水泥搅拌桩工艺性试验成果报告
1. 水泥搅拌桩工艺原理
水泥搅拌桩是利用水泥浆作为固化剂，通过特制的搅拌机械，将水泥浆与需加固深度范围内的软土强制拌合，使其固结成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥土。水泥在水泥土中的作用包括两个方面：一是水泥发生水解和水化反应，生成水泥胶凝体，将土颗粒凝结成一个稳定的结构体，起骨架作用；二是水泥在水化时形成的钙离子与土粒表面的钠离子进行离子交换，在土粒中形成稳定的钙离子，提高土体的强度和稳定性。通过水泥搅拌桩法加固后，在地基土中形成稳定的、强度较高的柱状水泥土体。这些水泥土体成为地基土的一部分，与原地基土构成复合地基，这种方法适用于饱和软黏土、淤泥质亚黏土、沼泽地带炭土、沉积粉土等，用于增加软土层的地基的承载力，减少沉降量。
我工区软基作业班组于2010年7月22日在DK37+478.68～DK39+000段线路进行了36根水泥搅拌桩工艺性试验。本次试验的目的为确定各种施工技术参数，以指导水泥搅拌桩以后大规模施工。该试验桩已按照既定方案顺利完成。现将该工艺试验施工情况总结如下。
2. 工程概况
水泥搅拌桩桩采用正三角形布置，桩间距为1.3米，桩径为0.5m 。加固深度为4.52～5m ，桩顶铺设碎石垫层及土工格栅。先于桩顶铺设碎石垫层，厚0.2m ，碎石最大粒径不得超过5cm ，碎石垫层摊平后碾压, 当路堤高H ≤2.5m 时，应满足地基系数K30≥130MPa/m;当路堤高H ＞2.5m 时，应满足地基系数K30≥120MPa/m。再铺设一层土工格栅，土工格栅拉平拉直，幅
与幅间搭接不小于0.3m ，然后，再于其上部铺0.3m 厚碎石垫层, 再填土，垫层和填土总厚度达到0.5m 后，再用重型振动碾压机碾压至要求的密实度。土工格栅材料规格为单向拉伸土工格栅，抗拉强度为120kN/m。铺设时将格栅横向回折不小于2.0m 。复合地基承载力不小于150KPa 。
我工区路基工程水泥搅拌桩施工范围：
3. 工程地质情况
新建铁路东通道前阳至庄河段线路位于辽东半岛东部、黄海之滨，本段路基工程位于庄河市青堆子镇境内。沿线地貌为滨海平原区，地形略有起伏，地表多位耕地，微向海岸倾斜。山前冲积平原地势较平坦，该地区大部分有软土。地震加速度动峰值为0.05g ， VI度，土壤最大冻结深度1.2m 。
4、试桩目的验证
4.1. 工艺试验的施工设备、施工工艺和方法、施工顺序满足施工需要。
4.2. 经试验结果印证：采用PH-5A 型深层搅拌机（主电机功率45KW ），选用18%水泥掺入量、0.5的水灰比、钻头下沉速度为0.6～1.2m/min、提升速度为0.6～1.2m/min、复搅下沉速度0.7～1.2m/min、停钻最后30s 电流值90～120A 、复搅提升速度0.6～1.2m/min。
5、 试桩施工方法
5.1. 施工用原材料及试桩配合比
材料采用大连天瑞水泥有限责任公司生产的P.O42.5水泥。水泥搅拌桩试桩数量为水泥掺量18%和20%各自对应水灰比0.45、0.50的各18根，共36根。
5.2. 试验目的
试桩段施工有效桩长满足不小于设计值4.52m ，施工桩长根据现场实际标高及地质情况具体确定。试桩全过程重点监测水泥用量、施工桩长、搅拌机提升和下沉速度、水灰比重、钻机下沉最后30s 的电流值、泵压。桩长范围内垂直钻孔取芯，确定其完整性、均匀性。成桩28d 取不同深度的3个芯样做无侧限抗压强度试验，满足设计要求无侧限抗压强度值不得小于
