一、水泥砂浆桩技术原理

水泥砂浆桩是以水泥、砂、水按一定比例掺入，并与土体混合搅拌而成。这种方式增加了土体中的粗颗粒含量，同时因砂的作用，水泥土体内部孔隙增多，排水固结作用得到了加强，软土强度的也得到了加速提高，并起到加固桩体的骨架支撑作用，改良了土的力学性能，提高桩身无侧限抗压强度，形成强度较好、结构更加稳定的水泥桩体。

二、水泥砂浆桩的施工准备、工艺及试桩作业

（一）工程概况

新建九景衢铁路江西段JQJXZQ-2标段正线线路长50.439km，其中路基27.3km，线路位于江西省东北部，经鄱阳湖平原区，其大部分为第四系地层覆盖，其中鄱阳湖区和河流一级阶地主要为软土、松软土，厚5～30m，其中软土主要有淤泥和淤泥质黏土组成。水泥砂浆桩为89.3万延米，采用正三角形布置，桩身直径50cm，桩间距为1.1～1.3m，加固深度4.0～8.4m，进入持力层不小于0.5m，设计要求桩体28天龄期无侧限抗压强度不小于1.5MPa。

（二）施工准备

首先，在施工前，要保证施工场地的平整性，现场布局合理。

其次，要重视配比的合理掌握。结合实际施工位置，采集典型土样，落实配比试验。

第三，使用质量检测合格、供应稳定的普通硅酸盐袋装水泥。水泥存储要做好防范措施，要求底部架空，顶部及侧面采用帆布进行防雨，避免水泥质量受到影响。

第四，要对施工中涉及的机具进行全面检验，保障其拥有良好的性能，若在施工过程中出现异常情况，不仅会延误工期，也会影响施工质量及安全。智能电磁流量计、砂浆泵、压力表、电子秤等辅助设备是实现对水泥浆用量及喷浆均匀程度的有效控制，应委托有资质的机构进行标定。

第五，重视技术交底，建立质量保证体系。严格执行三级技术责任交底制，建立严格的现场施工质量控制体系。技术交底的质量决定着整个工程的施工质量，项目工程师在技术交底的过程中，要对技术要求、规范及设计意图进行全面地分析，并总结试桩的结果，对质检员、施工员、技术员等相关人员进行各项内容交底，保证施工的内容与实际相一致。

（三）施工工艺及试桩作业

1.施工工艺

水泥砂浆桩施工机具采用改进后的PH-5B系列深层搅拌桩机；施工工艺为“两喷四搅”；施工流程为：钻机准确就位→制浆并开启钻机、水泥砂浆泵→边钻进、边喷浆搅拌→桩底持续喷浆30s→边提升钻头、边搅拌→再次钻进、喷浆搅拌→再次提升搅拌→停止提升、少量喷浆、搅拌10～20秒→清洗、移位。

2.试桩作业

各段路基的地质条件有所不同，为达到建筑工程软基加固处理的目标，在软基处理施工准备之前，需要进行试桩作业。试桩按将浆配比、钻进及提升速度分类共施工18根试桩。

（1） 试桩目的：确定各项工艺参数：水泥砂浆的配合比、钻机的提升、钻进的速度及旋转搅拌速度；确定水泥掺入量、河砂掺量；验证检测砂浆桩搅拌均匀程度、成桩直径、外观质量、无侧限抗压强度等。

（2） 试桩参数选择

采用由PPH-5B系列深层搅拌桩机改进的“搅拌水泥砂浆桩机”，钻进过程基本完成水泥砂浆的喷射，下钻喷浆量占总浆量的90%以上，提升喷浆量占总浆量的10%以下，多层叶片同时搅拌。下钻钻进速度：钻进速度0.8～1.3m/min，转速50r/min～90r/min；喷浆量不小于30L/m；提升速度1～1.5m/min；转速70r/min～100r/min；喷浆量不大于10L/m；喷浆压力：0.4～1.0Mpa；配合比：0.6（0.8）：1： 0.4（0.5）,详见附表。

附表1试验桩数据一览表

（3） 试桩总结

在成桩28天后，对试桩进行抽芯并做无侧限抗压强度试验、单桩复合地基荷载试验与单桩竖向抗压静载试验，取得试桩成果报告，确定最经济合理的工艺参数。故得出在该鄱阳湖软土地质条件下，采用“两喷四搅”的施工工艺，水泥砂浆的理论配合比为水泥：湿土：砂=16:100:8，水泥掺入量不小于被加固湿土重量的16%，灰砂比1:0.5，水泥砂浆水胶比0.7。每米桩水泥用量为59.7kg、砂为29.85kg、水为41.78kg。钻进及提升速度：下钻钻进速度：钻进速度0.9～1.0m/min，转速60r/min左右；提升速度1.3～1.5m/min；转速80r/min左右；在提升到地面以下1米时，应注意调整到二档缓慢提升。喷浆压力：0.8～1.0Mpa。

三、水泥砂浆桩质量控制与检测

（一）施工前质量控制

1.保证施工场地的平整性，合理布局现场

施工地面标高应比设计高0.3m左右。若有低洼区域，不得回填杂土，应回填粘性土。核查确认地下管线、架空线路的位置与高度,设置临时截、排水沟渠,布置供电供水线路、机械设备施工路线、机械设备摆放位置、原材料存放场地，以充分满足施工需要,合理布局。

