水泥土搅拌桩法
第一节 概述
水泥土搅拌桩是一种用于加固饱和粘土地基的常用软基处理技术，他将水泥作为固化剂与软土在
地基深处强制搅拌，由固化剂和软土产生一系列物理化学反应，使软土硬结成一定强度的水泥加固体，从而提高地基土承载力和增大变形模量。水泥土搅拌桩从施工工艺上可分为湿法和干法两种。
一、湿法
湿法常称为浆喷搅拌法，将一定配比的水泥浆注人土中搅拌成桩，国内于1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院研制，1978年生产出第一台深层搅拌机，并于1980年在上海宝山钢铁总厂软基加固中获得成功。该工艺利用水泥浆作固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在加固深度内就地将软土和水泥浆充分拌和，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥土的一种地基处理方法。
二、干法
干法常称为粉喷搅拌法，于1974年日本研制出另一类粉体搅拌桩即DJM法，自1983年铁四院应用该技术首先成功地用于铁路涵洞软土地基加固以来，经过多年的试验、研究和工程实践，国内粉体喷搅法已在港口、石油化工、市政和工业与民用建筑工程中得到大量应用，并取得了良好的技术经济效果。该工艺利用压缩空气通过固化材料供给机的特殊装置，携带着粉体固化材料，经过高压软管和搅拌轴输送到搅拌叶片的喷嘴喷出，借助搅拌叶片旋转，在叶片的背面产生空隙，安装在叶片背面的喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一起喷出，喷出的混合气体在空隙中压力急剧降低，促使固化材料就地粘附在旋转产生空隙的土中，旋转到半周，另一搅拌叶片把土与粉体固化材料搅拌混合在一起，与此同时，这只叶片背后的喷嘴将混合气体喷出，这样周而复始地搅拌、喷射、提升，与固化材料分离后的空气传递到搅拌轴的周围，上升到地面释放。
粉体喷射搅拌法(DJM工法)是深层搅拌加固技术的一种。1967年瑞典BPA公司的Kjeld Paus先生提出了一种采用生石灰粉与原位软粘土搅拌形成石灰桩的软土加固法，即\"石灰桩法\"(Lime Columns Method)，它标志着粉体喷射搅拌技术的问世。1971年瑞典的Linden-Alimat公司根据 Kjeld Paus 的研究成果，在现场用生石灰和软土搅拌制做了石灰桩，进行了第一次现场试验，1974年正式取得专利并进入工程实用阶段，开创了粉喷技术的新时代。
日本在1967年由运输部港湾技术研究所开始研究石灰搅拌施工机械，1974年开始在软土地基加固工程中应用，且在施工技术上超越瑞典。研制了两种施工机械，形成两种施工方法，一类是使用颗粒状生石灰的深层石灰搅拌法，即DLM法(Deep Lime Mixing工法)；另一类是喷射搅拌的粉体，且不限于石灰粉末，可使用水泥粉之类干燥的加固材料，称之为粉体喷射搅拌法，即DJM(Dry Jet Miximg工法)。
由于使用的固化剂为干燥雾状粉体，不再向地基土中注入附加水份，它能充分吸收软土中的水，对含水量高的软土加固效果尤为显著，较其他加固方法输入的固化剂要少得多，不会出现地表隆起现象。同时，水泥粉等粉体加固料是通过专用设备，用压缩空气将粉体喷入地基土中，再通过机械的强制性搅拌将其与软土充分混合，使软土硬结，形成具有整体性较强、水稳性较好、有一定强度的桩体，起到加固地基的作用。这种地基处理方法在施工过程中无振动、无污染，对周围环境无不良影响，近二十年来，在国外得到了广泛应用。
1983年，铁道部第四勘察设计院引进这项技术，进行了设备研制和生产实践，1984年在广东省云浮硫铁矿铁路专用线上的软土地基加固工程中率先使用，后来相继在武昌、连云港等用于下水道沟槽挡土墙和铁路涵洞软基加固，均获得良好效果。
实践证明，喷粉桩是一种具有很大推广价值的软土地基加固技术，这一技术已广泛应用于铁路、市政工程、工业民用建筑等的地基础处理中。然而由于喷粉桩复合地基施工质量不易控制，近年来出现事故较多，上海、天津等地相继暂停该项技术在工民建地基处理中的应用。粉体喷搅法加固软弱土层中，其设计理论、施工控制技术一直存在争论，在使用时需加强过程控制。
三、两种方法的差别
干法和湿法相比较，具有如下特点：
1、使用的干燥状态的固化材料可以吸收软土地基中的水分，对加固含水量高的软土、极软土以及泥炭化土地基效果更为显著。
2、固化材料全面地被喷射到靠搅拌叶片旋转过程中产生的空隙中，同时又靠土的水分把它粘附到空隙内部，随着搅拌叶片的搅拌，固化剂均匀地分布在土中，不会产生不均匀散乱现象，有利于提高地基土的加固强度。
3、与浆喷深层搅拌或高压旋喷相比，输入地基土中的固化材料要少得多，无浆液排出，地面无拱起现象。同时固化材料是干燥状态的0.5mm以下的粉状体，如水泥、生石灰、消石灰等，材料来源广泛，并可使用两种以上的混合材料。因此，对地基土加固适应性强，不同的土质要求都可以找出与之相适应的固化材料，其适应的工程对象较广。
4、固化材料从施工现场的供给机的贮仓一直到喷入地基土中，成为连贯的密闭系统，中途不会发生粉尘外溢、污染环境的现象。
5、湿法水泥配比较直观，材料的量化较容易，有利于质量控制。
第二节 原理
深层搅拌桩多用于软土层较厚的地基加固处理工程中，其基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，可通过专用机械设备将固化剂灌入需处理的软土地层内，并在灌注过程中上下搅拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反应，生成水泥水化物并形成凝胶体，将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体，这就是水泥骨架作用，同时，水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子进行离子交换作用，生成稳定的钙离子，从而进一步提高土体的强度，达到提高其复合地基承载力的目的。深层搅拌桩按固化剂的不同分为水泥系与石灰系，按灌注的是浆液还是粉体也可分为湿法与干法。以水泥作固化剂，配石膏、粉煤灰、木质素磺酸钙等为外掺剂的深层水泥搅拌桩是深层软土地基工程中常用的桩基形式之一。
一、加固机理
水泥土的强度机理主要有两个方面的作用，首先是水泥的骨架作用，水泥与饱和软粘土搅拌后，发生水泥的水解和水化反应，生成水泥水化物，形成凝胶体-氢氧化钙，将土颗粒或小土团凝结在一起，形成一种稳定的结构整体。其次是离子交换作用，水泥在水化过程中，生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子(或钾离子)进行离子交换，生成稳定的钙离子，从而提高土体的强度。 国内外大量的试验及研究表明，水泥与软土拌合后，将发生如下的物理化学反应： 1．水泥的水解水化反应
减少了软土中的含水量，增加土粒间的粘结，水泥与土拌合后，水泥中的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙以及铁铝四钙等矿物与土中水发生水解反应，在水中形成各种硅、铁、铝质的水溶胶，土中的CaSO4大量吸水，水解后形成针状结晶体。
2．离子交换与团粒作用
水泥水解后，溶液中的Ca++含量增加，与土粒发生阳离子交换作用，等当量置换出K+ 、Na+，形成软土大的土团粒和水泥土的团粒结构，使水泥土的强度大为提高。
3．硬凝反应
阳离子交换后，过剩的Ca++在碱性环境中与SIO2--、AI2O3发生化学反应，形成水稳性 的结晶水化物，增大了水泥土的强度。
4．碳化反应
