压强度的1/6，抗拉强度可取无侧限抗压强度的 0.15 倍。

3）水泥土的变形特征∶水泥土的变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑体之间。

4、水泥土搅拌桩的施工工艺、要求及质量检验

（1）水泥土搅拌桩的工艺流程如图6.2 所示。

（2）施工要求

1）水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少于2根。当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥掺量。施工现场事先应予以平整，必须清除地上和地下的障碍物。遇有明浜、池塘及洼地时应抽水和清淤，回填黏性土料并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。

2）搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%；桩位的偏差不得大于50mm；成桩直径和桩长不得小于设计值。

3）水泥土搅拌桩施工前应检查水泥及外掺剂的质量、桩位、搅拌机工作性能及各种计量设备完好程度（主要是水泥浆流量计及其他计量装置），水泥土搅拌桩对水泥流量要求较高，必须在施工机械上配置流量控制仪表，以保证一定的水泥用量。

4）水泥浆液一般采用P42.5级普通硅酸盐水泥，按1∶0.45～0.55 配制;通过控制注浆压力和泵量，使水泥浆液均匀地喷搅在桩体中。注浆压力一般控制在 0.5～1.0MPa，流量控制在 30～59L/min，水泥用量应按设计掺入比控制。

5）预搅下沉时，钻进速度应≤1m/min;施工中为确保搅拌充分及桩体质量均匀，搅拌机头提速不宜过快，平均提升速度应≤0.5m/min，以保证注浆量;重复钻进和重复搅拌的钻进速度和提升速度也要满足此要求。在预（复）搅下沉时，也可采用喷浆（粉）的施工工艺，但必须确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。如遇故障停止注浆时，应在 12小时内补喷，补喷重叠长度不小于1.0m。

6）相邻桩施工间隔应在 16 小时以内，若超过16 小时，应对切割搭接部位采取防渗措施。

（3）质量检验

施工过程中应对搅拌头转数、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等进行检查和记录，并随时检查施工记录和计量记录，对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。

水泥土搅拌桩的施工质量检验可采用以下方法∶

1）成桩7d后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面下0.5m），目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，检查量为总桩数的5%。

2）成桩后 3d 内，可用轻型动力触探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。

3）经触探试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28d后，用单动双管取样器钻取芯样作抗压强度检验，检验数量为施工总桩数的0.5%，且不少于3根。

4）对相邻桩搭接要求严格的工程，应在成桩15d后，选取数根桩进行开挖，检查搭接情况。

5）基槽开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合设计要求，应采取有效补强措施。