软基加固技术在水利工程中的应用

吴娱

康定市水务局四川626000

摘要：水利工程软基加固主要包括：预应力管桩技术、土木合成材料技术、塑料排水板技术、现浇混凝土管桩技术、强夯加固技术、粉煤灰碎石桩技术、袋装砂井以及水泥搅拌桩加固技术等。其中水泥搅拌桩加固技术又称化学反应加固法，具有施工快速、效果明显、技术可靠、工艺合理以及施工噪音小且对环境无污染等应用优势，完全符合现代社会发展的环保理念与软基加固的质量要求。因此，文章以水泥搅拌桩技术为对象进行水利工程软基加固施工技术的分析。

关键词：水利工程；软基加固；水泥搅拌桩

1水泥搅拌桩加固技术适用范围

《建筑地基处理技术规范》规定：水泥搅拌桩技术适用于素填土、饱和黄土、粉土、黏性土、淤泥、淤泥质土以及无流动地下水的饱和松散砂土等软土地基的加固处理，我国目前大多用于粉土、淤泥、淤泥质土与拥有较高含水量且地基承载力标准值较小的黏性土。需要注意的是：当土样黏性指数（IP）＞25时，水泥搅拌加固技术的适用性应通过试验验证。这是由于土质因过大的黏性指数而表现出极强的黏性致使水泥土的搅拌极易形成泥团，使混合物因无法搅拌均匀而影响桩体强度；除此之外，当土样或地下水pH值＜4时，土样因呈酸性而对水泥的水化反应造成影响，进而阻碍了土颗粒与水泥间的一系列化学、物理反应，无法达到加固效果，此时需要掺加5%水泥用量的石灰进行简化处理，促进水化反应正常进行。

2水泥搅拌桩施工技术分析

2.1施工流程

（一次喷浆、二次搅拌）施工准备（包括场地、材料、技术、设备）→桩位放样→钻机就位、调平→水泥浆制备→预搅下沉→提升喷浆搅拌→重复下沉搅拌→重复提升搅拌→成桩结束→钻机移位。2.2施工要点（1）钻机就位。钻机安装应牢固、平稳无晃动现象，水平偏差不得大于50mm，垂直偏差不得大于1.0%。（2）水泥浆制备。水泥作为固化剂宜采用32.5普通硅酸盐水泥，配制过程中水灰比以0.45～0.55为宜，搅拌时间一般不少于3min，完成后实施过筛处理，以防浆液发生离析现象。如需添加外加剂（如高效减水剂），其用量应通过试验确定。（3）预搅下沉。启动钻机，在放松起吊钢丝绳的同时空压机开始送气，使搅拌机钻头沿导轨下沉钻进至设计深度，控制钻机正钻速度在80～135r/min，下沉速度在0.8～1.0m/min，工作电流不宜大于70A。钻进持力层（是否达到）可根据电流表读数与下钻速度综合判定。（4）提升喷浆搅拌。待水泥浆液到达喷浆口时先喷浆搅拌30s，在桩端土与水泥浆液搅拌均匀后反向旋转搅拌（持续喷浆）并以不大于0.8m/min的速度提升至地面。为确保桩头强度与密实度（根据荷载的传递与扩散原理分析、判定），当喷浆口距离地面30～50cm时停止提升并喷浆搅拌30s，搅拌提升过程中如因故喷浆中断，则需下沉钻头至停浆点以下1m处恢复喷浆继续搅拌提升。喷浆泵的出口压力应控制在0.4～0.6MPa，喷浆速度宜为40～60L/min（根据桩长判定，长桩取高值，短桩取低值），并控制1m水泥掺量为12%～16%（具体根据试桩工艺确定）。（5）复搅。为保证桩体搅拌均匀，在关闭喷浆泵后（喷浆量未达到设计要求时需二次喷浆）再次旋转、下沉钻头（搅拌机）至设计深度搅拌提升到地面，最后在桩顶水泥浆凝固后挖除多余部分。