水泥土中的Ca(OH)2与土中或水中CO2化合生成不溶于水的CaCO3，增加了水泥土的 强度。
水泥与地基土拌合后经上述的化学反应形成坚硬桩体，同时桩间土也有少量的改善，从而构成桩与土复合地基，提高地基承载力，减少了地基的沉降。 二、水泥搅拌桩的加固土物理力学特性
根据冶金研究院、天津市勘察院、铁四院及铁三院的试验研究，水泥加固土的主要物理力学特性如下：
1．物理性质
(1)重度：由于拌人士中的固化材料与孔隙中水的重度相差不大，搅拌中还产生部分土的挤出和隆起，且固化后固化材料本身存在孔隙，因此，在饱和的软土中加固土体的重度与天然土的饱和重度很接近，试验说明固化体重度仅增加3％~5％。但在非饱和的大孔隙土中，固化体的重度将较天然土的重度增加量要大一些，见表6·2·1。此外，固化料掺合量大时，固化体重度增加幅度也大。
水泥土重度表 表6·2·1 土类 粉 砂 粘粉砂 黄 土 淤泥质砂黏土
(2)含水量：水泥加固土含水量略低于原土的含水量，约戒少3％～7％，对粉喷桩来言，干粉状水泥的加入使土的塑性状态随之变化，掺人比为7％～15％其塑性状态降低一个等级，即由流塑变为软塑，软塑变为可塑等，当掺人比大于15％时，塑性状态可以降低一至二个等级。
图6·2·1为某场地上部为粉质粘土水泥掺入比为15％时，不同含水量所做水泥容重的对比试验，图中显示容重随土的含水量的堪加而降低，大体上呈线性变化。
图6·2·1 土样含水量与水泥土容重的关系
2．水泥土力学性质
水泥加固土的抗压强度一般为300～4000kPa，比天然软土加大几十～几百倍，影响加固土的抗压强度的因素较多，与土类、含水量、水泥掺人比、养护龄期以及外掺剂等因素有关。
(1)土的种类对水泥土强度的影响
不同成因软土的水泥加固试验结果见表6·2·2。
不同成因软土的水泥加固试验结果 表6·2·2
原状土 含水量 饱和 饱和 15.5% 饱和 原状土重水泥土饱和水泥土饱和度 kN/m3 15.0 18.0 16.0 17.5 重度kN/m3 18.8 19.8 20.2 17.5 重度kN/m3 17.4 17.5 17.1 12.4 (2)水泥掺人比对水泥土qu的影响
图6·2·2为不同成因的不同类别地基土的不同水泥掺入比与水泥加固土无侧限抗压强度的关系，由图可见：qu随土的水泥掺入比的增大而增大，当掺入比小于5％时，水泥土水化反应很弱，水泥土的强度比原状土增长较小，水泥掺人比宜大于10％，地基土的不同水泥土的强度随水泥掺入比的增加速率也不同，粉土的增长速度最大，淤泥质土最小。
图6·2·2 水泥掺入比对水泥土无侧限抗压强度的影响
(3)水泥标号对水泥土的qu的影响
试验表明：水泥标号越高，水泥的早期强度增长速率越快，当水泥掺人比相同时，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧阻抗压强度提高15％～30％。根据试验结果可以用325#水泥代替现在较常用的425#水泥作为加固材料，以加大
(4)龄期的影响
根据室内试验，天津地区水泥加固土一般有以下关系： qu(7)(0.6~0.7)qu(28)(0.4~0.47)qu(90)
含水天然土的性质 孔隙液性 塑性 无水泥 标号 水泥 掺量 % 量 密度 比 指数 指数 侧土 % kN/m3 e 限名 抗压强 度kPa 滨海淤 泥 50.0 17.3 1.39 1.21 22.8 24 325 10 相 沉 积 淤泥质36.4 18.3 1.03 1.26 10.4 26 425 亚黏土 淤泥质68.4 15.6 1.80 1.71 21.8 19 425 14 黏土 河 淤泥质47.4 17.4 1.29 1.63 16.0 28 425 10 120 998 川 亚黏土 30 90 90 880 155 714 沉 淤泥质56.0 16.7 1.31 1.18 21.0 20 525 10 积 黏土 湖沼相 泥 炭 448 10.4 8.06 0.85 341 ≈0 425 25 90 1097 8 90 1096 90 1415 掺加水泥试验 龄d 水泥侧限抗压强度kPa 期 土无沉 泥炭化58.0 16.3 1.48 0.65 26.0 15 425 15 积 土 水泥用量，更有利于水泥掺入的均匀性。
qu(28)(0.7~0.75)qu(90)qu(90)(0.9~0.95)qu(180) (5)土中含水量的影响
在固化剂种类和掺人量相同的情况下，浆液喷搅时，土的天然含水量越低，加固土的强蜜就越高。图6·2·3(a)的试验条件是，水泥为土的干重度的10％，土性为冲积黏土，龄期：28天；图6·2·3(b)的试验条件是，水泥掺入量为湿土重量的10％，水泥浆的水灰比为1：1，龄期28天，图中的含水量不单纯为土的含水量，其中还包含所用水泥浆的水分，所以是总含水量与强度问的关系。
从图6·2·3中可看出，不同种类的土在相同的水泥掺入量条件下，虽然强度不等，但其强度随土中含水量增大而减小的递减率十分接近。图6·2·3(a)的结果表明，当水泥配方相同时，其强度随土样的天然含水量的降低而增大。当土样含水量在50～85％范围内变化时，含水量每降低10％，强度可提高30％～50％。由于土的种类及固化剂性质不尽相同，同时水泥掺人量也不相同。有的试
验说明，水泥掺人量比较大时，强度随含水量增大而显著减少，当掺人比为32％时，土中含水量每减少10％，强度可增加66％。对粉喷桩，土中含水量对水泥土强度的影响不同于浆液搅拌，当土中含水量过低时，水泥水化不充分，水强土强度反而降低。
图6·2·3 无侧限抗压强度与含水量的关系
(6)施工工艺的影响
水泥土体强度在其他条件相同时，还与施工工艺有关，如同一种土中．固化剂掺入量相同，采用复搅的办法可明显提高桩体强度。
在含水量很小的松散填土中，搅拌时块状土不能破碎，造成桩体松散，采用注水后上下多次预搅，即可保证桩体强度。
在粘性很大的土中，可能出现搅拌头上形成土团，随搅拌头转动，搅拌不均，复搅也不能奏效，只有改变搅拌头的形式才是有效途径。
第三节 设计计算
一、水泥土桩复合地基的承载力计算 1．单桩竖向承载力计算
单桩竖向承载力标准值可按下式计算，取其中较小值。
RkdfcukAp (6·3·1)
RkdqsUpLApqp (6·3·2)
式中 fcuk —— 与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm或50mm的立方体)
的90天龄期无侧限抗压强度平均值；
η—— 强度折减系数，可取0.3~0.5； Up—— 桩周边长； L—— 桩长；
qp—— 桩端天然地基土的承载力标准值，可按(建筑地基基础设计规范GBJ7—89)第三章第二
节的有关规定确定；
qs—— 桩周土平均容许摩阻力如表6·3·1;
—— 桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6
搅拌桩桩周土的容许摩阻力 表6·3·1 土的名称 土的状态 淤泥、泥炭 淤泥质流塑～软塑 土
式6·3·1中的加固土强度折减系数η是一个和工程经验以及拟建物性质密切相关的参数。工程经验包括施工队伍素质、施工质量、室内强度试验与实际加固强度比值以及对实际工 程处理效果等的掌握情况。拟建工程性质包括拟建工程的工程地质条件、上部结构对地基的要求以及工程的重要性
8～12 黏性土 可塑 15～18 流塑 q（ 土的名称 skPa）5～8 黏性土 土的状态 软塑 qs（kPa） 12～15 等，目前在设计中一般取η=0.35～0.50。如果施工队伍素质较好，施工质量很高，现场实际施工的搅拌桩加固强度与室内试验结果接近，以往实际工程处理效果优良，且工程地质条件筒单，工程对地基沉降要求又不高时，可取高值，反之取低值。
