【基于水泥搅拌桩工程问题解决方案9300字（论文）】

目录TOC\o"1-2"\h\u20301 127526摘要 112026一、引言 119250二、水泥搅拌桩的介绍与适用范围 230208（一）水泥搅拌桩的介绍 27586（二）水泥搅拌桩的适用范围 231562三、水泥搅拌桩工程施工中出现的问题与对策 316025（一）桩位偏差大 34615（二）垂直偏差过大 326905（三）喷浆不正常 413181（四）抱钻 423161（五）冒浆 513376（六）桩顶强度低 522310（七）桩体不均匀 618548（八）桩径偏小 626235（九）复合地基承载力不足 730399（十）粉喷桩的“沉桩”问题 71625四、水泥搅拌桩工程过程中施工质量问题与对策 722541（一）当前搅拌桩成桩质量问题 723642（二）搅拌桩质量问题产生的原因 812901（三）当前搅拌桩问题的解决办法 923007四、结语 12摘要水泥搅拌桩是一种非均质桩,它的横断面的四周强度较大,中心水泥很少,甚至“中空”,这是由于水泥搅拌桩的施工机械和工艺决定了的,它就是一个外强内弱的“蛋壳桩”。这也是水泥搅拌桩区别于其他桩类(例如钻孔灌注桩)的特点。根据多年的施工经验，全面分析了深层水泥搅拌桩在施工中存在的问题，阐述了问题产生的原因，并归纳总结了各种预防措施和处理方法，以确保水泥搅拌桩的施工质量。关键词：水泥搅拌桩；地基；承载力；过程质量一、引言水泥搅拌桩作为软地基处理的方法被广泛应用于工民建、公路、铁路等工程建设中。常见的设计：桩径为300rnm，400mm，500mm，桩距为1100ml／l～1500l／ll'n，桩长为7m～18m之间，正三角形、梅花点布置。通过水泥搅拌桩的处理，地基的承载力有显著的提高，工后沉降明显降低。原地基承载力一般都小于90kPa，通过水泥搅拌桩处理后，复合地基承载力可提高到120kPa～150kPa。但是水泥搅拌桩在施工过程中会出现各种各样的问题，本人根据多年的施工实践，对水泥搅拌桩在施工过程中存在的问题逐一进行分析，并与有经验的施工操作手进行交流，现场解决问题，归纳预防措施和处理方法，为同类工程提供借鉴。二、水泥搅拌桩的介绍与适用范围（一）水泥搅拌桩的介绍水泥与软土采用强制机械拌和后形成水泥土，它是基于水泥与软土的一系列物理和化学的反应过程。水泥搅拌桩是指软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。水泥搅拌桩按主要使用的施工做法分为单轴、双轴和三轴搅拌桩。20世纪70年代，开始用水泥搅拌桩加固软土地基，已有40多年的历史。它是通过特制的深层搅拌机，将软土和水泥（固化剂）强制搅拌，并利用水泥和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使土体固结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩。该工艺主要用于软土地基的处理。水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。加固深度通常超过5m，干法加固深度不超过15m，湿法加固深度不超过20m。用回转的搅拌叶片将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成泥加固体。（二）水泥搅拌桩的适用范围1.水泥土搅拌桩的施工工艺分为浆液搅拌法(以下简称湿法)和粉体搅拌法(以下简称干法)。适用于处理淤泥、淤泥质土、素填土、软—可塑粘性土、松散—中密粉细砂、稍密—中密粉土、松散—稍密中粗砂和砾砂、黄土等土层。不适用于含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土，硬塑及坚硬的粘性土、密实的砂类土以及地下水渗流影响成桩质量的土层。当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%时不应采用干法。寒冷地区冬季施工时，应考虑负温对处理效果的影响。2.水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质含量较高或pH值小于4的酸性土、塑性指数大于25的粘土或在腐蚀性环境中以及无工程经验的地区采用水泥土搅拌法时，必须通过现场和室内试验确定其适用性。