1.2Mpa 。
试桩配合比：试桩采用两种配合比（水泥掺量为18%、20%），水灰比分别为0.45、0.5。具体施工水泥搅拌桩配合比见下表：
5.3. 试桩施工时间：2010年7月22日。
5.4. 试桩地点：松软路基DK37+487.68～DK39+000水泥搅拌桩加固段。
5.5. 试桩共36根，桩号20-11～16#、23-10～23-17、25-5～25-8共计18根，水泥掺入量18%；20-17～22、23-18～23-21、25-9～25-16，共18根，水泥掺入量20%。详见布置图。
6、 试验桩施工工艺控制
6.1. 钻机定位：深层搅拌机到指定位置，对中桩位，保持桩架垂直度偏差不超过1%，垂直度采用吊线锤检测；
6.2. 配置水泥浆：在深层搅拌机启动前，按设计确定的配合比拌制水泥浆，配置好的浆液必须过筛，并将水泥浆倒入集料斗中备用。
6.3. 预搅下沉：下沉速度由电机电流监测表控制，保证工作电流不大于额定电流，如下沉速度过慢，则由输浆系统补给少量浆液，减小摩擦，以利钻进。施工过程中应严格控制搅拌时的下沉和提升速度，提升或下沉速度不得超过0.6～1.2m/min。第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s ，以保证桩底密实及加固范围内搅拌均匀。
6.4. 喷浆搅拌：深层搅拌机喷浆、搅拌下沉至设计深度后，按试桩确定的提升速度提升深层搅拌机。当深层搅拌机提升至地面以下1m 时，应慢速提升和旋转，即将出地面时，应停止提升，搅拌30s ，确保桩头密实。
5、重复搅拌：为使软土与水泥浆搅拌均匀，在第一次喷浆搅拌完成后，再次将深层搅拌机喷浆、搅拌下沉至设计要求深度，边搅拌边提升至地面，进行重复搅拌。施工中采用少量多次喷浆的方法，至少保证2次搅拌喷浆，同时确保复搅不小于2次。保证二喷六搅，具体作业流程为：放样定位→搅拌喷浆下沉→到达预定深度→搅拌提升→重复搅拌喷浆下沉→重复搅拌提升→全桩复搅下沉→全桩复搅提升→处理完毕。
6.7. 清洗：向集料斗中注入清水，开启灰浆泵，清洗全部管道中残存的水泥浆，保持清洗干净。
6.7. 清洗后，将钻机移至下一个桩位重复施工，同时对桩头进行处理，达到设计要求。施工桩顶标高高于设计桩顶标高30cm 。
水泥搅拌桩作业示意图
7、施工控制及注意事项
7.1. 工区指定专人旁站水泥搅拌桩施工全过程。
7.2. 钻机开钻前应用水清洗整个管道并检查管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。
7.3. 桩体的垂直度偏差不应大于1%，为保证桩体垂直度满足规范要求，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桩位。
7.4. 施工过程中，检查的重点是水泥用量、施工桩长、搅拌机提升和下沉速度、浆液泵送压力、单桩施工时间、水泥浆比重及钻机下沉最后30s 的电流值。
7.5. 水泥搅拌液应严格按照设计和试验确定的配合比拌制，制备好的
浆液应均匀，不得离析。并由专职试验员用浆液比重计检测浆液密度。
7.6. 段浆量的控制：段浆量为每米桩体所需喷浆量的体积。根据计算，水灰比为0.50，18%胶凝含量时段浆量为54.73L/m，20%胶凝含量时段浆量为60.8L/m。据此，施工桩的总浆量=段浆量×施工桩长度。按照配合比拌制浆液的罐数总量与施工的桩数量进行对比，以此来控制施工过程中桩身浆量总量。
7.7. 在试桩部位28天内禁止任何车辆通行碾压。