式6·3·2中桩端土承载力折减系数取值与施工时桩底部施工质量有关，特别是当桩端为较硬土层、桩较短时，取高值。如果桩底施工质量不好，搅拌桩没能真正支承在硬土层上，桩端地基承载力不能充分发挥，或桩较长时，取低值，目前设计中常取=0.5。
为使单柱承载力的设计合理，设计时应使桩体强度与承载力相协调，即： fcukApqsUpLApqp (6·3·3)
单桩承载力应通过现场载荷试验加以验证，或先施工试桩，据以确定单桩承载力，当桩体强度小500kPa时，单桩承较力应通过现场载荷试验确定。式（6·3·3）表明当桩长超过一定长度，控制单桩承载力的主要指标为桩体强度，所以可采取有效方法提高桩体强度来提高搅拌桩竖向承载力，如加大上部喷灰量、桩体加芯技术等。
2．复合地基承载力计算
水泥土复合地基承载力的计算，采用桩土分担荷载比的原理，按下式计算： fspmRkd/Ap(1m)fk (6·3·4) 式中 fsp——复合地基的承载力标准值；
fk—— 桩间土天然地基承载力标准值；
m —— 面积置换率；
—— 桩间土承载力折戚系数，当桩端土为软土时，可取0.5～1.0，当桩端土为硬土时，可取0.1～0.4，当不考虑桩间软土作用时，可取零。
其实，桩身强度对也有影响，例如桩端是硬土，但桩身强度很低，桩身压缩变形很大，这时桩间土可承受较大荷重，也可取大值，这样较为经济。总之，桩间土承载力折减系数的确定，是各种复合地基所遇到的一个复杂问题，上述规范提出的经验数据，在实际工程中通过原型或大荷载试验来测定是切合实际的，在重要的或规模很大的工程中应进行桩土分担比测试。
上述式中的天然地基承载力标准值的取值概念较模糊，从经济和安全角度综合考虑，建议如下取值：一般而言，任何复合地基的桩间土的承载力不低于天然地基土的承载力，从安全储备上考虑，水泥土桩的土的承载力用天然地基土的承载力替代是适宜的，如主要加固区在基底，则取该层土的承载力标准值；如在基底一定深度以下，则取加固段内该层土以上承载力的加权平均值。
二、水泥土复合地基的变形计算
水泥土复合地基的变形由复合土层的变形和桩端以下土层变形两部分组成。由于缺少系统的变形场测试资料，大多采用材料力学的推论或土力学的经验方法计算。
1、复合土层的变形计算。
群桩体的压缩变形S1可按下式计算：
(ppoz)L S1o (6·3·5)
2Eps式中 po —— 群桩体顶面处的平均压力；
poz—— 群桩体底面处的附加压力； L —— 实际桩长；
Eps —— 复合土层压缩模量；
EpsmEp(1m)Es (6·3·6) 其中 Ep—— 搅拌桩的压缩模量，可取(100～200fcuk)； Es—— 桩间土的压缩模量。
大量的搅拌桩设计计算及实测结果表明，桩体的压缩变形量仅在10～30mm之间变化。 因此，当荷载大、桩较长或桩体强度小时，取大值；反之，当荷载小、桩较短或桩身强度高时，可取小值。
2、桩端以下土层的变形计算
将复合土层看作一层土．下部为若干层土，用分层总和法计算复合土层下影响深度内各层土的变形。具体按国家标准建筑地基基础设计规范的有关规定进行计算。在深厚的超软土中，当置换率较大时，如前述，复合土体呈现深基效应，此时，按刚性桩群桩桩底沉降计算方法较为稳妥。
第四节 施工工艺
一、粉体搅拌桩(DJM法)
1.施工设备
粉喷桩施工设备国外以日本的DJM施工设备为代表，日本的粉喷机主要有五种型号，最大施工深度可达33m。国内的粉喷机以上海探矿机械厂及铁道部武汉工程机械研究所生产的GPP型和PH为代表。图6·4·1为铁道部武汉工程机械研究所生产的PH-5A型粉喷机，表 6·4·1列出了较常用机型及主要技术参数。
从上图表中可以看出，我国的粉喷桩机比较轻便，整机重量为10～15t，功率小，桩径多为500mm，最大施工深度为22m。这些粉喷机基本上均采用步履式，移位灵活；均采用转盘式，重心低，较稳定；减速机用载重汽车的变速箱，产品定型，便于更换。
图6·4·1 PH-5A型粉喷桩机
PH-5A型粉喷机性能表 表6.4.1 型号 参数 项目 地基加固深度m 成桩直径mm 转速r/mm 最大扭矩kN.m 18 40 61 90 134 18 18 40 61 90 134 18 22 18 40 61 90 134 500 500 500~700 14.5 18.0 20 灰罐容量 m3 贮气罐m3 空压机排量m3/min 主电机功率kW 37 37 45 1.6 1.6 1.6 1 1 1 1.3 1.3 1.3 PH-5A PH-5B PH-7 PH-5A PH-5B PH-7 提升速度m/min 1.96 1.32 1.96 1.32 □114×114 1.2 0.5 <0.27 1.96 1.32 .9.6.27 □120×120 1.2 0.5 <0.27 发送机电机kW 油泵电机kW 空压机电机kW 整机重量kg
1.5 1.5 1.5 .9.6.27 .9.6.27 钻杆规格□114×mm 纵向单步行程m 横向单步行程m 接地比压kgf/cm2 2.工艺流程
<0.27 0.5 114 1.2 4 13 4 13 4 13 95000 125000 130000 粉体喷射搅拌桩法的基本施工流程为：首先确认粉喷机主体的位置和搅拌轴的垂直性，然后边旋转搅拌轴，边钻进至加固深度。此时不喷射加固材料，但是为了不使喷口堵塞，需连续不断喷出压缩空气，钻进到预定加固深度后，边提升边喷射加固材料，其施工流程详见图6·4·2。
图6·4·2 施工流程示意图
3.施工技术要求
(1)施工时严格按设计图纸要求施工，注意桩顶、桩间高程控制，保证制桩质量和长度； (2)施工时应注章机械传动部位，高压部位、油路、电路经常检查，保证正常工作状态； (3)钻头人土时应采用I档转速钻进，人土认为无障碍时，根据上层软硬情况，可提高钻进速度；
(4)钻到设计高程时，应在原位旋转后变速上提，同时进行送粉做到钻杆提升时边喷粉边搅拌，边提升的连续作业法，当提到地面时，应考虑桩顶粉喷孔位置高于钻头尖20cm左右的情况； (5)施工时垂直偏差不得超过规范要求；
(6)制桩时，不允许有断粉，如发生断粉现象，必须进行补喷，补喷时重叠处的长度应≥500mm； (7)为了保证制桩质量，在桩顶高程处以下一定范围内复喷一次；
(8)钻头提升到设计桩顶高程时，关闭喷粉机送粉阀，停止送粉，并继续制桩上提，保证桩在高程处的质量，余灰及钻头至粉喷孔的灰必须制好桩，保证高程以下的桩身质量； (9)使用不低于425#的矿渣硅酸盐水泥，不得用受潮变质的同号水泥； (10)加料时应控制好材料用量，并做好记录，施工时按实际用量做好记录。
4.施工过程中的质量管理
粉喷桩施工过程中应加强质量管理，保证施工质量。
(1)水泥应符合国家规定，对受潮变质不符合设计要求过期水泥一律不准使用； (2)做好工艺桩，为工程桩提供可靠的参数； (3)控制好制桩偏差(垂直度、桩顶高程、桩长等)；
(4)对漏喷、断喷的桩必须进行补喷和复喷，复喷的重迭部分必须达到要求；
(5)严格控制制桩时粉喷机的关闭时间，保证桩顶至桩尖的质量，从而确保成桩质量； (6)做好施工记录，交接班应做好交换工作，防止脱节； (7)做好投料记录，以便计算出每报桩的制桩水泥用量；
(8)经常检查施工记录和水泥用量的情况，及粉喷桩的制桩质量；
(9)粉喷桩施工期间随时做好自检工作：各机组定期挖出一定数量的桩头，以检验水泥凝固 情况，
发现问题现场及时解决；根据开挖情况对一定数量的桩做动力触探，检验桩头强度；现场随时对喷灰量、桩长、桩径、复搅情况、施工记录抽检交流，发现异常有针对性地解决；
(10)工程桩全部完工后进行桩的质量及复合地基承载力测试，以便确定加固效果，经检测合格后才能开槽施工基础。
5、施工过程中的安全管理
