大连万科海港城深层水泥土搅拌桩施工研究

大连万科海港城深层水泥土搅拌桩施工研究

摘要： 本文通过大连万科海港城深层水泥搅拌桩工程实例，阐述了水泥土搅拌桩的施工方法及施工控制要点。通过检测证明水泥土搅拌桩对处理厚层流塑状态淤泥层有明显效果。

关键词： 水泥土搅拌桩，施工质量，控制要点

厚层流塑状态淤泥层的存在，对万科海港城施工造成很大影响：第一是淤泥承载力低，难以满足建筑物承载需求；第二是容易造成建筑物不均匀沉降；第三是淤泥涌动造成开挖困难；第四是地下水丰富，坑内积水严重。因此需要一种既能提高地基承载力，又能防止淤泥涌动、防止渗水的地基处理方法来解决这些困难。深层水泥土搅拌桩施工简便，成本低廉，同时又可以解决以上问题，因此在该场地采用水泥土搅拌桩复合地基。

一、深层水泥土搅拌桩概述

深层水泥土搅拌桩是用于加固深层软土地基的一种切实可行的方法。该种方法是利用水泥作为主要的固化剂，使用深层搅拌机械，在软土地基深处就地将软土与水泥浆液或水泥粉体固化剂强制搅拌，利用固化剂与软土所产生的一系列物理和化学反应，将软土硬凝结成水泥土桩体或桩墙。这种方法形成的桩体或桩墙具有一定的整体性、水稳定性和强度，与桩间土形成人工复合地基。水泥土搅拌法广泛应用于建筑物的地基加固、堤防防渗、基坑支挡防渗等工程领域。这种方法最大限度地利用了原土，相比其它的处理软土地基的方法，这种方法具有工艺简单、施工便捷、处理造价低廉、适用范围广、桩体承载力较高、加固软土深度较大等优点。

水泥土搅拌法可以适用于相对软弱土。相对软弱土是指在上部施加结构荷载后，土层的承载力或变形不能够满足设计及规范的要求。可以是淤泥或淤泥质土，也可以是杂填土、冲填土、液化性沙土等土层。目前水泥土搅拌法多使用于饱和软黏土，这类土层的天然含水率高、天然孔隙比大、渗透系数小、抗剪强度低，施加荷载后地基土变形大，易在建筑物上产生不均匀沉降。水泥土搅拌桩对于提高该类土层承载力，防止不均匀沉降有很好的效果。

二、工程概况

万科海港城一期项目位于大连普湾新区，滨海路普兰店与金州交界处东南面。该项目北侧紧邻滨海路，南侧为蘑菇房后山。占地面积约为2平方公里。该项目分期建设，此次地基处理范围为一期工程。万科海港城一期场地工后防沉降水泥搅拌桩由深圳市工勘岩土工程有限公司设计，大连宏达建设监理有限公司监

理，大连北方基础工程有限公司施工。

万科海港城原始地貌属海积漫滩，由大连黄海岩土工程勘察有限公司提供的《大连万科海港城一期岩土工程详细勘察报告》，场地地层自上而下依次为：

1、素填土：灰褐色，主要由板岩碎石、粘性土等混合组成，无分选性，整体呈松散状态，稍湿。近期回填。主要分布场地东北角。层厚0.8～3.9m，层底埋深0.8～3.9m，层底高程-2.07～0.41m。由于新近回填，不提供承载力。

2、 淤泥：灰黑色，软塑状，湿～饱和，具有腥臭味，见有贝壳。全场地均有分布。层厚5.6～12.6m，层底埋深5.6～16.1m，层底标高-13.58～-5.01m。地基承载力特征值fak=30kPa，桩的极限侧阻力标准值qsik=5kPa。

3、粉质粘土：灰褐色，可塑状，稍湿，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。分布全场地。层厚0.9～13.6m，层底埋深10.4～25.2m，层底高程-24.95～-9.74m。地基承载力特征值fak=130kPa，桩的极限侧阻力标准值qsik=25kPa。

4、含碎石粉质粘土：红褐色，可塑状，稍湿。主要由粉质粘土混石英岩碎石组成，碎石粒径20～80㎜含量占15～40%左右，呈次棱角状，无分选性。分布全场地。层厚2.1～14.4m，层底埋深13.1～31.6m，层底高程-31.35～-12.44m。地基承载力特征值fak=150kPa，桩的极限侧阻力标准值qsik=30kPa。

5、全风化板岩：黄褐色，可见原岩层理，岩芯呈土状。分布全场地。层厚0.8～9.0m，层底埋深16.3～38.7m，层底高程-38.08～-15.64m。地基承载力特征值fak=180kPa，桩的极限侧阻力标准值qsik=30kPa。