8、检验结果
成桩28天取芯检测试验，现场共取芯3根, 无侧限抗压强度试验结果分别为,25-11#桩2.09MPa 、1.70MPa 、2.02MPa ，23-17#桩1.92MPa 、1.95MPa 、
1.85MPa ，20-18#桩1.85MPa 、1.66MPa 、2.02MPa ，均满足设计要求强度。成桩28天做25-9#桩、23-15#桩、20-14#桩单桩复合地基承载力试验，均满足设计要求。后附试验报告。
9、通过试桩确定参数如下：
9.1. 水泥搅拌桩掺灰量选用:水泥为加固湿土重的18%,水灰比0.50。
9.2. 机械控制参数
钻进速度：0.6～1.2m/min；
提升速度：0.6～1.2m/min；
复搅下沉速度：0.7～1.2m/min；
复搅提升速度：0.6～1.2m/min；
泵压：0.6～0.8MPa ；
进入持力层电流值：60A 且呈稳定增长趋势；
钻机下沉最后30s 电流值：60～70A ；
总结如下：根据对上述水泥搅拌桩的试验成果分析，23-17#水泥掺入量18%，28天无侧限抗压强度分别为1.92MPa 、1.95MPa 、1.85MPa ，符合设计及验收标准；25-11#、20-18#桩水泥掺入量20%，对应28天无侧限抗压强度为2.09MPa 、1.70MPa 、2.02MPa ，1.66MPa 、2.02MPa 、1.94MPa ，符合设计及验收标准。28天做25-9#桩、23-15#桩、20-14#桩单桩复合地基承载力，均满足设计要求。以上试桩委托山东广信工程试验检测有限公司经钻芯法验证其强度，合格率为100%。通过对以上试验结果进行经济对比分析选定18%水泥掺量配比。施工参数可以采用上述第9项中的施工参数，作为以后施工的控制参数。
水泥搅拌桩工艺性试验成果报告
1. 水泥搅拌桩工艺原理
水泥搅拌桩是利用水泥浆作为固化剂，通过特制的搅拌机械，将水泥浆与需加固深度范围内的软土强制拌合，使其固结成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥土。水泥在水泥土中的作用包括两个方面：一是水泥发生水解和水化反应，生成水泥胶凝体，将土颗粒凝结成一个稳定的结构体，起骨架作用；二是水泥在水化时形成的钙离子与土粒表面的钠离子进行离子交换，在土粒中形成稳定的钙离子，提高土体的强度和稳定性。通过水泥搅拌桩法加固后，在地基土中形成稳定的、强度较高的柱状水泥土体。这些水泥土体成为地基土的一部分，与原地基土构成复合地基，这种方法适用于饱和软黏土、淤泥质亚黏土、沼泽地带炭土、沉积粉土等，用于增加软土层的地基的承载力，减少沉降量。
我工区软基作业班组于2010年7月22日在DK37+478.68～DK39+000段线路进行了36根水泥搅拌桩工艺性试验。本次试验的目的为确定各种施工技术参数，以指导水泥搅拌桩以后大规模施工。该试验桩已按照既定方案顺利完成。现将该工艺试验施工情况总结如下。
2. 工程概况
水泥搅拌桩桩采用正三角形布置，桩间距为1.3米，桩径为0.5m 。加固深度为4.52～5m ，桩顶铺设碎石垫层及土工格栅。先于桩顶铺设碎石垫层，厚0.2m ，碎石最大粒径不得超过5cm ，碎石垫层摊平后碾压, 当路堤高H ≤2.5m 时，应满足地基系数K30≥130MPa/m;当路堤高H ＞2.5m 时，应满足地基系数K30≥120MPa/m。再铺设一层土工格栅，土工格栅拉平拉直，幅
