黄伯乐 郭 燕

（肥城矿业集团梁宝寺能源有限责任公司 山东 肥城 271600）

0 前言

土层性质复杂多变，必须采取地基加固、补强等技术措施，改善地基土的工程性状。水泥土搅拌桩在国内该类工程中广泛应用。

1 水泥土搅拌桩相关概念及机理

1.1 水泥土搅拌桩的概念

水泥土搅拌桩根据施工工艺，可分为深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法），前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。水泥土搅拌桩是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理—化学反应，使软土结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。

1.2 水泥土搅拌桩复合地基加固机理

水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是由粗填充料中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质—土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程较混凝土为缓慢。

水泥加固土的主要机理有：（1）水泥的水解和水化反应，用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，如果天然土的含水量过低而又采用粉体喷搅法施工，不但施工难度大，而且水泥不能得到充分的水解和水化反应，势必会影响水泥土的加固效果。（2）土颗粒与水泥水化物的作用。（3）碳酸化作用。从水泥土加固机理分析，水泥和地基土两者在空间上相互交替，从而形成一种独特的水泥土结构。搅拌机械搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也最高。

2 水泥土搅拌桩的设计

2.1 桩身参数设计

固化剂宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。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%。湿法的水泥浆水灰比可选用0.45～0.55。

水泥土搅拌法的设计，主要是确定搅拌桩的置换率和长度。竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧以下2米。湿法的加固深度不宜大于20米；干法不宜大于15米。水泥土搅拌桩的桩径不应小于500毫米。

2.2 桩体布置形式

桩体的平面布置形式对软弱地基的加固有很大的影响，桩体的平面布置形式通常有两种：正方形布置和等边三角形布置。在水泥土搅拌桩复合地基的设计，一般是通过对复合地基承载力的计算，先求出面积置换率m，再确定桩体的直径和间距。对散体桩、低粘接强度桩复合地基还要按密室加固的要求确定桩体的直径和间距。

2.3 褥垫层的作用

在复合地基中，桩体和浅基础之间的褥垫层是不可或缺的过渡层。褥垫层厚度可取200～300毫米。其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20毫米。在复合地基中其有以下几种作用：（1）保证桩、土共同承担荷载，褥垫层的设置为复合地基在受荷载后提供了桩上、下刺入得条件。即使桩端位于硬土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。（2）减少基础地面的应力集中。（3）调整桩、土荷载分担比。

3 水泥土搅拌桩的施工及质量控制

3.1 水泥土搅拌桩主要施工步骤

（1）搅拌机就位、调平。（2）预搅下沉至设计加固深度。（3）边喷浆（粉）、边搅拌提升至预定的停浆（灰）面。 （4）重复搅拌下沉至设计加固深度。（5）根据设计要求，喷浆（粉）或仅搅拌提升直至预定的停浆（灰）面。（6）关闭搅拌机械。

3.2 施工质量控制

（1）水泥土搅拌桩施工现场事先应予以平整，必要须清理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，回填粘性土并予以压实，不得回填杂土或生活垃圾。水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试装，不少于2根。当桩周为成土层时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥掺量。在搅拌时应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。（2）在水泥浆搅拌时（湿法），要严格按设计的配合比配置，要预先筛除水泥中的结块，同时要防止水泥浆发生离析。要在水泥浆搅拌机中充分搅动。压降阶段不允许发生断浆现象，如因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5米处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。若停机超过三个小时，宜先拆卸输浆管路，并妥加清洗。（3）水泥土搅拌桩（干法）喷粉施工机械必须配置经国家计量部门确认的具有能瞬时检测并记录出粉量的粉体计量装置及搅拌深度自动记录仪。成桩过程中因故停止喷粉，应将搅拌头下沉至挺灰面以下1米处，待恢复喷粉时再喷粉搅拌提升。搅拌头的直径应定期复核检查，其磨耗量不得大于16毫米。

4 质量检验

水泥土搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持全程的施工监理。施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。水泥土搅拌桩沉桩7天后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆（灰）面下0.5米），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%。水泥土搅拌桩加固软土地基的工程投入使用后，要定期进行沉降、侧向位移等观测，是对设计施工的最终检测。

5 结语

（1）水泥土搅拌桩可有效地提高地基强度，适用于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。（2）水泥土搅拌桩具有设备简单，施工方便，造价低廉，无振动，无噪声，无泥浆废水污染；对土无侧向挤压，对邻近建筑物影响小，可在密集建筑群中施工。（3）和其他地基处理方法相比，水泥土搅拌桩可节约大量钢材、混凝土等材料，造价低。