搅拌桩当前的质量问题和解决方法

百科 2024-11-07 00:00 福建

最近有朋友碰到水泥土搅拌桩成桩质量不合格问题，找到浙江理工大学何开胜教授参与编写的《深基础工程特殊技术问题》，分享给大家。该书编写于2004年，文中部分内容规范已更新，至今仍具有相当的参考价值。

一、搅拌桩施工质量问题及其产生原因

1、当前搅拌桩的成桩质量问题

一般认为，含水量高的软土中水泥土桩体强度较低；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。故依据搅拌桩规范，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块，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 90d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90d时试块强度，符合要求后才进行搅拌桩施工。所以，工程出问题，并不一定是土质原因。

从国内事故工程中的搅拌桩桩身钻孔取芯结果可以看出，这些桩身普遍存在严重的水泥富集块，小则1~5cm，大则在桩轴处形成一条水泥芯柱其余地方则很少有水泥浆。同时也有偷工减料以及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。

2、搅拌桩产生质量问题的原因

归纳国内搅拌桩普遍存在的水泥土搅拌不均、桩身不连续现象，并导致过低的桩身强度，主要原因有以下三个方面：

(1)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。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也多为个体施工，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。目前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3~4m。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也能顺利通过质量检测关。

对于施工机械和工艺来说，施工中突出的问题有：

(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两种形式，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，准确说仅其上部3~5m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1/3荷载，其下桩身轴力迅速减小，所以在通常 200kPa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，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，其中原因绝大部分多不是出在设计方面而是出在施工质量上。

二、搅拌桩质量问题的解决办法

针对前述产生搅拌桩施工质量问题的原因，应从如下几个方面加以改进。

1、尽快修订完善水泥土搅拌桩规范，特别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。搅拌桩水泥土则须区分两种情况：(1)搅拌均匀的水泥土，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整体贯入，阻力增加。

这种搅拌不均匀的桩，其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，必须从各方面进行综合判断。

标贯击数，因是原位测试，受取样扰动影响较小，如桩身搅拌均匀，则其击数基本上反映了水泥土强度的高低。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，而不是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来说，其结果可作为标贯试验的有效补充。

水泥土桩身质量检测应以现场取芯观察、标准贯入试验为主，以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。为了防止后期水泥土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10d左右。从多个已有工程的检测应用看来，效果明显。

2、改进现行的施工工艺，将质量检测和施工工艺结合起来

针对前述产生搅拌桩质量问题的原因，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。使各层叶片间互成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。从而可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)严格控制喷浆提升速度，不能过大，一般应控制在0.6~0.9m/s。对三上三下的工艺，最后一次复搅提升速度为0.5m/s左右。

(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。对规范二上二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)当桩长大于 15m 时应增加一次复搅：第一次搅拌下沉，喷浆提升；第二次搅拌下沉，喷浆提升；第三次搅拌下沉，搅拌提升(即三上三下工艺)当桩长小于15m时，如工艺试桩时经各种改进后仍发现身搅拌不均，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。

(8)当桩长大于15m时应将搅拌电机功率由37kW提高到55kW，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。因为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。

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。成桩 10d后，跟踪进行取芯观察、标贯试验和芯样无侧限试验，找出水泥土搅拌不均和强度不足的部位，再根据地质报告、标贯击数、芯样和电流值，调整桩身水泥配比，使桩身各段的强度都均匀连续地与桩身应力分布大致协调。取芯位置可选在距桩中心 1/3半径处。

3、加强现场质量管理

可采用桩身浆液流量自动监测仪、严格控制水灰比、施工时采取旁站监督等措施，来加强现场质量管理。

三、小结

1、当前水泥土搅拌桩普遍存在现场成桩质量问题，甚至已引起部分业主和建设主管部门的禁用。引起质量问题的原因有搅拌桩规范检测方法严重滞后、成桩工艺不合理、施工管理混乱等三个方面。

2、要解决目前搅拌桩成桩质量中的问题，需尽快修订完善水泥土搅拌桩规范，特别是对桩身全长的质量检测方法；要改进现行的施工工艺，将质量检测和施工工艺结合起来；要加强现场的质量管理等。

参考文献：

1、《深基础工程特殊技术问题》(2004年版) 史佩栋等著

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkxMjY5MjQ2MA==&mid=2247486852&idx=2&sn=77601aa3d052ad948e7f03560726d7d1

土木风雨

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