与幅间搭接不小于0.3m ，然后，再于其上部铺0.3m 厚碎石垫层, 再填土，垫层和填土总厚度达到0.5m 后，再用重型振动碾压机碾压至要求的密实度。土工格栅材料规格为单向拉伸土工格栅，抗拉强度为120kN/m。铺设时将格栅横向回折不小于2.0m 。复合地基承载力不小于150KPa 。
我工区路基工程水泥搅拌桩施工范围：
3. 工程地质情况
新建铁路东通道前阳至庄河段线路位于辽东半岛东部、黄海之滨，本段路基工程位于庄河市青堆子镇境内。沿线地貌为滨海平原区，地形略有起伏，地表多位耕地，微向海岸倾斜。山前冲积平原地势较平坦，该地区大部分有软土。地震加速度动峰值为0.05g ， VI度，土壤最大冻结深度1.2m 。
4、试桩目的验证
4.1. 工艺试验的施工设备、施工工艺和方法、施工顺序满足施工需要。
4.2. 经试验结果印证：采用PH-5A 型深层搅拌机（主电机功率45KW ），选用18%水泥掺入量、0.5的水灰比、钻头下沉速度为0.6～1.2m/min、提升速度为0.6～1.2m/min、复搅下沉速度0.7～1.2m/min、停钻最后30s 电流值90～120A 、复搅提升速度0.6～1.2m/min。
5、 试桩施工方法
5.1. 施工用原材料及试桩配合比
材料采用大连天瑞水泥有限责任公司生产的P.O42.5水泥。水泥搅拌桩试桩数量为水泥掺量18%和20%各自对应水灰比0.45、0.50的各18根，共36根。
5.2. 试验目的
试桩段施工有效桩长满足不小于设计值4.52m ，施工桩长根据现场实际标高及地质情况具体确定。试桩全过程重点监测水泥用量、施工桩长、搅拌机提升和下沉速度、水灰比重、钻机下沉最后30s 的电流值、泵压。桩长范围内垂直钻孔取芯，确定其完整性、均匀性。成桩28d 取不同深度的3个芯样做无侧限抗压强度试验，满足设计要求无侧限抗压强度值不得小于
1.2Mpa 。
试桩配合比：试桩采用两种配合比（水泥掺量为18%、20%），水灰比分别为0.45、0.5。具体施工水泥搅拌桩配合比见下表：
5.3. 试桩施工时间：2010年7月22日。
5.4. 试桩地点：松软路基DK37+487.68～DK39+000水泥搅拌桩加固段。
5.5. 试桩共36根，桩号20-11～16#、23-10～23-17、25-5～25-8共计18根，水泥掺入量18%；20-17～22、23-18～23-21、25-9～25-16，共18根，水泥掺入量20%。详见布置图。
6、 试验桩施工工艺控制
6.1. 钻机定位：深层搅拌机到指定位置，对中桩位，保持桩架垂直度偏差不超过1%，垂直度采用吊线锤检测；
6.2. 配置水泥浆：在深层搅拌机启动前，按设计确定的配合比拌制水泥浆，配置好的浆液必须过筛，并将水泥浆倒入集料斗中备用。
6.3. 预搅下沉：下沉速度由电机电流监测表控制，保证工作电流不大于额定电流，如下沉速度过慢，则由输浆系统补给少量浆液，减小摩擦，以利钻进。施工过程中应严格控制搅拌时的下沉和提升速度，提升或下沉速度不得超过0.6～1.2m/min。第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s ，以保证桩底密实及加固范围内搅拌均匀。
6.4. 喷浆搅拌：深层搅拌机喷浆、搅拌下沉至设计深度后，按试桩确定的提升速度提升深层搅拌机。当深层搅拌机提升至地面以下1m 时，应慢速提升和旋转，即将出地面时，应停止提升，搅拌30s ，确保桩头密实。