6、强风化板岩：灰褐色，变余结构，层状构造，岩芯呈碎块状，岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级。局部见有强风化石英岩夹层。全场地均有分布。层厚2.7～10.2m，层底埋深20.6～46.7m，层底高程-46.49～-20.06m。地基承载力特征值fak=500kPa，桩的极限侧阻力标准值qsik=150kPa。

7、中风化板岩：灰褐色，变晶结构，层状构造，岩芯呈短柱状，岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级Ⅳ级。局部见有中风化石英岩夹层。全场地均有分布。钻探揭露层厚3.0～6.3m，揭露层底高程-52.31～-23.10m。地基承载力特征值fak=1000kPa。

该场地水量丰富，勘察期间各钻孔均见地下水，钻孔稳定水位高层-0.1m，水位及水量主要受大气降水及潮汐影响。受地下水的影响，场地淤泥层为饱和淤泥，处于流塑状态。由于厚层流塑状态淤泥的影响，基坑开挖后会产生淤泥涌动，破坏基坑稳定性，甚至破坏基础结构。为保证工程质量，在一期场地做水泥搅拌桩处理，以防止淤泥涌动，提高地基承载力，并在地下室周围做咬合水泥搅拌桩配合喷锚，形成止水帷幕基坑支护。

三、水泥搅拌桩施工方案

1、设计方案

采用Φ550mm深层水泥土搅拌桩处理，桩顶标高为1.5m，桩长14m，嵌入下伏地层深度不小于1.5m，桩顶按等边三角形布点，间距1.8m，总桩数13127根。采用四搅四喷工艺，每延米水泥掺入量不少于65Kg，使用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.5～0.6，钻进及提升速度不得超过1m/min。为调整桩与桩间土的应力分布，保证复合地基加固体与原土体共同承担荷载，减少基础底面应力集中，调整竖向和水平向的桩土荷载分担比，在搅拌桩桩顶铺设30cm厚褥垫层。材料为1～3cm碎石、中粗砂混合料，重量比7:3，压实度0.9。褥垫层平整度偏差不大于±50mm。褥垫层上方至施工场平部分采用分层回填碾压处理，分层铺填厚度300mm，各层压实系数需要达到0.93。处理后要求单桩承载力特征值达到120KN，复合地基承载力达到80KPa。

计算过程：

（1）单桩承载力特征值：

其中：Ra：单桩竖向承载力标准值；

：桩的截面积；

：桩周第i层土的侧阻力特征值；

：桩的周长；

：桩长范围内第i层土的厚度；

：桩端地基土未经修正的承载力特征值；

α：桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6，承载力高时取低值。

经现场实际勘察，淤泥顶面近似标高0.0m，1.5～0m为回填土，不提供承载力，桩长14m，嵌入粉质粘土层深度不小于1.5m，淤泥近似厚度11m。淤泥层地基承载力特征值fak=30kPa，桩的极限侧阻力标准值qsik=5kPa；粉质粘土层地基承载力特征值fak=130kPa，桩的极限侧阻力标准值qsik=25kPa。

Ra=3.14*0.55*（5*11+25*1.5）+0.4*130*3.14*0.275*0.275=172.1KN

（2）复合地基承载力特征值：

其中：：复合地基承载力特征值（KPa）；

m：面积置换率；

：桩的截面积（m）；

：单桩竖向承载力特征值（KPa）；

β：桩间土承载力折减系数；

：处理后桩间土承载力特征值（KPa）。

等边三角形布点，桩间距1.8m，桩径0.55m，计算面积置换率m=0.085。

=0.085*172.1/（3.14*0.275*0.275）+0.9*0.915*30=86.3KPa

计算值满足设计要求。

2、搅拌桩现场施工

（1）搅拌桩施工工序

①挖土换填

由于顶部回填土层经过强夯处理，密实度较高，而且局部含有大块石，影响钻进效率，故对回填土采用换填工艺。挖至淤泥层顶面，并换填至1.5米。换填料现场筛土，将细料回填，块石筛除，选用粒径不大于100mm的渣石回填。

②放线定位

根据测量基准点，正确引进高程和放线基准点，使用GPS按施工图纸准确测放桩位，并埋设明显桩点标志，标记要足够长，防止碾压位移，同时在桩点撒白灰和编号，以有效提醒施工人员注意保护。

③桩机就位

由当机班长统一指挥桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物应及时清除，将搅拌桩机搅拌桩头中心位置在已标定桩位中心点处对中，以此定位搅拌桩机，移动结束后检查定位情况并及时纠正。保证桩机平稳、周正，并用经纬仪、水平尺、线锤等进行观测，以确保钻机的垂直度，定位偏差控制在50mm以内，垂直度<1%。

④制备水泥浆

在施工现场搭建拌浆施工平台，平台附近搭建水泥堆放台，搅拌桩机就位后，

开始拌制水泥浆，搅拌完成后倒入集料斗中。水泥浆液的水灰比按0.5～0.6控制，掺入占水泥重量2%的石膏。按水灰比计算需加水体积，并根据该体积，在搅拌罐内壁画设标记，以便控制每次加水的方量。