3.水泥土搅拌法可采用单头、双头、多头搅拌或连续成槽搅拌形成水泥土加固体;湿法搅拌可插入型钢形成排桩(墙)。加固体形状可分为柱状、壁状、格栅状或块状等。

4.拟采用水泥土搅拌法处理地基的工程，除按现行规范规定进行岩土工程详勘外，尚应查明拟处理土层的PH值、有机质含量、地下障碍物及软土分布情况、地下水及其运动规律等。三、水泥搅拌桩工程施工中出现的问题与对策（一）桩位偏差大根据设计要求，桩位偏差应控制在5em范围内，但实际情况往往达不到要求。1.产生原因：（1）对准措施不到位。目前深层水泥搅拌桩大多采用平铲爬行式钻机。钻机在前进、倒退过程中，因溢浆漫流、视线阻隔，操作手根本看不到设计桩位点的位置，一切凭感觉操作。（2）因地质情况复杂，钻机下沉中途遇到较大粒径的卵石、孤石难以下钻，不得提钻杆后移位重钻，这种情况下，桩位偏差一般在20cm～30em左右。2.预防措施在钻机操作平台上焊接一根钢筋，根据机型，一般来说从钻杆距钢筋控制点的位置为2倍的桩距。以1．5m的桩距为例，钢筋焊接点距钻杆中心的距离为3m，控制线的侧面为两排桩的距离。等边正三角形的高为1．3m，两排桩的距离为2．6m，用重线锤的方法对准。如果因地质原因，遇到孤石重钻，本人认为这属于补桩的特殊情况，在记录中表述清楚即可，不可过分苛求。垂直偏差过大根据设计要求，水泥搅拌桩垂直度不得大于1％，如果垂直度偏差过大，将影响地基的承载力，同时，如果桩的垂直度过大，在钻芯检验时，可能取芯到桩体外，出现界限分明的芯样，导致取芯不成功，也容易造成桩长不足的假象。产生原因目前的钻机大多采用支腿式机型，如果地形不平，四条腿支的不平或个别腿支撑不牢固，容易导致机架倾斜，机架倾斜则钻杆不垂直。部分支腿不牢固，机架晃动大，也可导致钻杆不垂直，垂直度偏差过大。预防措施：（1）在机架上挂垂线，在机架横梁上画出中线，只有机架垂直才能钻杆垂直，只有钻杆垂直才能桩体垂直。2)保证每条支腿都与地基充分接触受力，只有支撑牢固才能保证机架稳定，只有机架稳定才能预防钻杆倾斜。喷浆不正常1.产生原因：（1）注浆泵损坏。（2）注浆口被堵塞。（3）水泥浆中有硬结块及杂物等，也可将管路堵塞，影响喷浆。（4）水泥浆的水灰比不对，稠度不适合，水灰比过大，成桩效果差，水灰比小，泵浆困难。（5）水泥浆泵的调速器运转不正常，泵浆压力不对。（6）水泥浆管道太长，中问弯曲度太大。一般来说管道的长度最理想的是不超过50m，中间尽量不要打弯，如果管道长度超过100m，甚至达到200m，压力损失过大，喷浆就不正常。2.预防措施：（1）施工前必须对注浆泵、搅拌机等机械进行试运转。（2）班组工作结束时对注浆泵、注浆口等部位进行清洗。（3）喷浆口应安装止回阀。（4）在钻头喷浆口上方，最好设置越浆板，防止喷浆口被堵塞。（5）在集浆池的上部应设置细筛过滤，以防杂物及硬块进入管道中。（6）选择合适的水灰比。设计要求水灰比为0．45—0．6之间，一般来说，选用0．5的水灰比既能保证桩体的质量，又不影响喷浆，也能保证水泥用量。具体选用什么样的水灰比应通过试桩进行对比试验进行确定。抱钻产生原因：（1）施工工艺选择不当。（2）粘性土的颗粒之间的粘结力比较强。水泥浆与土不易均匀拌和，在搅拌过程中很容易出现抱钻现象。（3）在地层中出现砂砾层，因搅拌振动，卵石挤在钻杆的周围。（4）发生机械故障，如钻杆上的轴承损坏。