大直径水泥搅拌桩在软土地基道路中的应用

大直径水泥搅拌桩在软土地基道路中的应用

范晶晶

（中铁建珠海投资开发有限公司， 广东 珠海 519010）

中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）05-0303-02

摘要：软基方案的选择及处理效果是决定软土地基道路投资及施工质量的关键。大直径水泥搅拌桩作为近年新提出的技术，解决了普通水泥搅拌桩打设深度较浅的问题，处理效果较好，经济性突出。本文以大直径水泥搅拌桩为研究对象，就其在市政道路软土地基中应用展开论述。

关键词：大直径水泥搅拌桩；软土地基；经济；质量；应用

软土地基道路一般应进行软基处理，以提高地基承载力，增加地基稳定性，减小工后沉降。软土地基的处理方法很多，目前常采用堆载预压、真空预压、水泥搅拌桩、素混凝土桩、高压旋喷桩、管桩等方式。大直径水泥搅拌桩主要用于加固深度超过20米的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力不大于120kPa的地基，较常规复合地基造价更低，是近年发展起来的在软土地基处理中应用较为成功的一种新方法。

1 大直径水泥搅拌桩技术

1.1技术原理

大直径水泥搅拌桩技术是以水泥作为固化剂，运用改进后的搅拌桩机将水泥送入土体并进行搅拌，使水泥与土充分接触并发生一系列物理化学反应，使软土硬结，达到强化软土地基的作用，提高地基强度。 1.2技术优势

大直径水泥搅拌桩除继承了普通水泥搅拌桩施工简单、振动小、挤土效应弱、无公害等优点外，还具有以下优点：

1.软基加固深度明显加大。普通水泥搅拌桩加固深度一般最大为15~20米，大直径水泥搅拌桩加固深度最大值达到30m，适用性更强，对处理深厚软基更有效。

2.桩间距加大。普通水泥搅拌桩桩间距一般为1m左右，大直径水泥搅拌桩桩间距可达2米以上，有利于保持土的天然结构，充分发挥硬壳层的自身强度。

3.经济性更好。大直径水泥搅拌桩较素混凝土、管桩、高压旋喷桩等复合地基造价更低，经济性更好。具体见下表：

复合地基经济性对比表

序号 处理方案 平均桩长（m) 桩径（m) 桩间距（m)

综合单价(元

/m2) 1 大直径水泥搅拌

桩 25 1 2 1310 2 素混凝土桩

25 0.4 1.8 1450 3 管桩 25 0.4 2.2 1520 4

高压旋喷桩

25

0.5

1.55

1750

备注：参照广东省2018年5月份相关信息价，结合各类桩桩长、常用桩径及桩间距估算而得

2 大直径水泥搅拌桩经济性优化分析

2.1设计阶段经济优化分析

设计阶段是决定方案经济性的关键阶段。决定水泥搅拌桩造价的关键因素包括桩长、桩间距、单米水泥掺量，本文主要就单米水泥掺量分析方案的经济优化。《复合地基技术规范 GB/T 50783-2012》提出“固化剂掺入比应根据设计要求的固化剂强度经室内配合比试验确定，水泥掺入可取10-20%”。但实际上大部分地区在开展设计前，不经室内配合比试验，直接采用地区经验值，如《广东省公路软土地基设计与施工技术规定 GDJTG/T E01-2011》等地方规范约定“搅拌桩水泥掺量宜为15%～25%，含水量高时取大值。含水量高于70%时，应通过配合比试验确定水泥掺量。”含水量低于70%不再要求设计阶段做配合比试验。因此对于地质含水量小于70%的，设计单位一般不经试验直接取中间值计算。鉴于软基处理一般涉及造价较高，尤其是规模较大的主要干道，软基处理造价很高，不经试验直接取中间值，可能存在较大的投资浪费。 2.2施工阶段经济优化分析

在施工阶段，施工单位没有优化设计图的“冲动”，反而想保住设计水泥用量值。在开展室内试配试验时，基本上还是按照设计规定的水泥掺量值执行，实际上试验的优化作用不明显。项目开工建设前，不能对水泥掺量进行实质性优化，

基本按照设计施工，造成投资无法得到节省。

因此，水泥搅拌桩投资控制依然存在较大的空间，需要投资方高度重视，转变习惯做法，充分发挥试验的作用，做好试验监督、分析，根据试验结果优化水泥掺量，从而节省投资。

3 大直径水泥搅拌桩质量关键指标管控

鉴于设计阶段水泥掺入量采取的是经验值，可能存在一定的优化空间，施工方有利用此“空间”故意减少水泥实际用量的可能性，此外，水泥搅拌桩属于隐蔽工程，施工持续时间长，作业点多，造价高又难以监管，受利益驱使极易出现偷工减料行为。