2.3质量控制

（1）一般情况下桩身设计不宜过深，以进入持力层500mm为宜，否则容易出现以下病害：①水泥浆因桩底压力过大而无法以渗入，致使底部成桩困难，难以达到设计桩长；②由于桩底持力层一般为土质较硬的亚黏土或黏土，因此难以进行带浆下钻或无法下钻，致使土体无法拌碎；③如若持力层过深，只能采用持续喷浆的方式避免钻管堵塞，但会因桩底下钻速度极慢而增加水泥用量，此时容易出现水泥浆顺着钻杆溢出地面造成浪费，同时也不利用进度的控制。（2）为确保桩体搅拌均匀，钻头应焊接横向搅拌刀片，其数量不少于6个，同时焊接1～2个长度大于5cm、宽度大于2cm的竖向搅拌片于横向刀片上。（3）地层某深度处若在钻进过程中出现硬层，其处理措施可结合地质实况制定为：①当硬层厚度小于500mm且下钻相对容易时，可采用回浆量稍加的方式将硬层在短时间内穿透；若下钻较为困难时，对于硬层的穿透应在及时增大回浆量的同时将动力钻头加重，并焊接锋利的破土刀片于最下面的两个横向搅拌刀片上，使硬土层能够被迅速穿透，切勿采用缓慢钻进的方式穿透硬层；②当硬层厚度大于500mm时，可将该土层直接作为持力层，无需继续深入。如此便可防止因此段土层拌碎困难而导致水泥浆难以深入，最终造成断桩或桩体质量不合格情况发生。

3水泥搅拌桩常见质量问题、原因及控制措施

3.1质量问题

由于酸性、有机质及含水量高的土质对水泥的水化反应拥有一定的影响，阻碍了水泥土强度的增长，降低了桩体结构强度。因此当采用水泥搅拌桩实施软基处理时，根据搅拌桩规范要求，对于水泥土配合比及龄期对强度影响的分析，应在实验室内以不同配合比试件在不同龄期下试验获取其强度增长规律。对于单桩竖向承载力的确定，其计算过程以适当水泥掺量与外加剂在90d龄期的块体强度为依据，对此国内大多数施工单位均会以此标准来执行，在确保试验强度符合要求时才可正式施工，因此水泥搅拌桩质量问题一般与土质关系不大。基于国内此类工程事故的分析，通过取样检测结果可以看出，问题桩体普遍存在水泥堆积现象，其小则十几公分，大则形成水泥芯柱（一般在桩轴部位），以致出现一些部位水泥浆过少，甚至在有些案例中发现严重的偷工减料（减少水泥用量）现象，施工配合比远偏于试验配合比，致使桩体强度严重降低。实践表明：水泥搅拌桩强度与水泥土搅拌均匀性有着密切的关系。

3.2原因分析

（1）施工工艺与机械设备不符合要求。该问题主要表现在出浆口方向与位置偏差过大喷浆提升速率控制不严格，电机功率不足致使转速过慢，搅拌机叶片层数太少，压浆压力不足等。（2）检测手段缺乏。规范中对水泥土取样采用轻便触探器钻取，其检测深度只能达到3～4m；对于桩体检测，静载试验虽可检测其承载力，但对桩身全长质量无法检测，而且检测过程时间较短及荷载作用面积过小，检测深度与结果的准确性存在一定的限制性。目前，对成桩质量的验收在桩身全长质量检测方法缺乏的情况下仍有很多极差质量的工程也能通过，为工程建设与使用埋下了很大的安全隐患。（3）水泥浆液因出浆口控制不当而导致在喷江口桩轴位置堆积过多，致使水泥浆因叶片外缘缺浆而出现集中现象。

结束语：

结合多年从事经验与专业知识的学习，建议性提出以下措施：①以实践结果与水泥反应机理分析，当水泥掺量达到一定值时，桩体强度的提升只是单纯的增加水泥用量表现效果不明显，此时搅拌均匀性桩体强度的主要影响因素。根据软土性质与类型的不同，水泥最佳用量必须通过试验确定；②实施必要的试桩工艺，以此获取最佳的送浆量、下钻速度、水泥用量、喷浆时间、复搅提升等施工参数来指导正式施工，确保最优加固效果；③除水泥水泥用量外，搅拌过程的钻杆转速与复搅次数为成桩质量的关键性影响因素，施工过程中应结合软土地基的不同土质、不同土层以及不同地段客观有效的采取施工工艺与质量评价方法

参考文献：

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