（5）长时间停电达3h以上，导致水泥凝固，将钻杆抱紧抱死。2.预防措施:（1）对于不同的土层，选择合适的对应的不同施工工艺。在正式开工前应对地层结构进行充分的了解，必要时做地质钻探。（2）搅拌机沉入前，桩位处要注水，使搅拌头的表面湿润。如果地表为软粘土时，可适当掺加一定量的砂，从而改变土的粘度，防止抱钻头。（五）冒浆1.产生原因：（1）有些土虽然不是粘土，但上覆压力大，持浆能力差，很容易冒浆。（2）钻杆钻进过程中遇到坚硬的持力层或孤石，进入缓慢，但浆液正常泵送，搅虚的土体中水泥浆达不到饱和状态而溢浆。（3）钻杆提升过程中，上升速度过快，搅拌不彻底，但水泥浆泵的压力不减，还控制在0．4MPa一0．6MPa之间，出现冒浆。2预防措施：（1）对在输浆过程土体的持浆能力的影响而出现的冒浆现象，导致实际输浆量小于设计用量，可以采用如下办法：输水搅拌一输浆拌和一搅拌的工艺。同时搅拌机的转速提高到500r／min，钻进速度降到1m／min，使土与水泥浆充分拌和，减少冒浆。（2）遇到坚硬的持力层或孤石时，减少泵浆压力，保持钻进与喷浆协调，可以减少冒浆(溢浆)。（3）提升过程中速度不宜过快，泵浆压力不宜过大。（六）桩顶强度低产生桩顶强度低的原因比较多，主要有以下几个方面的原因。产生原因：（1）表层加固的效果比较差。（2）因地基表面覆盖压力比较小，在拌和过程中，土体上提，很难拌和均匀。（3）在桩顶处钻杆的提升速度过快，注浆量不足(特别是存在虚桩的工程部位，其桩头的位置不易掌握)。（4）水灰比过大。（5）水泥的质量不高或者水泥的品种不同(对于矿渣水泥早期的强度比较低)。（6）清洗管道后，水未排除干净，便注入桩体。（7）部分施工队为提高生产效率，边加水边加水泥，边搅拌边使用。水灰比不均匀。（8）桩顶部位未用钻头压磨。2.预防措施：（1）从桩顶开始向下1m范围内做好加强段，进行一次复拌加注浆，同时提高水泥掺量15％左右。（2）在设计桩长及桩顶标高时，应考虑挖除30cm，以加强桩顶强度。（3）严格控制水灰比，在水泥用量可控、压力允许的前提下，尽量选用水灰比小的水泥浆。（4）一次拌好一根桩用的水泥浆，拌好后再用，不能边加水边加水泥，边搅拌边使用。（5）从机架标志线上看到将到桩头时，降低提升速度，保证足够大的水泥量。（6）钻头在桩顶部位压磨停留30s左右。（七）桩体不均匀1.产生原因：（1）施工工艺不合理。（2）搅拌机械、注浆机械中途发生故障，导致注浆不连续，注浆不均匀，使软粘土被扰动无水泥浆拌和。（3）搅拌机械提升速度不均匀。（4）搅拌机的提升速度与喷浆压力不匹配。（5）第一次下钻时带水下钻。（6）清洗管道后，水未排除干净，注入桩体。（7）制浆不规范，边加水边加水泥，边搅拌边使用。（8）喷浆过程中出现断浆现象(如制浆不足、机械故障等)。（9）浆液离析。（10）每盘浆液的水灰比不同。（11）机械故障中途停钻，修复后未向下延伸。（12）修复过程中注水，修后未复钻，导致土体中水达到饱和。2.预防措施：（1）选择合理的施工工艺。（2）施工前对制浆设备、注浆设备、输浆管道、搅拌机械、各种仪表等进行检查和维修，保证其处于良好状态。（3）水泥浆的搅拌时间一般不小于2min，如果条件允许，最好达到3min，增加拌和次数，使浆液均匀，预防浆液沉淀。（4）提高搅拌转速，降低钻机速度，边搅拌，边提升，提高拌和的均匀性。（5）注浆设备保证完好，注浆速度尽量均匀，切不可忽多忽少，甚至断浆。