安全是生产的保证，安全是落实技术措施的必要方面，只有安全了才能保证生产、技术、经济的成功。所以在工程的桩基施工中，必须常记安全生产的因素，常讲安全，常注意安全，搞好安全生产，在施工中应注意以下几方面：
(1)因该机械主要以电力为主，所以必须注意安全用电，电源进线装好配电和触电保护器，施工时应有电工专人负责；
(2)机械操作人员必须熟悉操作规程和操作程序；
(3)操作人员必须集中精力，听从指挥，不能擅自离开工作岗位，当发现问题时做好联系，及时处理；
(4)钻机移机对位时，步履下应平整，钻头应寓地面最少应有15cm。当地面有坑时，应用道木等填平后行走，确保行机的安全；
(5)因料斗罐、空气压缩机、压力表等为压力容器，操作人员一定明确了解压力容器的操作顺序，防止造成高压引起危险。当遇到高压时必须先切断空气压缩机的电源，打开排气阀和安全阀，降低压力，然后检查压力容器，管道等及时处理；
(6)机械发生故障，先切断电源，关闭空压机，打开捧气阀，放出管内水泥，确认无电无空气压力后，才能处理发生的故障；
(7)严禁高速转动和运转时挂档，严禁变速箱还未降遭时强行挂档。不能钻进时，应及时提钻，防止超负荷钻进造成设备损坏；
(8)钻进时发生卡钻应停止钻进，先提升钻秆后用慢速档试钻，仍不能钻时时，应及时提钻，防止超负荷钻进造成设备损坏；
(9)下班时应把钻机停在坚实平整的地面上或垫实的枕木上，切断电源，收好活动电缆、临时用电线，锁好电箱、料库防止意外发生；
(10)进工地必须带好安全帽，施工现场应设置施工警界。 二、水泥浆液搅拌法(CDM法) 1、施工设备
水泥浆液搅拌机国内已有多家工厂生产，结构大同小异，大体包括下列几个部分：
(1)制浆部分：包括一个灰浆搅拌机和一只集料斗、容量应和搅拌头的施工速度相配合，如SJB型搅拌机用二台200L灰浆搅拌机，集料斗不小于0.4m3，。拌浆应按水灰比定量加水和早强剂等外掺剂，集料斗斗口应加滤网，滤除大小结块。
(2)输浆部分：包括一个压浆泵、一个流量计和一条输浆管，压浆泵的泵压约1.0Mpa，泵送量应满足施工搅拌速度要求，如SJB型机为3m3/h.由于采用二次搅拌，搅拌时的提升速度又受限制，所以对泵送量的要求不高，一般往复式、挤压胶管式等压浆泵都可使用，以选用泵送量能调节的压浆泵为佳，可以便压浆量沿加固深度分布均匀，如SYB50-1型液压注浆等。
输浆导管以不超过50m长度为宜，否则易产生灰浆沉淀和堵塞导管的现象。在施工现场太大时，应布置合理的搅拌站，或设立流动灰浆制备站。
（3）机架和行走系统：SJB型搅拌机是塔架式机架，轨轮式行走系境，施工很方便，缺点是拆、卸和轨道转向都较困难。近年来，一些厂家生产的大都是桅杆式或积木式拆卸珩架式，用斜撑控制和调节垂直度，行走系统为滚动式，使用方便。由于钻杆的接卸会影响工效和质量，通常不接钻杆，机
架的高度也决定了加固深度。太高的机架不但使造价剧增，面且往往影响稳定性能，而积木拆卸珩架式的机架可以随施工的需要而接高机架，拆卸均方便。
（4）搅拌动力头：和磨盘式钻机不同，喷浆搅拌动力头通常设在钻杆顶部，借助其自重辅助搅拌头钻进。SJB型是双轴的，动力头如图6·4·3所示。这种动力头内有二台潜水电机，采用循环水冷却，SJB-30型是二台30kW电机，SJB3-40型是二台40kW电机。搅拌头是二叶式的，直径700mm，加固体截面是8字形。二根搅拌轴中间是一根输浆管，管口有一个球形阀，向下钻时球阀堵住管口；向上提时压浆使球阀离开管口，浆液压人土体进行搅拌。搅拌机总是在上提时压浆搅拌。
图6·4·3 SJB型搅拌机
单轴搅拌头由电机、变速器、钻杆和搅拌头组成，电机的功率通常在30kw左右，搅拌头一般为500mm，可扩大到650～700mm。压浆出口可布置在转轴上或转叶的中间部位，转叶通常是上、下二组二叶式的，出浆口在二组之间的转轴上，或在下转叶的中间部位，为防止出浆口堵塞，通常在下钻和上提时都压浆。
无论是双轴或单轴，压浆搅拌时搅拌头的提升速度(或下钻)是受限制的，搅拌头每转一圈，提升(或下钻)的垂直距离宜不超过1～2cm，以保证搅拌均匀。
近年来生产的搅拌机是喷粉和压浆兼用的，用喷粉设备替代制浆设备，增加计量称重系统，搅拌头基本上无需改动，就可用作喷粉设备，为防止不喷浆(粉)时出浆口堵塞，国外有的产品在出浆口设一扇门，正转时门开，反转时门闭。
2.工艺流程
水泥浆液搅拌法施工可分为如下步骤：
(1)就位对中：深层搅拌桩机移动到指定桩位、对中；
(2)预搅下沉：启动搅拌机，放松起吊钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌下沉，下沉速度由电气控制装置的电流检测表控制，工作电流不应大于额定值；
(3)制备固化剂浆液：搅拌机下沉同时，后台拌制固化剂浆液，待压浆前将浆液倒入集料斗中； (4)喷浆搅拌提升：搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，待浆液到达喷浆口，再按设计确定的提升速度边喷浆、边提升搅拌机；
(5)重复搅拌：搅拌机喷浆提升至设计顶面高程0.3～0.5m后，关闭灰浆泵，这时集料斗的浆液正好排空，为使软土和浆液搅拌均匀，再次将搅拌机下沉至设计深度后，在将深 层搅拌机提升出地面；
(6)移位：重复上述五个步骤进行下一个桩的施工。 深层搅拌法的基本施工流程详见图 6·4·4。 图6·4·4 施工流程示意图 3、施工技术要求
深层搅拌法的施工技术要求基本上和粉喷桩相同：
(1)施工时严格按设计图纸要求施工，注意桩顶、桩间高程控制，保证制桩质量和长度； (2)施工时应注意机械传动部位，高压部位、油路、电路经常检查，保证正常工作状态； (3)固化剂配比应严格按设计的配比拌制，制备的浆液不得离析、不得停置时间过长，超过3h的应降低标号使用；
(4)浆液倒人集料斗时应加筛过滤，避免浆液内结块，损坏泵体；
(5)袭送浆液前管路应保持潮湿，以利输浆，拌制的浆液数量、泵送量和搅拌机的搅拌、提升、复搅时间应有专人记录；
(6)搅拌机预搅下沉应尽量不用冲水下沉，当遇到较硬土层时，可适量冲水，但喷浆前必须将管内水排净，同时考虑冲水对桩身的影响；
(7)操机与供浆人员应密切配合，搅拌机提升的次数和速度必须符合施工工艺，供浆必须连续。因故停浆时，再喷应下沉停浆点以下0.5m喷浆，超过3h宜清洗管路。
4、施工过程中的质量管理
深层搅拌桩的施工应按国家有关规定进行质量检测。
(1)必须使用有质量检验单、有出厂日期的符合设计标号的水泥，对受潮变质、不符合设计要求过期水泥一律不准使用；
(2)做好工艺桩，为工程桩提供可靠的参数； (3)控制好制桩偏差(垂直度、柱顶高程、桩长等)；
(4)对漏喷、断喷的桩必须进行补喷和复喷，复喷的重迭部分必须达到要求； (5)严格控制制桩时的压浆时间，保证桩顶至桩尖的质量，从而确保成桩质量； (6)做好施工记录，交接班应做好交接工作，防止脱节； (7)做好投料记录，以便计算出海报桩的制桩水泥用量；
(8)经常检查施工记录和水泥用量的情况，及深层搅拌桩的制桩质量；
(9)深层搅拌桩施工期间随时做好自检工作：各机组定期挖出一定数量的桩头，以检验水泥凝固情况，发现问题现场及时解决；根据开挖情况对一定数量的桩做动力触探，检验桩头强度；现场随时对喷灰量、桩长、桩径、复搅情况、施工记录抽检交流，发现异常有针对性地解决；
(10)工程桩全部完工后进行桩的质量及复合地基承载力测试，以便确定加固效果，经检测合格后才能开槽施工基础。
(11)对施工中出现的问题应及时分析原因，提出处理办法，一般问题的出现及处理参考附表：
施工中问题分析及处理措施 6·4·2
