姜帆
中国港湾工程有限责任公司 中国 北京 100027
摘要: 水泥搅拌桩在铁路软基处理中有着广泛的应用，该技术在处理淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基方面应用广泛，具有工期快、效果好、成本相对低等特点。本文以马来西亚铁路工程水泥搅拌桩软土地基处理为实例，浅析了水泥搅拌桩的施工参数确定、现场施工工艺及重点控制措施，为类似地质的工程应用提供参考依据。
1 引言
水泥搅拌桩是较为成熟的地基处理施工技术，其机理是以水泥作为固化剂，通过特制搅拌桩基在钻进过程中将水泥喷入地基，使固化剂与软土泥浆发生物化反应，固化硬结形成水稳性桩体，从而提高地基强度与承载能力。水泥搅拌桩施工技术具有工期短，费用相对较低，施工过程振动小，对周边扰动小等特点，同时又能够有效提高地基承载力，减少地基沉降。
近年来，马来西亚的轨道交通项目建设发展迅速，建设规模史无前例。而马来西亚属于热带海洋性气候，全年雨量充沛，西马半岛年平均降雨量为2000-2500毫米，每年11月至次年2月为雨季，导致沿海部分地区常年浸泡在水中，形成厚度10-20米的软泥基础，给铁路项目地基处理工作带来挑战。目前马来西亚水泥搅拌桩施工技术应用相对较少，以当地工程实例充分探讨水泥搅拌桩施工工艺具有积极的现实意义。
2 工程概况
马来西亚某铁路工程项目，部分线路穿越沿海软土地区，主要分布在丘间谷地、河流阶地、沿海漫滩等地势低洼的区域，成因以沟谷相与河流相软土为主，软土主要特征为厚度分布不均，软土基底起伏较大，工程力学性质较差，受降雨影响较大，对路堤稳定性与沉降影响较大。根据该项目地勘资料，在软土地基区段，在表面几米深的素填土与腐殖土下，埋有平均15-20米深的软泥基础，以淤泥质粉质粘土为主要表现形态（图1）。考虑到该项目地质特点，较为适合采用水泥搅拌桩施工技术提高地基承载力并减少沉降。
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图1. 项目部分线路典型地质条件
3 施工参数的确定
为了确定配合比、水灰比等技术参数，为水泥搅拌桩的设计提供参考依据，在施工开始之前要进行室内实验，并在现场进行工艺性试桩。
3.1 室内实验
试样采用距地表 5~7m 深的黏土，天然含水率36%，天然密度 1.863 g/cm3，水灰比选定为 0.5，水泥掺量按 12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%的比例进行试拌成型。对于 0~3m 表层腐殖土，天然含水率 46.2%，天然密度 1.706 g/cm3，水灰比选定为 0.5，水泥掺量按 26%、28%、30%、40%、42%、44%、46%的水泥掺量进行试拌成型。
每一批试件通过机械搅拌一次成型，在装模前，清洗试模，并在内测涂抹脱模剂，然后注入搅拌混合后的固化土。通过人工震击的方法密实试件，用抹刀将成型试样表面刮平，并对试样进行编号。之后将试样放置于温度 20±2℃、相对湿度≮95％的环境中进行24小时至48小时的养护后拆模，拆出的试样在标准养护箱内养护 7 天后，转至在室温20±2℃的条件下浸水养护。
试件养护到规定龄期之后，开始进行抗压强度试验。试验前应擦干试样 表面的水分，验证试样的完整性，并量出试样的实际尺寸，称量试样的质量，选择合适的压力机以（0.03?0.15) kN/s的速率均匀地对试件加荷载，并记录破坏荷载，数据应精确至 0.01kN。最后对每孔的试件强度进行汇总，按照满足设计要求和节约成本的原则，选出合适的水泥掺配比例。
3.2 工艺性试桩
根据实验确定的水泥参配比例，在试验段路基坡脚外侧分别以正三角形和正方形布置（图2）进行工艺性试桩，从而验证配比参数，确定施工工艺。在试桩试验段范围内施工10根水泥搅拌桩，桩长 11m，桩径0.5m，间距1m。
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图2. 试桩桩位布置图