（6）如果在配合比设计中有固化剂添加，不得随意加水，以防改变水泥浆的水灰比。（7）如果因机械故障中途停钻，修复后定位向下延伸50em，1m最佳。（八）桩径偏小1.产生原因：（1）钻头叶长磨损严重，超过了1cm。（2）水泥浆比重太小。（3）复搅不到位，甚至不复搅。（4）喷浆压力太小，压力小于0．4MPa，水泥浆泵的调速器转速小于500r／rain。（5）输浆管道过长。（6）提升速度过快。2.预防措施：（1）(2钻头叶片损坏严重，及时更换叶片。2)水泥浆的比重宜大不宜小，对于0．5的水灰比，其对应的水泥浆的比重为1．823g／cm，水灰比越大，水泥浆的比重越小，成桩效果越差，桩径越小。(3为提高成桩效果，保证桩径，必须复搅，甚至三搅、四搅。（4）喷浆压力一般宜控制在0．4MPa～0．7MPa之间，水泥浆的调速器转速控制在500r／min～800r／min之间。（5）输浆管道长度一般控制在100m以下，最好50m左右。（6）提升速度应适中，尽量控制在0．5m／min，保证足够的浆液与土体混合。（九）复合地基承载力不足1.产生原因：（1）水泥浆用量不足。（2）桩长不够。（3）桩径太小。（4）水泥存在严重质量问题，水泥的早期强度偏低，水的pH值不对，利用河水、海水、湖水、污水等杂质多，酸碱度不适宜，甚至与水泥发生不良反应。（5）桩底部位未压磨。（6）桩顶部位未压磨。（7）设计的桩径、桩距、桩长、水泥用量不足以满足地基承载力的要求。2.预防措施：（1）保证单桩的质量，从而保证复合地基承载力达到要求。（2）桩底、桩顶压磨实践不得小于30S。（3）选用合适的原材料。（十）粉喷桩的“沉桩”问题粉喷桩复搅结束,搅拌头升离孔口的瞬间,大块泥团从桩头射向空中。紧接着水泥桩体向下“紧缩”,孔口留一圆柱体空洞,这一现象称为“沉桩”。“沉桩”深度一般为0.5m～1.0m,最大可达2m。沉桩原因分析造成“沉桩”现象的地层原因是地基土天然含水量过大。实践证明,水泥搅拌桩有一定的适用范围,天然含水量大于85%的软土路段应慎用水泥搅拌桩。一般而言,随着地基土天然含水量的增加,水泥搅拌桩的掺灰量也需增加。但是实际的地基土各个地层的含水量并不是均匀的,软土中有些部位的淤泥含水量可能很大,喷粉过程一般速度较均匀,这样就有可能导致这些部位喷粉量不足。2沉桩的预防措施(1)增大掺灰量;(2)减慢钻进和提升速度(宜采用0.8m·min-1);(3)减小气体流量和管道压力(压力宜控制0.25MPa);(4)提前送灰。考虑到送灰管道约60m,从开始喷粉到灰进入孔底有一个时间差,所以钻进底部后,先喷粉1～2min,然后再提升钻具;(5)改进钻头的形状或尺寸;减小钻头钻头叶片的倾角,减小径向推力,从而减小了对孔壁的挤压作用。也有施工单位采取减小钻头直径的方法,水泥搅拌桩正常的桩径为50cm,如发生“沉桩”,可把钻头改为45～48cm,就可以避免由于桩径过粗而造成喷粉量不足。四、水泥搅拌桩工程过程中施工质量问题与对策当前搅拌桩成桩质量问题一般认为，含水率高的软土中水泥土桩体的强度较低；有机质含量高或呈酸性的土层中桩体强度也很低，因其阻碍水泥的水化反应，影响水泥土强度增长。依据搅拌桩规范，当决定用搅拌桩处理地基时，先要在室内标准条件下制备不同配比的水泥土试件，进行不同龄期强度试验，确定合适的水泥掺量和外加剂，再依据90

