李晓东
（中交路桥华北工程有限公司，北京 100000）
1 概述
市政道路作为城市交通重要组成部分，不仅是城市交通的重要组成部分，更作为一种特殊的景观向人们展示城市的风采，因此市政道路的施工质量与道路体现的人文关怀会直接影响到城市形象[1]。软土地基是城市道路常见通病之一，也是导致路基不均匀下沉，引起路面开裂的重要原因之一，其处理的结果将直接影响路基施工质量。水泥搅拌桩是利用固化剂与原土体进行化学反应，使软土地基硬结，从而达到加固软土地基的效果[2]。本文结合福建省琅岐市政EPC 项目实际情况，旨在探究多向水泥搅拌桩在沿海地区软土地基应用的施工条件，在保证成桩质量的同时寻求经济效益的最大化，为沿海地区多向水泥搅拌桩施工提供一定的实践基础。
2 主要创新点
2.1 使用江苏建固发明的多向水泥搅拌桩钻头，通过增加多组搅拌叶片、伸缩叶片，促使水泥浆由内向外横向均匀搅拌，满足变径、地基承载力等施工技术要求，保证多向水泥搅拌桩成桩质量。
图1 多向水泥搅拌桩施工原理图
2.2 通过试验室水灰比配置测定“水灰比-泥浆比重”曲线，通过自动计重称量设备保证水泥掺量准确，通过泥浆比重计测定泥浆比重，保证泥浆“水灰比”准确。
2.3 通过控制变量法进行分析，对水泥掺入量、水灰比进行梯度试验，确定福州琅岐沿海地区水泥搅拌桩施工最佳施工条件，在确保水泥桩满足设计加固要求的同时避免不必要的经济浪费，为沿海地区类似施工提供一定的实践基础。
3 依托项目工程简介
福州琅岐市政EPC 项目共有市政道路两条，其中管委会东侧道路为城市支路，全长328.268m，修建宽度为18m，小康路为城市次干路，全长1872.601m，修建宽度为30m。现场道路地质主要以人工填土、淤泥夹沙、泥质中砂为主，其中淤泥及泥质中砂土层较厚，分别为3.6-25.2m、8.3m。针对以上软基问题，本工程拟采用多向水泥搅拌桩进行加固，使路基在施工及使用期内不发生局部及整体破坏。
福州琅岐市政EPC 项目软基处理范围共6 万m2，小康路拟采用25m 多向水泥搅拌桩进行加固，管委会东侧道路拟采用22m 多向水泥搅拌桩进行加固。搅拌桩分为上下两部分，上部桩身长度为4m，直径为1.2m，其余部分为下部桩身，桩径为0.6m。桩位布置呈正三角形，采用42.5 普通硅酸盐水泥作为固化剂。
4 施工原理
4.1 多向水泥搅拌桩施工原理
软土地基主要成因是软土含水率较高、土壤孔隙度较大，水泥搅拌桩是利用水泥浆作为固化剂，通过水泥浆水化反应产物与软土发生硬凝反应、团粒化作用，从而达到改善土壤物理特性，降低软土塑性指数的效果。水泥搅拌桩使用搅拌钻向下钻进，通过压力喷浆，将水泥浆射入土体，再通过搅拌叶搅拌，使水泥浆沿桩身横向扩散，促进桩身横向分布均匀[3]。
4.2 本项目多向水泥搅拌桩的施工优势
多向水泥搅拌桩相对于普通水泥搅拌桩优势：普通水泥搅拌桩搅拌方向单一，钻进效果效果较长，桩长受限，部分水泥泥浆射入土壤后未进行充分搅拌，导致形成水泥块，未与土壤结合，成桩后桩身多呈千层饼状，承载力较低，工后沉降大；多向水泥搅拌装通过横、纵多个搅拌叶片，保证水泥浆由内向外横向均匀分布，实现搅拌桩桩头冒浆量较少，确保水泥搅拌桩成桩质量较优。且多向水泥搅拌桩施工较均匀，可优化水泥搅拌桩施工工艺，降低重复搅拌次数，缩短工期，可为施工单位节约成本。
本项目采用江苏建固发明的自反力多向水泥搅拌桩钻具，钻具通过增加动力头及纵向分布叶片，使钻具在普通单电机水泥搅拌桩机使用即可实现多向水泥搅拌装施工，安装快捷，安全系数较高[4]。
5 施工工艺
5.1 施工工艺的选择
施工前，项目部组织技术人员对水泥搅拌桩的相关施工经验进行讨论，结合现场地质复核报告以及设计文件，确定采用多向水泥搅拌桩加固方式，根据沿海地区水泥搅拌桩的施工经验，确定钻机钻进速度为0.5-0.8m/min，提升速度为0.8-1.0m/min，钻头钻速为70r/min，额定电流≤40A。
5.2 水灰比、水泥参入量设计
为保证桩基施工质量满足设计要求，寻求经济效益的最大化，项目部选取9 根桩水泥搅拌桩作为试桩，通过控制变量法对水灰比、水泥掺入量进行配比，具体设计如表1 所示。
表1 水灰比、水泥参入量设计
5.3 施工技术要求
5.3.1 多向水泥搅拌桩施工流程如图2 所示。
图2 多向水泥搅拌桩施工流程示意图
5.3.2 多向水泥搅拌桩施工质量控制要点[5]