问 题 原 因 分 析 a水泥受潮结块。 不及时 在缺陷。 练。 情况。 喷浆不足 失增大。 处 理 措 施 a改善现场临时仓库的防雨防潮条件。 作，定期更换易损件。 场，陈旧的设备应及时更换。 立持证上岗制度。 现漏浆点应进行补漏，严重时可停机b制浆池尺量布置靠近桩位，以缩短送浆管道。当场地条件不具备时，可适当调增泵送压力。 地下存在尚未清除的孤石、a及时停机移位，排除障碍物后重新复树根及其它障碍物等。 进尺受阻 位开机。 b当障碍物较深又难以清除时，应及时与设计及有关方联系，结合实地情况共同协商处理措施。
三、施工质量及加固效果检验 1. 质量标准和评定内容
喷浆阻塞 b制浆池滤网破损以及清渣b加强设备器具的检查及维修保养工a设备自身速度控制系统存a不符合技术要求的设备机具不得进速度失稳 b机组人员操作不规范、不熟b督促施工单位搞好岗前培训工作，建a输浆管有弯折、外压或漏浆a及时检查、理顺管道，清除外压，发b输浆管道过长，沿程压力损换管。 (1)桩身试件强度(90d龄期)应符合设计标准，其中7d和28d龄期的试件强度应分别不低于设计强度值的40%和75%。
(2)实际喷灰量不能小于设计喷灰量，同时应保证桩身水泥土搅拌的均匀性。
(3)桩的平面位置偏差为±5cm，垂直度偏差为1.5%(桩长)，深度偏差为±10cm；成桩直径不小于设计直径2.0cm。
⑷开挖桩头，测量桩直径，观察桩身坚硬程度与均匀性，必要时可就地取样进行室内土工试验，以检验是否达到设计要求。
⑸抽芯取样，按土质和设计要求确定取样深度和取样数，一般在处理目标的土层、桩底位置都必须取样，进行室内试验，目的是确定处理效果和桩长够否。抽芯的施工方法与一般地质勘察方法略有不同，即要干钻不能湿钻；钻孔位置一般不应在桩中心处。
⑹有特殊要求的工程，应在桩身进行标准贯入试验，检测深度和点数按设计要求确定，且处理目标土层和桩底位置上下都应有测点。
⑺按设计要求进行单桩、单桩复合地基和多桩复合地基静荷载试验。将试验结果 计算值进行比较，综合评价桩体质量和复合地基效果。
⑻下卧层地基强度验算当搅拌处理范围下存在强度较弱的下卧层时，须按GBJ7-89的有关规定进行下卧层强度的验算。
⑼ 沉降验算，搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的压缩变形和桩端以下未处理土层的压缩变形。
⑽ 督促施工单位及时整理竣工资料，提交竣工报告；组织竣工验收，按有关质量验评标准评定质量等级；经验收合格后方可进行后续施工，资料成果及时整理归档。
2. 检测方法
(1)在开挖基槽和凿除桩头时，应对桩数、桩位、桩径及桩头强度进行检查，如发现漏桩、桩位和桩径偏差过大、桩头强度偏低等质量事故，必须采取补救措施。
(2)取样检验在成桩后7d内，在凿除桩头时，按照2%～5%的频率，分别割取6组5×5×5cm的试件进行标养，分别测定7d、28d和90d龄期的无侧限抗压强度。
(3)桩顶强度检测，一般可用16、长2m的平头钢筋，垂直放在桩顶，如用人力能压入10cm(28d龄期)，表明桩头质量有问题，一般可先挖除，再填入100#素混凝土或砂浆。
(4)在凿除桩头过程中，经观测如对成桩的均匀性及强度有怀疑，应在7d内再挖深1m，使用带钻头的轻便触探器，在桩身中心钻取桩芯水泥加固土样，观察其搅拌均匀程度(主要观察颜色是否一致，是否存在水泥土的结核及未被搅匀的土团等)，并根据触探击数(N10)判断桩身强度是否符合设计要求。
(5)对工程地质条件复杂的场地或重要的大、中型工程，应采取现场静载荷试验方法进行测试，一般仅作单桩垂直载荷试验，必要时还应作单桩或群桩的复合地基的载荷试验。
(6)对搅拌桩要求相邻搭接的围护桩和对整体性要求严格的工程，应在有一定龄期后进行整体开挖，检查其外观质量，同时根据搅拌桩不同的用途，做好建筑物的沉降或位移观测，用以评价地基加固或支护的效果。
3．桩体质量检验
由于深层搅拌桩施工量大面广，且是隐蔽工程，现有深层搅拌桩施工机具无法自动地、准确地控制喷料的施工质量。因此，如何对深层搅拌桩施工质量进行检测，实施深层搅拌桩施工过程中质量的有效控制，是软基处理工程没有解决而迫切需要解决的问题，也是广大工程技术人员一直在探索和研究的问题。目前检测方法主要有以下几种：
（1）钻芯方法
采用定位钻孔取芯法，钻芯深度为自孔口下有效桩头至设计桩底，全程钻取芯样，观察水泥土的搅拌均匀程度，观察水泥含量及赋存状态。在开钻前和钻进过程中，反复测量其钻孔垂直度，以确保取芯质量。钻孔取芯法采用地质钻机对喷粉桩进行全程钻孔取芯样(一般龄期28d)，这是目前喷粉桩质量检测中常用的方法，测定结果能较好地反映喷粉桩的整体质量，但该方法也存在检测时间长、钻孔费用高，难以对喷粉桩质量实施动态控制等问题，故此，考虑到费用、时间方面的因素，只能抽取少量的桩进行钻孔取芯检测。取芯标准有的规范中分为合格、基本合格和不合格三类，但通常根据取芯结果，将桩的质量分为四类：
I类桩：芯样水泥土的搅拌均匀程度较高，水泥含量达到设计要求，芯样水泥土赋存状态良好，无断灰、夹泥、喷灰不足、喷灰不均、水泥豆荚状结块等。桩身无缺陷，承载力达到设计要求。
Ⅱ类桩：芯样水泥土的搅拌均匀程度较高，水泥含量基本达到设计要求，芯样水泥土赋存状态较好，无断灰、夹泥。桩身有轻微缺陷，承载力基本达到设计要求。
Ⅲ类桩：芯样水泥土的搅拌均匀程度一般，水泥含量基本达到设计要求，芯样水泥土赋存状态一般，局部有少量夹泥、喷灰不足、喷灰不均、水泥豆荚状结块等。桩身无严重缺陷，单桩承载力偏低。
Ⅳ类桩：芯样水泥土的搅拌均匀程序较差，水泥含量达不到设计要求，芯样水泥土赋存状态差，局部断灰、夹泥、喷灰不足、喷灰不均、水泥豆荚状结块等。桩身严重缺陷，承载力远达不到设计要求。
(2)挖桩检查法是目前软基设计规范规定的方法，要求按桩总数2%的取样频率挖桩检查桩的成型情况，然后分别在桩顶以下50cm、150cm等部位砍取足尺桩头，进行无侧限抗压强度试验。
很显然，该方法只能对桩身上部(2～3m)桩身质量进行比较准确的检测，而该部分正是深层搅拌桩施工机械喷料和复搅最易于保证质量的部分，且该部分往往位于硬壳层内而并非软土层内，故桩身成型情况及桩体强度一般都不会有问题，而对于喷粉桩易于出问题的下部则无法检测，故该方法检测结果毫无代表性，不仅挖桩、砍桩头工程量大，而且破坏了天然地层，回填困难，据此，该方法弊大利小，不应作为规范推荐的方法。
(3)轻便触探仪触探法也是规范规定的方法。轻便触探需在早期进行，一般龄期不能超过5～7d，且轻便触探探测深度一般不超过4m，故对深层搅拌桩深层质量无法测定，与第一种方法一样，测定结果无代表性。因此，作为规范规定的方法，显然不能满足工程质量控制的要求。
(4)动测法主要是指小应变动测法，它是基于一维波动理论，利用弹性波的传播规律来分析桩身完整性。显然动测法检测速度快，测试简单，但国内大量资料表明，喷粉桩桩体强度与波速之间关系离散，桩端阻抗与周围介质没有明显变化，桩底反射不明显，因而难以用动测法评价桩身质量。 (5)CPT测试法
采用静力触探法（简称CPT法）能够快速、经济、有效地对喷粉桩前期强度或施工时的实时质量进行检测，便于喷粉桩质量的事先控制。当龄期超过7d时，由于强度增长，采用CPT法已难以试验，故CPT法只适合于7d龄期以内的质量检测。
(6)SPT法检测方法
对于龄期超过7d的深层搅拌桩，也可以采用标准贯入试验法(简称SPT)，该法能较好地评价桩身质量。首先，对桩身水泥土强度，可以通过标准贯入击数N63.5来评定，N63.5与无侧限抗压强度之间的关系已有较为成熟的经验公式，实践表明，该公式能比较客观地反映桩身水泥土强度；其次，在标准贯入试验的同时，进行取芯，通过芯样观察、描述，可以了解水泥土搅拌均匀性，同时必要时芯样可送回实验室，进行抗压试验，确定其强度。第三，桩长是决定喷粉桩复合地基加固效果的主要因素之一，通过钻孔贯入过程，贯穿桩底，可以准确地确定出桩长。