5、重复搅拌：为使软土与水泥浆搅拌均匀，在第一次喷浆搅拌完成后，再次将深层搅拌机喷浆、搅拌下沉至设计要求深度，边搅拌边提升至地面，进行重复搅拌。施工中采用少量多次喷浆的方法，至少保证2次搅拌喷浆，同时确保复搅不小于2次。保证二喷六搅，具体作业流程为：放样定位→搅拌喷浆下沉→到达预定深度→搅拌提升→重复搅拌喷浆下沉→重复搅拌提升→全桩复搅下沉→全桩复搅提升→处理完毕。
6.7. 清洗：向集料斗中注入清水，开启灰浆泵，清洗全部管道中残存的水泥浆，保持清洗干净。
6.7. 清洗后，将钻机移至下一个桩位重复施工，同时对桩头进行处理，达到设计要求。施工桩顶标高高于设计桩顶标高30cm 。
水泥搅拌桩作业示意图
7、施工控制及注意事项
7.1. 工区指定专人旁站水泥搅拌桩施工全过程。
7.2. 钻机开钻前应用水清洗整个管道并检查管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。
7.3. 桩体的垂直度偏差不应大于1%，为保证桩体垂直度满足规范要求，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桩位。
7.4. 施工过程中，检查的重点是水泥用量、施工桩长、搅拌机提升和下沉速度、浆液泵送压力、单桩施工时间、水泥浆比重及钻机下沉最后30s 的电流值。
7.5. 水泥搅拌液应严格按照设计和试验确定的配合比拌制，制备好的
浆液应均匀，不得离析。并由专职试验员用浆液比重计检测浆液密度。
7.6. 段浆量的控制：段浆量为每米桩体所需喷浆量的体积。根据计算，水灰比为0.50，18%胶凝含量时段浆量为54.73L/m，20%胶凝含量时段浆量为60.8L/m。据此，施工桩的总浆量=段浆量×施工桩长度。按照配合比拌制浆液的罐数总量与施工的桩数量进行对比，以此来控制施工过程中桩身浆量总量。
7.7. 在试桩部位28天内禁止任何车辆通行碾压。
8、检验结果
成桩28天取芯检测试验，现场共取芯3根, 无侧限抗压强度试验结果分别为,25-11#桩2.09MPa 、1.70MPa 、2.02MPa ，23-17#桩1.92MPa 、1.95MPa 、
1.85MPa ，20-18#桩1.85MPa 、1.66MPa 、2.02MPa ，均满足设计要求强度。成桩28天做25-9#桩、23-15#桩、20-14#桩单桩复合地基承载力试验，均满足设计要求。后附试验报告。
9、通过试桩确定参数如下：
9.1. 水泥搅拌桩掺灰量选用:水泥为加固湿土重的18%,水灰比0.50。
9.2. 机械控制参数
钻进速度：0.6～1.2m/min；
提升速度：0.6～1.2m/min；
复搅下沉速度：0.7～1.2m/min；
复搅提升速度：0.6～1.2m/min；
泵压：0.6～0.8MPa ；
进入持力层电流值：60A 且呈稳定增长趋势；
钻机下沉最后30s 电流值：60～70A ；
总结如下：根据对上述水泥搅拌桩的试验成果分析，23-17#水泥掺入量18%，28天无侧限抗压强度分别为1.92MPa 、1.95MPa 、1.85MPa ，符合设计及验收标准；25-11#、20-18#桩水泥掺入量20%，对应28天无侧限抗压强度为2.09MPa 、1.70MPa 、2.02MPa ，1.66MPa 、2.02MPa 、1.94MPa ，符合设计及验收标准。28天做25-9#桩、23-15#桩、20-14#桩单桩复合地基承载力，均满足设计要求。以上试桩委托山东广信工程试验检测有限公司经钻芯法验证其强度，合格率为100%。通过对以上试验结果进行经济对比分析选定18%水泥掺量配比。施工参数可以采用上述第9项中的施工参数，作为以后施工的控制参数。