5.3.2.1 钻杆导向架的垂直度应不大于L/150，L 为导向架长度。
图3 多向水泥搅拌桩施工示意图
5.3.2.2 钻杆长度应大于设计桩长不得小于2m，且钻杆长度应与钻杆表盘相对应。
5.3.2.3 水泥搅拌桩钻机与后台连接管长度不应大于60m。
5.3.2.4 水泥搅拌桩喷浆压力应大于0.6Mpa，小于0.8Mpa。
5.3.2.5 钻杆下沉至桩底，应继续喷浆30s，以保证底部水泥搅拌桩成桩质量。
5.3.2.6 钻杆提升时，应改变钻杆为顺时针旋转，确保水泥与土搅拌均匀，提升至上部桩径4m 位置，钻机应打开伸缩刀头，确保上部桩径满足设计要求。
5.4 水泥搅拌桩的检测
5.4.1 成桩28d 后对水泥搅拌桩进行检测，桩检由第三方进行检测并出具报告。
5.4.2 载荷试验：成桩28d 后，应对水泥搅拌桩进行载荷试验，且桩身强度必须满足试验荷载条件。主要的检测项目为：复合地基载荷试验及单桩载荷试验。要求复合地基承载力特征值不小于120kPa、搅拌桩在最大荷载作用下的桩顶沉降均应小于40mm。
5.4.3 抗压强度检验：成桩28d后，采用取样器钻心取样，对水泥土抗压强度进行检验。要求桩体无侧限抗压强度不低于1.0MPa。
6 桩检结果
6.1 桩身强度检测结果
桩身强度检测结果如表2 所示。
表2 抗压强度代表值结果（MPa）
且受检测的9 根桩中仅J9979 号桩为2 类桩，其余均为Ⅰ类桩。
试验结果表明，当水泥掺入量为16%时，桩J9979 抗压强度不符合设计要求。水泥掺量为18%、20%时，各桩桩身无侧限抗压强度均满足设计要求，即≥1.0MPa。
6.2 单桩复合地基载荷试验结果
单桩复合地基载荷试验结果如表3 所示。
表3 最大试验荷载下桩顶沉降（mm）
试验结果表明，各桩在最大压力荷载下桩顶沉降均≤40mm，均满足设计要求；当水泥掺量为18%时，各桩桩顶沉降量均小于其余两组；当水灰比为0.55时，各桩桩顶的沉降量均小于其余两组。
6.3 单桩复合地基承载力试验结果
单桩复合地基承载力试验结果如表4 所示。
表4 复合地基承载力特征值（kPa）
试验结果表明，当水泥掺量为16%时，J10037、J9979 的单桩复合地基承载力值未符合设计要求；当水泥参量为18%、20%时，各桩单桩复合地基承载力符合设计要求；当水灰比为0.55 时，搅拌 桩复合地基承载力值均大于其余两组。
7 结果讨论
7.1 桩身无侧限抗压强度是评定水泥搅拌桩静力学特性的重要指标之一。无侧限抗压强度主要取决于水泥参量。通常水泥搅拌桩的水泥掺量不应小于12%，通过水泥浆与原土体产生水泥水化反应，改变原土体的颗粒结构，从而达到改善土体结构。王任杰[6]（2021）曾研究表明，当水泥掺入量较小时，土体与水泥固化反应的产污较少，硬结反应较弱，抗压强度值在凝期内增长较慢；随着水泥掺入量增大，水泥土的抗压强度逐渐提高，当达到水泥掺入量峰值后，水泥土强度增长变缓，且造成不必要的经济浪费。本试验研究表明，当水泥掺入量达18%时，桩身无侧限抗压强度已达设计要求，且当水灰比为0.55 时，桩身无侧限抗压强度为最大值。
7.2 复合地基承载力值、最大试验荷载下桩顶沉降值可直接反映地基加固的完成效果。当复合地基承载力较大、桩顶沉降量较小时，表明地基加固效果较好，后期不易发生不均匀沉降。Jiang Y[7]曾研究表明，水泥搅拌桩在28d 凝期前主要通过水泥水化反应与原土体生成的胶装物质填充土体孔隙来提高水泥搅拌桩的抗压强度，28 天后主要通过硬凝反应与团粒化作用提高搅拌桩抗压强度，且当水泥掺量大于12%时，水泥搅拌桩可有效改善软土地基的抗压强度。本试验研究表明，当水泥掺入量达18%时，单桩复合地基承载力值、最大荷载桩顶沉降量均满足设计要求，且当水灰比为0.55 时，水泥搅拌桩的加固效果最优。本试验与前人的研究结果基本一致。
8 结论
本研究通过在沿海地区应用多向水泥搅拌桩，克服了单轴搅拌桩“千层饼状”的通病，减少了桩头冒浆现象，取得了较好加固效果，为同类地区多向水泥搅拌桩施工提供了实践基础。且沿海地区深层水泥搅拌桩施工条件为：水泥搅拌桩水泥掺量为18%，水灰比为0.55，钻进速度为0.5-0.8m/min，提升速度为0.8-1.0m/min，喷浆压力为0.6-0.8Mpa，钻头钻速为70r/min，额定电流应≤40A。