d龄期的试块强度标准值来计算单桩竖向承载力。国内工程开工前几乎都依规范做了室内配比试验，获得或推得90

d试块强度，符合要求后才进行搅拌桩施工。所以，工程桩出问题，一般不是土质原因。

从国内事故工程中的搅拌桩桩身钻孔取芯结果可以看出，这些桩身常存在严重的水泥富集块，小则1～5

cm，大则在桩轴处形成一条水泥芯柱，而有的部位则很少有水泥浆；也有偷工减料，水泥掺量明显不足的案例。这些均导致现场水泥土桩身强度严重不足。国外搅拌桩实践也表明：搅拌桩的现场水泥土强度与水泥和土搅拌的均匀程度密切相关。搅拌桩质量问题产生的原因归纳国内搅拌桩普遍存在的水泥土搅拌不均、桩身不连续，以致桩身强度过低，其主要原因有：施工机械设备和工艺不合要求主要表现在电机功率、转速、灌浆压力、叶片层数、喷浆提升速度、出浆口位置和方向等方面。因为水泥浆和土搅拌次数越多，拌合越均匀，水泥土强度越高；反之，强度则越低；

（2）施工管理混乱搅拌桩施工中个体企业很多，即使是国有企业中标的工程实际也多为个体户施工，水灰比、搅拌深度、桩身均匀性和连续性均无法保证；

（3）缺乏必要的检测手段规范对搅拌桩的检测主要为轻便触探器钻取桩身水泥土样，而其检验深度只能达3～4

m。静载试验虽能给出桩的承载力，但不能给出全长桩身质量，且存在荷载作用面积小、时间短导致影响深度有限的问题。目前因缺少对桩身全长质量检测的方法，使得桩身水泥土很差的搅拌桩常能顺利通过最终的质量检测关。对施工机械和工艺来说，突出问题有：（1）出浆口位置在搅拌轴上浆液多集中在喷浆口的桩轴附近，叶片外缘缺浆，形成水泥浆富集；

（2）喷浆方式不合理当前有下沉喷浆和提升喷浆二种形式，笔者认为不宜在首次下沉切土搅拌时喷浆和最后一次提升时喷浆。因前者喷浆时土未搅碎，浆液不易向四周土体中扩散，出浆口处容易形成水泥浆芯柱，故必须要求在土体搅松之后再喷浆；后者喷浆后缺少必要的搅拌次数，易造成水泥土强度过低。

（3）喷浆后水泥土搅拌次数不足这又包括如下几种原因：喷浆提升速度过快，搅拌次数不足；叶片数量过少；电机功率偏低；搅拌轴上下循环的搅拌次数偏少。

因此，许多工程中的搅拌桩成桩质量不合格，准确说仅上部3～5

m土层中桩身质量合格，但由于软土地基上大多存在地表填土层或粘土硬壳层，它提供的桩侧摩擦力分担了桩顶近荷载1/3，其下桩身轴力迅速减小，以致在通常200

kPa左右的设计荷载下，除造成建筑物沉降稍大外，并未发生破坏。同时，我们也应看到，还有相当多的多层建筑工程，用深层搅拌桩处理后失败，其中原因绝大部分不是出在设计方面而是出在施工质量上。（三）当前搅拌桩问题的解决办法对前述产生搅拌桩施工质量问题的原因，笔者认为应从如下几个方面加以改进。

（1）修订和完善水泥土搅拌桩规范尤其是对桩身全长的质量检测方法水泥土搅拌桩的桩身质量主要取决于水泥土的均匀性和强度两个方面，检测工作必须紧紧围绕这两点。水泥土标贯击数和无侧限抗压强度既相互依存又相互对立。对天然地基土来说，标贯击数愈大，则无侧限抗压强度愈高。搅拌桩水泥土则须分两种情况：1.搅拌均匀的水泥土桩，标贯击数和无侧限强度间的关系类似于天然地基土。2.搅拌不均匀的水泥土桩，因存在大小不等的水泥碎块和片块，钻孔取样扰动较大，使水泥土无侧限强度偏低很多；而相应的标贯击数却偏大很多，因标贯筒带动水泥富集块体贯入，阻力增加。这种搅拌不均匀的桩无侧限强度过小而标贯击数过大的现象说明水泥土桩的质量检测不能单从某个方面来衡量，必须从多方面进行综合判断。标贯击数，因是原位测试，取样扰动影响较小，如桩身搅拌均匀，基本上可以反映出水泥土强度的高低。钻孔取得桩身全长水泥土芯样，不仅能直观地看出水泥土搅拌的均匀程度，而且从取出的芯样还能定量地测出其无侧限抗压强度。