4.复合地基承载力检验 (1)慢速载荷试验法
按地基处理技术规范等行业规范及其他地区的有关规范，水泥土桩的验收采用慢速载荷试验法静载试验确定复合地基承载力。《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)中提到要求单桩复合地基载荷试验的压板可用圆形或方形，面积为一根桩的处理面积；多桩复合地基载荷试验的压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。深层搅拌桩复合地基与钢筋混凝土桩的主要区别在于，复合地基是桩和土共同承担上部结构传来的荷载，而钢筋混凝土桩一般只考虑桩的承载力，不直接考虑土的承载力。从检验的准确性要求来说，每个测点所包含的桩数越多，其试验结果的准确性就越高；但应该从试验的目的出发，尽可能地增加每个测点所包含的桩数，这样更能充分反映桩-土、土-土、桩-桩之间的相互作用。很明显，如果某测点只选择单桩复合地基，那么只能反映桩-土之间的作用，无法反映土-土、桩-桩之间的相互作用。当试验压板面积不足实际桩数所承担的处理面积时，意味着桩面积在试验面积中所占有比率提高了，也就是说该限定面积上的承载力应该比平均承载力高，如果在这个面积上仍按平均承载力的要求去检验，等于降低了承载力标准。另外在试验过程中需考虑试验压板高程及砂找平层对试验结果的影响，《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91中提到，压板底高程应与基础底面设计高程相同，压板下宜设中粗砂找平层。因为搅拌桩基础是一种复合地基，其上部结构所传来的压力通过搅拌桩本身及周围的土体来共同承担。高程不同，那么土和桩的承载力亦有所不同。如果试验压板高程不在基础底面的设计高程上，那么试验便失去了代表性，其试验结果很难反映基础底面的实际承载力。所以，试验压板高程应与基础底面的设计高程相同。 为了使试验压板与试验工作面接触良好，使传力均匀，避免因应力集中而造成局部先破坏乃至整个破坏，应在压板下设中粗砂找平层。因而各个地区只能根据自己的经验进行设填。显然，找平层过薄，不能充分起到找平作用，仍有局部应力集中的可能；过厚，则不仅会使试验沉降量，还会造成结果误判。为了消除部分假性沉降，可以通过预压来达到这一目的，即在正式加载之前，预先加上2级左右的荷载，维持一段时间(大约1个小时)使压板与复合地基接触紧密，以减少假性沉降。
(2)慢速试验结合跑桩法
尽管慢速静载试验虽然能较准确确定加固后复合地基的承载力，但桩数较多时则影响工期，且给投资方带来较大的费用。在保证质量的前提下，为减少投资、加快工期，我们对快速试验进行研究和尝试。
为了加快静载试验速度，美国现行试验标准中的快速维持荷载法，已将每级荷载增量间隔取2.5min进行加载，据此，考虑加载沉降主要在最初3min内完成，在实践中又产生了一次加载至单桩设计荷载的1.5倍左右，维持荷载3min，然后一次卸载至零的快速一次性加载测桩法，由于他变长时间的分级加载为短时间的一次性加载，测桩时．犹如在桩上跑过一般，俗称“跑桩法”。他具有既能对桩基进行较多根数的检查、判明质量的优劣，又能判定其承载力是否合格，且不增加测试时间和费用等优点。
国内宁波、杭州、常州也有类似采用1.2倍单桩设计荷载进行试验的规范。我们参照有关地区规范结合少量的慢速试验，做大量的跑桩试验，利用规范公式综合评定复合地基承载力方法铁三院早在1994年就开始对其进行尝试，并在数十项实际工程验收中采用了该方法。
所谓跑桩法，是指一次性加荷至单桩设计值的1.2～1.5倍，维持3min考虑沉降主要在最初的3 min内完成)，然后一次性卸荷至零的快速测桩法。
试验过程中首先将桩顶清平至设计标高，铺上1～2cm厚的砂垫层，放上与桩径相同的承压板，其上为压力传感器，基准梁上安装电子位移传感器，将触探杆换成与压力传感器匹配的压头并放在传感器上。
采用静力触探测试桩间土贯人阻力，主要目的是验证原勘察报告中的地基土承载力标准值，并了解桩间土的加固效果。
在跑桩法的应用中，我们曾与复合地基静载荷试验进行了多次的对比，不断改进，取得了很好的
效果，现对如下两个工程进行对比分析： 工程实例一、天津八大里住宅小区
本工程为天津市示范小区，位于红桥区零号路与向东道交二处．为两幢七层口宇型住宅楼。因拟建场地地基土承载力标准值不能满足浅基础设计要求，采用粉喷桩加固地基。设计 粉喷桩桩径为500mm，有蚊拄长为7.5m，为1.2×1.2m网络均匀分布，复合地基承载力标准值要求达到130kPa以上：
工程地质条件：
依据该场地的勘察报告，在15m深度范围内，除表层为人工填土外。地基土可分为三大层，由上至下简述如下：
I新近冲积层建筑场地均有分布，厚室4.0～4.0m，主要由粘土组成：
Ⅱ上部陆相冲积层建筑场地均有分布，厚度2.2～2.8m，主要由粉质粘土组成。 Ⅲ海相沉积层建筑场地均有分布，厚度大于7.0m，主要由粉质粘土组成。 采用两种方法检测复合地基承载力，检测结果分述如下：
①跑桩法
a．采用1.2倍单桩承载力设计值加载维持3min，共做了18组跑桩试验，综合评定单桩 承载力可达120kN
b．桩间土承载力标准值检测
本次桩间土承载力标准值检测采用静力触探法并结合原勘察报告，桩间土承载力平均值 为100kPa。
c．复合地基承载力标准值
根据《建筑地基处理技术规范JGJ79—91》复合地基承载力标准值fspk按公式(9·2·2—1) 计算。 fspkmRkd/Ap(1m)fsk
复合地其承载力标准值儿fspk=133.5kPa。 ②复合地基载荷试验
根据中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范JGJ79—91》共进行了12处复合地基载荷试验，采用方形承压板进行复合地基载荷试验，其结果如下表6·4·2所列。慢速静载试验法：共做了12处复合地基载荷试验进行对比，承载力标准值可取138kPa。
复合地基静载荷试验结果 表6·4·2
编 号 1 2 3 4 140 5 6 135 140 9.0 8.0 11 12
根据以上两项检测结果表明，复合地基承载力标准值可以满足设计要求，即复合地基承载力标准值≥130 kPa。两种方法相差均很小，这证明在同一地点，在同样边界条件下，跑桩法与复合地基
承载力标准值 （kPa） 130 130 135 所对应变形值 （mm） 9.0 9.0 9.0 7.0 7 8 9 10 140 130 130 10.0 10.0 编 号 承载力标准值 （kPa） 130 160 160 3.7 6.0 所对应变形值 （mm） 10.0 6.0 载荷试验法结果相符，可以满足测试精度的要求，该工程已建成，沉降观测均匀，且主体封顶时均在30mm以内。
工程实例二、南疆码头成品油库工程
中国石化销售公司华北公司拟在南疆码头建成品油储备库，因拟建场地地基土承载力标 准值不能满足设计要求，采用粉喷桩加固地基，所有检测桩龄期均已超过28天。
库区道路工程地基加固设计，粉喷桩总计4296根，一般为1.3m×l.3m及1.36m×l.3m 网格分布，其有效桩长为7.5m，桩径为500mm，桩体全部复搅，桩顶3.0m范围内要求复喷，喷灰量为55kg／m，复喷范围增加10kg／m，复合地基承载力标准值要求达到70kPa。 工程地质条件筒述
依据该工程《工程地质勘察报告》(详细勘察)，在埋深12.0m范围内，地基土可分为5层，水平向分布均匀： I．素填土； Ⅱ．冲填土； Ⅲ．搅泥质黏土； Ⅳ．粉质黏土； V．淤泥。
在本工程检测过程中，对库区道路桩间土作了13孔静力触探，累计进尺140.5m：采用静探经验公式确定各层地基土的承载力标准值，素填土、冲填土及淤泥质黏土承载力标准值为40kPa。