⑤下沉搅拌

搅拌桩机运转正常后，启动电动机，开动灰浆泵，使搅拌头自上而下切土搅拌、喷浆下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高。

⑥提升、喷浆、搅拌

搅拌桩机下沉到设计深度后，首先在桩底部喷浆搅拌30秒，使水泥浆与桩端土充分搅拌，然后边喷浆、边搅拌、边提升搅拌头，使水泥浆和原地基土充分拌和，直至设计标高。

⑦重复下沉搅拌

采用四搅四喷工艺，复搅搅拌下沉及提升时喷射水泥浆液。

⑧搅拌提升

最后一次复搅时，边搅拌边提升至设计标高后，关闭搅拌桩机，完成一根桩的施工。

⑨桩机移位

移动搅拌桩机至新的桩位，重复③～⑧步骤，进行下一根桩施工。

搅拌桩施工工艺流程图

（2）施工质量控制要点

①全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。对所有施工机械进行编号，将现场负责人、技术员、钻机长、水泥搅拌桩桩长等内容制成标牌悬挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。

②进场水泥具有出厂合格证，并经检测合格后投入使用。入库的水泥按出厂日期分别堆放，并做好标识，做到先到先用，防止积压。

③水泥防潮防结块处理措施具体为：水泥四周搭设防雨棚，在底部做好

500mm厚防潮层，并在外部挖好排水沟。

④水泥搅拌桩开钻之前，用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后开动灰浆泵喷浆下钻。

⑤为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻时在桩底部喷浆搅拌30秒，使水泥浆与桩端土充分搅拌，然后边喷浆、边搅拌边提升搅拌头，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位停留30秒左右，使水泥浆与桩端土充分搅拌。

⑥施工时严格控制喷浆时间和停浆时间，每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆量不小于一根桩的用量。若储浆量小于一根桩的用量，及时补充浆液后再进行下一根桩的施工。

⑦施工中发现喷浆量不足时，进行整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障等原因喷浆中断时，及时记录。中断在24小时内的采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内，补喷重叠段应大于500cm；超过24小时的采取注浆加固措施、补桩措施等进行补救。

⑧中途停止输浆3小时以上的，浆液作废，同时排出全部水泥浆并清洗管路，以避免水泥浆凝固堵塞整个输浆管。

⑨施工记录详尽完善，深度记录误差小于50mm，时间记录误差小于10秒钟。施工中发生的问题和处理情况如实记录，以便汇总分析。

⑩对每根成型的搅拌桩质量检查重点是桩位、钻机垂直度、水灰比、水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升速度、钻机转速等。对于水泥搅拌桩相关参数的具体控制方法：

A、桩位：

采用校核后的仪器精确测放；

桩位标记点醒目、并做好保护。

B、垂直度：

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；

利用经纬仪、水平尺等进行校核。

C、水泥浆搅拌：

在水泥浆罐的罐壁上用稍大的铁块或螺丝帽焊接出每包水泥用水面的准确位置。因为水灰比确定的情况下，每拌制1包水泥所需的用水量是个定值，所以这样就可以避免水泥浆配合比不准确的情况；

储浆罐容量必须至少满足两根桩的水泥浆用量，罐内同样做好每根桩水泥用量标记，既保证了单桩水泥用量的计量，同时也不会影响施工对水泥浆供应的要求。

D、注浆压力：

采用标定合格的压力表；

保持注浆泵出口处压力为0.5MPa左右，并保证搅拌桩机提升速度与喷浆速度同步。

E、转速及提升速度：

控制提升速度在1m/min以内；

根据地层变化情况随时调整钻进速度。

F、桩头处理：

破桩头在桩体强度达到75%以上之后进行；

桩身水泥土已有一定强度，若采用机械开挖，容易碰撞损坏桩顶，因此采用人工破桩头，以保护桩体质量。

（3）施工后检测

成桩15天后对状体进行浅部开挖，目测成桩数量、桩径、桩体质量等。成桩28天后随机抽取66个单桩承载力检测点及66个复合地基承载力检测点，检测比例0.5%。经检测，单桩承载力检测加载至240KN，最大累计沉降量为21.29mm，判定单桩承载力特征值满足120KN；复合地基承载力检测加载至160KPa，最大累计沉降量为24.90mm，判定复合地基承载力特征值满足80KPa。

四、施工总结

经过实际工程检验，水泥土搅拌桩是提高厚层饱和淤泥承载力的有效途径。通过水泥土搅拌桩复合地基，可以有效的防止基础的不均匀沉降。同时，咬合搅拌桩可形成止水帷幕，防止基坑涌水、淤泥涌动，可以有效的保证边坡稳定。

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