现场试桩具体方案有下述三种： 采用“四搅两喷”的方式试桩 3 根，正三角形布置，选取22%水泥掺量的配比做试桩；采用“四搅两喷”的方式试桩3根，正三角形布置，选取 24%水泥掺量的配比做试桩； 采用“二搅一喷”的方式试桩4根，正方形布置，选取26%水泥掺量的配比做试桩。
根据试桩过程和结果，可以达到以下目的：检验室内试验所确定的配合比、水灰比是否合适；验证四搅两喷、两搅一喷工艺对地质适用情况；掌握搅拌机下钻、提升的速度及困难程度；确定水泥浆渗入到软土层的速率；检验施工设备性能及选定的施工工艺适用性；根据不同水泥掺入比确定技术参数；根据单桩成孔时间推算整体工期进度安排。
4施工工艺
水泥搅拌桩的施工主要分为施工准备和成桩施工两个阶段。
4.1 施工准备
1. 施工场地准备
项目的水泥搅拌桩施工场地位于软土地基区域，多为淤泥漫滩，其地表杂草丛生，为了方便施工作业，需要对现场进行清除表面杂土并回填夯实。为了确保人员设备进场，需要修筑进场便道，同时修筑排水边沟和沉淀池确保场地不积水。
2. 设备人员准备
良好的机械设备和熟练的操作工人是顺利施工的保障。在机械设备进场前，必须进行检查，专业检测满足要求后方可进场。对于试桩机械配备的电流表、流量计和深度计，在现场安装时，需要由马来西亚当地标定部门现场检验标定。人员方面，主要包括管理人员、测量人员、水泥工人、机械操作手、机械维修工人，全部人员必须经过专业技术培训，考核通过后持证上岗。
3. 材料准备
结合项目设计的要求，施工过程中使用的主要原料为42.5 粉煤灰散装水泥。水泥需要按规范保存，并对取样进行检测，合格后方可使用。施工用水采用项目拌合站混凝土用水，用洒水车将水运至现场,现场配置储水罐。
4.2 成桩施工
通过试桩，确定桩体施工阶段使用的主要工艺，本文以“四搅两喷”的工艺（图3）介绍水泥搅拌桩施工工序（图4）。
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图3. “四搅两喷”施工工艺
1. 测量放样，桩机定位
根据图纸对路基坡角进行测量放线，确定桩位并将打桩机移至桩位，使钻头中心对准设计桩位。桩机就位后使用吊锤检查钻杆垂直度，确保偏差小于1%。
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图4. 水泥搅拌桩施工工序
2. 切土下沉
启动搅拌机，放松起重机钢丝绳，通过导向架使搅拌机切土下沉。两组叶片分别以顺时针和逆时针的方向旋转，切割搅拌土体，同时开始喷浆，直至达到设计桩长，下沉速度控制在0.8至1.2m每分钟。
3. 制备水泥浆
根据设计参数拌制水泥浆，并对水泥浆比重和稠度进行检测。每桶每次搅拌时间应至少大于2分钟，水灰比控制在0.50，压浆时倾入集料斗中。
4. 提升喷浆搅拌
当达到设计桩长之后，操作设备提升钻头，一边提升搅拌，一边自下而上喷浆，直到升至桩顶。钻头升至桩顶后再次下钻搅拌，至设计深度后，提升钻头，一边提升搅拌，一边自下而上喷浆。钻头在下沉、提升和复搅拌时要严格按照试桩确定的速度进行操作。
5. 桩顶处理
待重复搅拌提升到近桩体顶部时，自地面以下1m时，需要采用慢速喷浆搅拌提升出地面，以保证桩头施工质量。当到达出口后原位喷浆搅拌30s，停浆面要高于桩顶设计标高0.3~0.5m。
6. 施工记录及移位
每完成一根桩“四搅两喷”工序后，都要填写施工记录，将一个流程的设备施工参数和材料使用情况记录在案。之后将搅拌桩机移至下一个施工桩位，重复以上步骤进行施工。
5 总结
水泥搅拌桩作为铁路软基处理的有效手段之一，可以广泛应用于降雨量大，深软地基多的马来西亚沿海地区，其施工工艺及质量控制直接影响施工完成后的承载力提升和沉降控制效果。在施工过程中，首先应根据室内试验和工艺性试桩做好施工参数的选取。成桩过程中，要严格按照确定的参数进行施工，合理选择施工材料，控制成桩过程中的桩位、桩长和垂直度，确保经过处理后的地基质量可控。
参考文献
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