根据取芯检测结果，桩身质量较好。采用两种方法检测复合地基承载力： ①跑桩法。
a．采用1.2倍单桩承载力设计值加在维持3min，共做了18组跑桩试验，综合评定单桩承载力可达55kN。
b．桩间土承载力标准值检测
本次桩间土承载力标准值检测采用静力触探法并结合土工试验，桩间土承载力平均值为40kPa。
根据《建筑地基处理技术规范JGJ79—91》复合地基承载力标准值fspk按公式(9·2·2—1)计算。 fspkmRkd/Ap(1m)fsk
复合地基承载力标准值fspk=57.16kPa ②复合地基载荷试验结果
根据中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范JGJ79—91》，在库区道路工程粉喷桩地基加固范围内共作了3组复合地基载荷试验，其结果详见表6·4·3。
复合地基静载荷试验结果 表6·4·3
编 号 1 2 3
由载荷试验结果的平均值确定复合地基承载力标准值为52kPa，这与上述跑桩法评价基本一致。
承载力标准值 （kPa） 1.3X1.3 1.0X1.0 1.3X1.3 100 对应荷载值 （kN） 62 42 按相对变形s/b=0.01 复合地基承载力 （kPa） 36 42 60 按极限承载力/2确定 极限荷载值 （kN） 150 100 210 复合地基承载力 （kPa） 44 50 62 判定本项工程复合地基承载力标准值未能达到设计要求。
采用慢速试验结合跑桩法有以下优点：跑桩法可以加快检测时间，降低费用；根据工程地质条件的不同，可以根据需要，在不增加费用的情况下，大量增加检测的比例，以使随机抽取检测点的代表性更强。
我们采用跑桩法测试基桩承载力，用静力触探确定桩间土承载力标准值，用《建筑地基处理技术规范JGJ79—91》公式评价复合地基承载力标准值，共检测30余项工程，160多根桩，现多已建成，质量良好。
(3)快速维持荷载法
经对天津市28根桩采用慢速维持荷载法确定承载力试验的204级荷载加载过程中的统计分析，结果表明：每根桩试验每级荷载加载的前5min可以完成该级总沉降的85％左右，单根桩的前三级完成的比率相对较高；地基土硬的比地基土软弱的完成比率要高；同样桩长，桩体强度高的(即龄期长)比桩体强度低的要高。通过对试验结果的数据分析，采取慢速试验配合一定的快速荷载确定复合地基的承载力是切实可行的，可以通过换算用每级荷载加载后前5min的沉降量S1预估该级的总沉降量S2，上述28根桩的分析结果如下：
①每根桩前三级S1和S2关系
S20.0491.024S1 相关系数0.992 ②每根桩三级后S1和S2关系
S20.0621.081S1 相关系数0.990 ③所有数据S1和S2关系
S20.0441.070S1 相关系数0.989 四、水泥土桩施工管理软件
为加强水泥土搅拌桩的施工管理，铁三院根据搅拌桩特点开发了《水泥土搅拌桩施工组织及管理计算机处理系统》。
1．软件的功能
该软件编制的目的是为了实现水泥土桩的施工组织和施工管理的程序化和计算机化，在施工前期和施工过程中对不同阶段的工作实现自动化，并在工程竣工后以最快的速度向甲方 提供工程竣工报告，结合生产需要开发本系统。系统结构示意图如图6·4·5，该软件主要完成以下工作：
(1)水泥土桩地基加固设计计算
按《建筑地基处理技术规范》计算不同地质土层、不同地基处理方法(主要为粉喷桩和深层搅拌桩，为旋喷桩、高压注浆桩和桩基础等预留了接口)的承载力和工作量计算，并能对不同基础类型进行沉降计算．并实现与相关勘察软件的接口。
图6·4·5 系统结构示意图
(2)水泥土桩施工组织设计
根据所完成工程施工项目的工程难易程度、工程地质条件、工程量及设备施工能力对施工所需设备、人员等进行施工组织设计，并形成施工组织设计样本，部分调整后可以形成(施工组织设计报告)提供甲方。
(3)施工进度管理
在保证质量的前提下保证施工进度是所有施工工程有关各方的渴望，本系统为保证施工 进度对不同施工阶段的施工进度实行计算机管理，绘制施工进度总图和各机组的施工进度直 方图，使用户和甲方、监理和有关人虽对进度有直观的了解，即对进度实行“目视管理”，用户可以根据进度曲线
对进度进行反馈和前馈，及时调整施工组织以保证工期。
(4)施工材料管理
水泥土桩加固主要材料为水泥，本系统将进料和收发情况随时输入计算机，并自动生成材料报表和材料亏赢情况进行自动分析，按需要随时生成现场总进料或各机组的材料用料统计表，对材料用量进行同步管理，避免材料用量过少造成质量事故或用料过多造成材料浪费。本系统还为以后进行更大范围的岩土工程施工预留接口，可以进行石子、钢筋、砂子等建筑材料的管理，以为以后进一步开发提供便利条件。
(5)施工天气统计
施工进度和质量是施工有关各方关心的焦点，而天气情况是影响施工进度和进料等工作 的关键因素，故本系统对天气情况进行统计，形成天气报表，并将天气情况自动汇总人输人每天的施工日志。
(6)人员管理
对现场施工人员的工作职责和范围及个人履历进行输入，为施工工程有关各方对项目部人员有充分的了解，并明确职责和权限以便使有关人员各负其责，保证工程的顺利进行。
(7)施工记录汇总
施工记录是施工情况的真实反映，也是工程竣工报告的主要组成部分，较大的工程数千根桩的施工记录整理是竣工贤料整理中极繁重的工作。本系统将施工记录按我院固定格式自动形成，并自动填充工程名称、施工人员、施工桩号等，并按设计填人施工用料，用户可以根据实际用料稍加调整即可形成施工记录表，系统自动按所需根数选择表格且进行排版和分页，大大加快了工程竣工报告的编制。为方便管理，系统设置了施工记录查询功能。
(8)施工日志
施工日志是综合反映每天施工情况的写照，对各机组及综合施工进度及材料天气和主要 发生的事情进行汇总，有关人员可以随时查询，打印输出即可形成报表，本系统在施工日志管理方面直接从前述各部分读取相关时间、进料、进度、人员和施工完成情况等自动输入，用户只需填入主要事件即可形成当天的施工日志，系统设置了施工日志查询功能。
(9)水泥土桩自检及载荷试验
用户可以按系统提示和有关规范及水泥土桩的特点，提供自检方案及要求，并可以整理水泥土桩的载荷试验成果，自动生成载荷试验压缩曲线。
(10)竣工报告形成
水泥土桩施工是隐蔽工程，施工方需将竣工报告编制呈报甲方作为该工程永久保存的资 料存档，如工程量较大，竣工报告的整理时间将较长，往往难以满足甲方的需要，本系统根据所用桩型对不同施工桩型的共性进行描述和汇总，并提供竣工报告样本，用户可以将前述各个步骤的有关资料汇总形成完整的竣工报告提供甲方，节约大量的人力物力。
2．软件的特点
(1)该系统总结了多家水泥土桩勘察、设计和施工单位多年来在天津地区和全国其他软土 地区水泥土桩施工组织和管理的基础上，经两年的探索和总结得出的，它把水泥土桩施工的共性定性化、系统化和程序化，按本系统工作不仅资料整理方面快捷有效，而且更能保证施工质量，为施工企业创造良好的企业形象，它来源于生产必将服务于生产，使施工工作效率和施工质量前进一步。该系统为更好地贯彻ISO9000系列和项目经理制管理模式，总结出一种新型用计算机进行过程管理和竣工资料的方法和模式。
(2)提高计算机在施工组织和管理中的应用水平。
本系统的开发创立了一种管理思路和臂瑾模式：实现从施工组织到施工管理及最终资料形成，基本实现自动化处理，把绝大部分工作纳入计算机处理系统，数据精度、工作效率等都有较大提高。
(3)和相关其他系统实现接口和数据共享。
水泥土桩的设计和沉降计算等需要输入地质资料，本系统可以从相关勘察软件的结果文件中读取地质资料数据文件，对用该系统整理资料的工程避免了地质资料的重复输入，本系统的研制，使岩土工程勘察的成果与岩土工程设计及水泥土桩施工有机的结合起来，为实现岩土工程勘察、设计、施工和检测一体化奠定基础。