从现场取芯得到的无侧限强度真实地反映了现场施工水平和养护条件下的桩身水泥土强度值，不同于室内人工制备的水泥土试样强度。虽然钻孔取样对水泥土有一定的扰动，但对搅拌均匀的水泥土桩来说，其结果可作为标贯试验的有效补充。据此，笔者在1996年研制超长水泥土搅拌桩时，提出水泥土桩桩身质量检测应以现场取芯观察、标准贯入试验为主，无侧限抗压试验为辅的综合检测方法。通过钻孔取芯观察来检验水泥土搅拌的均匀性；通过标贯击数来判断搅拌均匀的水泥土强度，并辅以芯样的室内无侧限抗压强度试验。取出的水泥土桩芯，应观察其颜色是否一致，是否存在水泥富集块或未被搅匀的土团；只有在搅拌均匀的前提下，该点的标贯击数才是有效的。为了防止水泥土后期强度过高造成标贯击数太大而失去参考意义，检测试验日期最好选在成桩10

d左右。从多个工程的检测应用看来，效果明显。

改进现行施工工艺，将质量检测和施工工艺结合起来针对前述搅拌桩质量问题产生的原因，应从以下几点进行工艺改进：1.将搅拌叶片由2层4片增加至3层6片。各层叶片间互成60°夹角，下面2层叶片应沿旋转时的切土方向适当倾斜。2.出浆口宜设在搅拌叶片中部。以克服搅拌轴底出浆方式易引起的搅拌不均。3.提升搅拌杆的卷扬机要采用调速电机。以根据水泥土搅拌均匀的需要来控制提升速度和喷浆量大小，实现桩身水泥掺量变配比要求。4.应严格控制喷浆、提升速度不能过大，现行机械设备一般应控制在0.6～0.9

m/s。对3上3下的工艺，最后一次复搅提升速度为0.5

m/s左右。而失去参考意义，检测试验日期最好选在成桩10

d左右。从多个工程的检测应用看来，效果明显。5.变下沉喷浆为提升喷浆。下沉喷浆时存在因土体不均引起的浆液不合理分配：土愈硬，下沉愈慢，浆液愈多，水泥亦愈多；土愈软，水泥浆愈少。首次下沉的作用主要是搅松土体，给浆液切出渗透通道，并减少硬软土层间的阻力差异。6.增加喷浆次数。对规范２上２下工艺中仅第一循环提升喷浆方式，再增加第二循环下沉喷浆，以减少一次喷浆过多而造成的地表冒浆、局部水泥浆富集和搅拌不匀现象。7.在桩底适当座浆。当首次搅拌至桩底时，原地喷浆搅拌1分钟，以克服搅拌桩中常出现的桩底搅拌不足和深度不够的问题。国外施工时大都有此程序，而国内做得很少。8.当桩长大于15

m时应增加一次复搅：第1次搅拌下沉，喷浆提升；第2次搅拌下沉，喷浆提升；第3次搅拌下沉，搅拌提升(即3上3下工艺)。当桩长小于15

m时，如工艺试桩时经各种改进后仍发现桩身搅拌不均，也可增加1次复搅。要使超长水泥土桩搅拌均匀，必须使喷浆后水泥土每点搅土次数大于40。9.当桩长大于15

m时应将搅拌电机功率由

37

kW提高到55

kW，以保证搅拌轴的转速和叶片的切土能力。

对搅拌桩的检测，应特别强调施工过程中的跟踪检测，及时发现桩身缺陷部位，采取降低喷浆提升速度的措施，增加灌浆量和搅拌次数。由于目前国产的水泥土搅拌机械大都采用定量泵输送水泥浆，而搅拌电机又是转速恒定型的，因此灌入地基中的水泥量完全取决于搅拌杆的提升速度和喷浆次数。

在工程桩施工初期，应先按照预定的水泥配比施工，详细记录成孔过程中主机电流的变化。在工程桩成桩10

d后，跟踪进行取芯观察、标贯试验和芯样无侧限试验，