浅析水利施工中水泥搅拌桩处理原理

摘要：伴随着我国现代社会的加速发展，水利工程也在不断的提升，根据笔者从事多年水利施工的工作现场实践经验，结合工程实践案例简单的阐述工作中总结的体会，以下可供同行参考。

关键词：水利工程；施工；软基；搅拌桩；水泥；应用；

一般来说，在水利工程施工的过程中，有很多必不可少的问题，在此所以要加强对此的重要对待，对深厚的软土一般都要进行地基处理，水泥搅拌桩的施工工期短，无大量废土外运，很适合堤岸基础加固或在基坑开挖时临时挡土。水泥搅拌桩按所使用水泥的物理状态，分为浆体搅拌桩和粉体搅拌桩两类。粉体搅拌桩适用于土中含水量大于60%的情况。

一、水泥搅拌桩在水利工程中成桩机理

水泥与土搅拌产生加固效果而形成桩体，这是水泥遇水后所发生一系列化学反应及其与土发生复杂的化学反应的结果。

（1）水泥的水解和水化反应

普通硅酸盐水泥包含着水硬性胶结材料的最主要的基础物质，即氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等。他们分别组成不同的水泥矿物。当用水泥与水拌合成水泥浆，或用水泥粉直接与饱和软土搅拌时，水泥颗粒表面的矿物立即与水发生水解和水化反应，生成一系列水化物，这些水化物迅速溶于水，使水泥颗粒表面继续暴露，继续与水反应，生成水化物继续溶于水，这样直至溶液达到饱和，生成不能溶解水化物，乃成为凝胶微粒悬浮于溶液。此后这种凝胶微粒的一部分与其周围一定的粘土颗粒发生反应，另一部分逐渐凝结硬化而形成水泥骨架。

（2）水泥水化物与粘土颗粒离子交换和团粒化作用

由于土体为多相散粒体，它与水结合时一般具有胶体的特征。二氧化硅遇水即形成硅酸胶体微粒，经化学反应，在土体颗粒表面逐渐形成较大的土团粒。而且由于水泥水化生成的氢氧化钙等凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒的比表面积大1000倍，表面能较大，吸附活性十分强烈，于是土团粒进一步互相结合，并且封闭了团粒之间的孔隙，从而形成较坚固的水泥土的团粒结构，使土的强度提高。

（3）凝硬作用

随着水泥水化反应的深人，当溶液中析出的钙离子的数量超过离子交换所需数量时，其多余部分便与土中的一部分或大部分胶态二氧化硅或胶态三氧化二铝进行反应，生成不溶于水的、稳定的硅或铝酸钙结晶化合物，即微晶凝胶，它在水中逐渐硬化，且强度增大。

（4）碳酸化作用

水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水和空气中的二氧化碳，还原为不溶于水的碳酸钙（石灰石），它能增加土的强度。

二、水泥搅拌桩的施工方案

某堤防工程位于扬州市河段，地层分布自上而下为淤泥层、粉土层、砂层和残积层，其中淤泥层较厚，标段内地基处理全部采用搅拌桩，搅拌桩直径为500mm，间距1.8m，呈梅花形布置，桩长有9.0m，12.0m和15.0m三种，设计水灰比为0.45～0.5，水泥用量50kg/m。

1、设计参数及要求

（1）水泥掺入比>12%。

（2）室内配合比设计：7d无侧限抗压强度：qu≥0.8MPa；28d无侧限抗压强度：qu≥1.6MPa；90d无侧限抗压强度：qu≥2.4MPa。

（3）现场质量检测：28d取芯强度：R28≥0.8MPa；90d取芯强度：R90≥1.2MPa；单桩承载力>210MPa；复合地基承载力>170kPa。

2、施工工艺流程

桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

3、施工控制要点

（1）水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检查管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。

（2）为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。

（3）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于40min，喷浆压力不小于0.4MPa。

（4）为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s，余浆上提过程中全部喷入桩体，在桩顶停留时间为30s，使水泥浆与桩身土体充分搅拌。

4、施工过程监控要点

（1）测量放线复核，重点对控制性轴线、桩位进行复查，满足要求后方可就位开机。

（2）开机前检查导向架的垂直度，开机后随时观察，控制其垂直度满足规范要求（搅拌桩垂直度偏差不得超过1.5%，桩位偏差不大于50mm）。

（3）水泥浆液须按设计（或试桩确定）配比拌制，搅拌均匀、输送连续、不得离析。水灰比必须认真控制，可采用泥浆比重计对各台班进行随机抽样测试。

（4）打桩过程因故中断而续打时，为防止断桩或缺浆，应使搅拌轴下沉至停浆面以下50mm，待恢复供浆后再继续喷浆提升。

（5）严格控制桩深、复搅下沉和提升速度以及泵送压力，确保成桩效果。

（6）为保证桩头质量，喷浆搅拌应高于设计桩基顶500mm，且当喷浆提升至设计桩顶时，应稍有停滞。

（7）制桩完成后，须达到要求的龄期后方可进行开挖，清理桩头时不得使用重锤或重型机械，宜用小锤、短钎等轻便工具操作，以免损坏桩头。

三、对施工中常见问题的处理

四、质量检验

该工程水泥搅拌桩成桩后按相关要求进行了质量检验，结果如下。

（1）外观检验：①桩顶高程：随机抽查20根，合格19根，合格率95%；②桩直径（-500mm）：随机抽检20根，合格20根，合格率100%；③桩间距（+50mm）：随机抽检40根，合格34根，合格率85%。

（2）触探实验：按桩总数的2%抽检246根，合格率88%。

（3）单桩承载力实验：抽检125根，合格112根，合格率90%。（4）桩取芯实验：抽芯50根，合格46根，合格率92%。（5）综合评定：桩的合格率为91.2%。

五、结束语

综上所述，在整个水利施工中，水泥土搅拌桩在堤岸软土基础处理方面，技术上可行、质量可靠。既能有效地加固软土基础，满足防洪工程、河涌整治的建设标准，又在一定程度上节约建设投资；同时，施工过程无振动、无噪音、无污染，对邻近建筑物及周围环境影响较小。当然，水泥土搅拌桩的设计指标还需进一步优化，施工中还缺少现代化监测设备，不利于施工过程的数据化控制。

参考文献：

[1]叶书麟地基处理工程实例应用手册[S]·北京：中国建筑工业出版社，1998