2.清洗管道，射水试验，保证畅通

施工人员在开钻之前，应该用清水对整个施工管道进行冲洗，避免管道出现堵塞情况，待管道里的水排干净之后，进行射水试验，检查输送泵、喷嘴及管道是否畅通、仪器仪表显示是否有误、压力是否正常。

3.就位准确，保证桩位和垂直度

开工前应对测量放样的控制桩位进行复核检查。可采用竹片或木板条进行桩点定位,并点撒白灰。钻机安放平整牢靠，钻头就位必须准确，孔位偏差应小于50mm，钻杆垂直度偏差应小于1.5%。为保证垂直度，可悬挂一个吊锤，通过吊锤对钻杆垂直度进行调控。

4.检验原材料，配置标识标牌，规范施工，控制配合比

水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,水泥掺入比应大于16%。中心试验室或监理工程师指定的试验室检验合格后的水泥和水的样品，方可使用。

施工现场按规范要求安放水泥砂浆配合比标牌，混合料严格按配合比掺入。按水、水泥、砂的先后顺序拌制,先放入足量的水,再放入水泥,搅拌180s以上,最后放入砂,搅拌180s以上。水和河砂的量测，可在施工前用磅秤标定在水桶中。用浆液比重计检测浆液的密度。为防止浆液发生离析，搅浆机应连续匀速搅拌。禁止用一只桶边拌边抽的方式施工。浆液制备好后不得停置时间过长，浆液停置超过2小时的不再使用。

（二）施工中质量控制

1.送浆与钻进保持联系，专人记录

钻头对准桩位，仪器仪表置零后再下钻，钻机操作手同时通知后台启动送浆，并保持联系，保证送浆与钻进的同步推进、保持一致，防止出现桩头、桩身不饱满。

各项现场数据的记录必须真实、准确、齐全。搅拌机钻进喷浆、提升的速度和搅拌速度必须符合施工工艺要求，并有专人记录搅拌机深度、喷浆高程及停浆面、单桩喷浆量，深度记录误差应小于50mm，时间记录应小于5s。

2.喷浆量的控制

钻进过程中，若因停电或其他原因造成停浆、停机，继续施工时必须重叠搅拌喷射接桩，接桩长度停浆面以下不小于1.0m。重叠搅拌接桩时间不得超过24h，否则应重打该桩。若停机超3h，应先拆除输浆管路、清洗干净后，在原停机桩位旁补桩。

施工中若发现喷浆量不足时，应按要求复搅，复喷的喷浆量应大于等于设计用量，可根据电子记录仪上显示每米浆量来调整控制。

经常检查水泥的掺用量。经常检查灰浆泵的转速，即每分钟水泥砂浆的泵送量，并使每分钟的喷浆量与钻进提升速度同步推进、保持一致。

电脑记录仪器的流量计可观察出实际每米喷浆量和实际单桩喷浆量，并与设计量进行对比，注意控制实际喷浆量不应小于其设计量。

3.桩长、桩径的控制

在每台桩机的钻架上画上刻度线，可每50cm标记一道刻度，以通过目测大致控制，并根据小票的数据来控制桩长。桩长必须穿透软弱土至硬底，嵌入下卧硬层深度不小于0.5m。为充分均匀搅拌桩端水泥土，在达到设计深度时应持续喷浆搅拌30秒以上。当深层搅拌机提升至地面以下1.0m时，应用二档慢慢提升和搅拌；即将出地面时，应停止提升，并少量喷浆以防堵管，搅拌10～20秒，防止出现桩头不饱满。

定期复核检查钻头，其直径磨耗量应小于20mm，以确保成桩直径及搅拌均匀。

4.质量通病的控制措施

施工中存在的质量通病主要为缩颈及浅层断桩，其控制措施为:

1）浅层断桩。未满28天龄期的桩上不得有大型机械碾压行走和进行上部的路堤填筑施工。清除桩间土时应避免使用大型机械碰撞或挤压到桩头，以防浅层断桩。2）缩颈。严格控制钻头拔出土体的速度，且送料应连续均匀；经常检查钻机钻头直径，以防钻头磨耗过大，成桩桩径不足。

（三）试验检测

1.抽芯检验

抽芯应在成桩28天后，采用双管单动取样器在桩径的1/4处钻取。按施工总桩数的2‰进行抽芯检验，且每作业工点抽芯数量不少于3根。水泥砂浆桩的桩身质量即可通过抽芯来检验观察，如桩体完整情况、含灰浆量、搅拌均匀性、无侧限抗压强度等。若抽芯检测发现不合格桩，应在其附近加倍进行抽芯检测，以排出特殊个例情况。若仍检测为不合格，则应查清不合格范围，采取必要的补救措施。通过抽芯试验，结果表明所有水泥砂浆桩桩长均满足设计要求，且桩身搅拌均匀、固结较好无松散、桩顶整齐，经检测其抗压强度均≥1.5MPa，均符合设计要求强度。

2.静载荷试验

静载荷试验应在成桩28天后，按施工总桩数的2‰随机抽取，进行水泥砂浆桩单桩复合地基载荷试验与单桩竖向抗压静载试验，且每个作业工点不少于3个点。设计要求单桩承载力应大于130kN，复合地基承载力应大于150kPa，经检测均合格。

结论：

九景衢铁路水泥砂浆桩的施工实践表明，该施工工艺及方法适宜鄱阳湖平原区淤泥和淤泥质黏土的地质条件，该段路基工程的软基处理效果好、桩体质量可靠、加固后的地基承载力符合要求，完全能满足200km/h客运专线铁路对地基承载强度的要求。

参考文献

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