五、工程实例
1．丰津汽车传动部件有限公司工程 (1)概况
丰津汽车传动部件有限公司在天津市东丽经济技术开发区兴建联合厂房及生活楼，场地在天津市东丽经济技术开发区二经路、三经路及二纬路、三纬路之间，总建筑面积约9000m2，为独立承台及条形基础和框、排架结构。因该场地基底持力层软弱，且建筑物对沉降要求较严，天然地基难以满足设计要求，经对多种加固方案的分析比较决定对地基土采用粉喷桩加固。
(2)工程地质条件
该场地地属滨海相冲积平原，原为农田，现已回填，场地基本平坦。在36.0m深度范围内，地基土属第四全新统～上更新统陆相冲积物及海相沉积物，依据该场地的岩土工程勘察报告：拟建场地表层为1.2～3.4m厚的素填土，土质软硬不均，含植物根、有机质及少量石屑等物；其下为1.0～2.8m厚的黏土，黏土下面为7.4～10.0m厚的淤泥质土夹粉质黏土，即场区表层以下10.0m的土层物理力学性质较差。
(3)粉喷桩加固设计。 ①设计依据。
I依据《机械工业部汽车工业规划设计研究院》该加固建筑物的基础平面施工图。 Ⅱ依据铁三院岩土工程总公司《天津丰津汽车传动部件有限公司厂区岩土工程勘察报告》。 Ⅲ粉喷桩设计标准按国标JGJ79—91《建筑地基处理技术规范》执行。 Ⅳ按结构设计要求，地基处理后复合地基达120kPa。 ②设计准备。
在粉喷桩加固设计前，为准确了解加固土体的性质、水质水泥和土的掺人比。在现场取8 组土样，取样深度分别为本工程重点加固的2.0～4.0m和4.0～6.0m，并用现场取得地下水作了室内试验。加固料唐山渤海水泥总厂生产的万山牌425号矿渣硅酸盐水泥，掺人比分别为1l％、14％、16％，该掺人比对应500mm直径的粉喷桩每延米加水泥分别为40kg、50kg、60kg，试验结果见表6·4·4粉喷桩配比试验表。
粉喷桩配比试验表 表6·4·4
试验目的 样品 编号 337天 抗压 试验 332 4.5 11% 0.73 0 331 取样深度m 2.5 4.5 水泥掺入比 11% 16% 抗压强度 MPa 1.02 28天 1.34 抗压 试验 332 4.5 11% 试验目的 样品 编号 330 331 取样深度m 2.5 4.5 水泥掺入比 11% 16% 抗压度 MPa 2.13 2.21 1.09 333 4.5 14% 1.50 333
4.5 14% 2.24 ③设计计算 单桩承载力：
RkdqsUpApqp150.9kN
实际加固中，选再的水泥掺入比为14％。从表6·4·4可得28天强度为2.2MPa，换算成90天龄期的标准强度：
qu(28)0.75qu(90)0.75fcuk fcuk2.93Mpa 按桩体强度计算单桩竖向承载力
RkdfcukAp234.4kN 取单桩承载力为150kPa
桩间距为1.1m，总桩数为2417根，面积置换率m=0.162 复合地基承载力： fspmRkd/Ap(1m)fk =145.86kPa>120kPa
(4)工程施工
该工程由铁三院岩土工程总公司负责施工，共进场四台粉喷机。在施工过程中按“天津市建质管540号”文规定水泥土桩必须复搅到底，但实际是大多数粉喷设备第一次喷灰后最多复搅2～5m而难以复搅到底。因为每延来地基土内喷入50～60kg水泥后粘度大大增加，经第一次反搅喷灰后，地基土密实度也较大，难以复搅。而实际三搅两喷对保证施工质量切实可行，故在该项目中采取了全程两次喷灰的施工方案，即根据四台设备的施工能力经试验采用不同的两次喷灰量，即第一次全程喷30kg左右，第二次复搅到底后再喷人20～30kg的水泥，从施工上保证了复搅均匀度、工艺上满足了三搅两喷的规定，在丰田工程2 417根桩长为9.5m的粉喷桩施工中全部实现了全程搅拌，其余地面加固桩的5.0m桩也均实现了全程复搅。
该项目在施工中采用《水泥土桩施工组织和管理计算机处理系统》进行过程控制，取得了良好效果，保证了质量、提前工期完成任务，得到甲方、监理、质检站等单位的广泛好评。
(5)效果检验
施工完毕28天后，采用方形承压板对粉喷桩随机抽取12根粉喷桩，进行了慢速维持荷载法试验，试验结果表明加固后复合地基可以满足设计要求。
2．水泥土桩的施工问题处理实例
(1)扫桩头：为保证桩头施工质量，当提钻至设计标高后，停止上挺，原地旋转钻头，将灰管中余灰全部用于有效桩头，费免了水泥的浪费，同时保证了桩头的质量。
(2)穿透密实碎石砖层：在南仓站油库工程中、地面下2～4m深度范围内有一层1m左右的密实碎石，施工中难以钻进，如大面积开挖不仅增加费用而且可能廷误工期。经反复试钻及试验，在钻头叶片下部加焊四块10cm高强度钢板，在钻到该深度时，采取慢速下钻的工艺，使钻头及钢板首先搅松该密实碎石层后可以钻进，在提钻到该深度时，减少风压增大喷灰量，可以保证成桩质量。该工程最后所有桩施工均获得成功，为粉喷桩用于密实碎石层提供了处理措施和经验，该方法对施工杂填土或三合土均有借鉴意义。
(3)信息化施工
刘房子商业楼地处天津市刘房子津霸公路旁，该工程场地原为5～6m深的深沟，后经填垫而成，拟建物边界外3m即为高差近4.5m的平地，局部区域为新近弃填。场地附近有医院、饭店等．经对多种方案进行经济技术比较，甲方否定了桩基方案，决定采用粉喷桩复合地基加固方案。在加固过程中边施工，边调整加固方案，现场解决了许多不可预测的因素，合理解决一起有质量隐患且被断定不适宜采用水泥土桩的施工工程，结果该工程建成后使用良好，观测沉降量仅为30mm。在加固过程中主要采取了如下措施：
边坡处理：将建筑物有边坡问题的80m长度的边坡分成八段10m长的区间，打桩长为7.5m的双排格构桩，桩和桩之间咬合200mm，在每一区间中间部位加打6根三排加强柱以减少侧向变形，处理后边坡在施工过程及应用中均未出现问题。
地基土缺水：因场地一边高差达4.5m，地下水深度在5m以下，上部桩的土体缺水，成桩后凝固不好，如不处理则起不到加固效果，故现场采取了几种浇水方案。如按常规做法，施工完后再浇水，则水很难渗透到5m的深度，故采取了下钻浇水方案，随下钻浇的水可以充分湿透土体，上提钻头时则停水，避免了水泥浆体进人大盘，以免损坏设备，采用本方法处理后成桩质量良好，在水位不象该场地这样深如2.0m左右时，可以采用成桩后挖沟浇灌或用洛阳铲挖到桩顶后，蓄水渗透。
新近弃填区：在场地范围内有新近弃填区，土体松散，在钻头带水下钻时，形成直径为550mm深度为5.0m的孔洞，该情况及时通知甲方和监理，采取了方案变更手段：在施工时第—次下钻不再带水，钻到5m时反钻慢速上提，利用钻头叶片的倾斜度反压使土体密实，对形成的孔洞用素土填垫反压密实后再成桩，并在桩长为9.0m的长桩中间首先施工桩长为6.0m的短桩，加强桩间土的作用，以对承重桩加强，处理后建筑物沉降均匀，证明长短桩方案可以处理桩间土软弱的现象，处理类似场地，该方法切实可行。
3．现场施工计算机管理工程实例
《水泥土桩施工组织和管理计算机处理系统》将水泥土桩施工的组织和管理系统化和程序化，可以促进和保证施工质量，使资料整理快捷有效。该系统已在实际工程中多次试用，效果良好，获得施工有关各方的一致好评。经专家鉴定，鉴定意见为：“该软件系统结构合理，用户界面新颖，操作简便，所有计算、设计、统计符合现行有关规范、标准要求。该系统在国内水泥土桩施工组织和管理领域中属领先水平，具有较好的实用性，建议推广应用。” 第五节 适用范围
水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。冬季施工，应注意负温对处理效果的影响。
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