大直径水泥搅拌桩施工控制参数很多，施工中所有故意“偷工减料”行为归根结底是为了减少水泥用量，而水泥用量取决于水灰比及喷浆量两个指标，围绕这个关键点去监管才能抓住要害、有的放矢。常见的“偷工减料”行为有：（1）桩长不足；（2）钻杆提升速度过快，搅拌喷浆时间不足；（3）水灰比加大；（4）复搅复喷深度不足；（5）上部桩径满足要求，下部桩径不足等。以上部分做法很具有隐蔽性，监督较为困难。

针对以上偷工减料行为，常规要求是加强技术人员、监理的旁站监督，做好施工记录，但实际上因技术人员、监理人员数量经常严重不足，且桩机作业点多，24小时施工，实际上人员很难完全旁站监督施工，造成质量失控。第二种常见做法是要求桩机安装自动记录仪，自动记录打设桩长、复搅深度、水泥浆用量等指标，并随机抽检水灰比，达到控制目的，但常出现自动记录仪被人为设定修改等情况，造成自动记录仪记录不实，无法起到控制质量的作用。在施工管理中，本

人认为一是可以利用先进的监控技术，而不是完全靠人力旁站监督，如现场设置监控摄像头，实时传输到监管后台，减少人力成本，同时起到震慑作用；二是进行暗查，在施工方不知情的情况下，监督人员记录打桩过程相关数据，当场与自动记录仪机打小票进行比对，发现自动记录仪作假的，停工整顿，严肃处理；三是重点检查水泥采购、进出场、过秤、送检、水泥款支付等环节，围绕水泥用量这个关键点进行控制；四是明确检桩桩位由建设单位组织公开随机摇号抽选，防止检桩环节出现舞弊行为。

4 工程实例

4.1工程概况

广东省珠海市某道路是城市主干道，长约2公里，宽60米，所处区域软土层深度较大（约20~30米），紧邻道路南侧有110kv高压线通过，采用堆载预压、真空预压处理方式安全风险过大，采用普通水泥搅拌桩处理深度无法达到要求，而素混凝土桩、高压旋喷桩、管桩等处理方式造价过高，综合考虑安全、质量、造价等因素，软基处理采用了大直径水泥搅拌桩处理方式。 4.2应用效果

大直径水泥搅拌桩振动小，挤土效应弱，经监测，对旁边高压电塔影响很小，保证了高压线安全。桩基质量经检测，单桩承载力大于300KN，复合地基承载力大于100kpa，满足了设计和工后沉降要求。采用大直径水泥搅拌桩总造价较其它复合地基处理方式节省造价2000万元以上。

在项目施工中，通过设置监控摄像头、检查水泥数量、随机抽查核验自动记录仪的准确性、随机摇号抽桩检验等具体措施，及时发现了存在的质量问题并予以纠正，控制了大直径水泥搅拌桩质量，效果良好，检桩合格率达到100%。 4.3值得关注改进的地方

（下转第141页）

Equipment technology装备技术 141

量如表1所示：

主梁

桥墩

桩基与承台

混凝土钢筋钢束混凝土钢筋混凝土钢筋2222222222

（m/m） （kg/m） （kg/m） （m/m） （kg/m） （m/m） （kg/m） 0.

190

43

0.09

47

0.8

63

表 2主体材料用量

与国内一般现浇连续箱梁相比，无支座连续刚构体系在下部结构方面可节约混凝土材料约20%，在上部结构方面可节约混凝土材料约25%。以上数据仅供探讨，不排除部分桥梁人正在或已经对现浇连续箱梁的上下部结构尺寸进行了优化。

图 4主梁边墩墩顶后浇带示意图

2.2 下部结构

桥墩采用薄壁形式，墩高范围约3.0m~15.0m，边墩厚0.6~0.8m、中墩厚度1.0~1.4m，壁厚随墩高增加而增加；桥墩顶部横向与梁底同宽为2.4m，墩底一定高度范围按1/30坡度横向加宽，变宽点高度随墩高增加而增加；中墩截面形状近似为矩形，边角按30×30mm直线倒角，墩厚中部设有梯形凹槽；边墩截面近似为矩形，纵桥向外壁中部隆起50mm，相邻两联边墩形成由中部10cm扩大至两侧20cm的变宽梁缝。

地基采用群桩基础。承台尺寸为6.5m×6.5m×2.0m，桩基采用4-D1.5m钻孔灌注桩。大部分桩基按嵌岩桩设计，基岩埋深较大时按摩擦桩设计，平均桩长约45米。桥梁位于道路绿化带时，承台顶埋深大于0.9m以保证地面道路结构的连续性及行车平顺性。

下部结构一般构造见下图5所示：

3 施工方案

节段预制主梁采用两台上行式架桥机逐孔拼装，主体施工步骤如下： 1）下部结构及中墩0号块现浇施工；

2）架桥机逐孔架设主梁，并落梁支撑于临时钢立柱上形成简支体系； 3）施工墩旁湿接缝、张拉墩顶及底板连续钢束，形成刚构连续梁体系； 4）浇筑边墩顶后浇带，形成无支座连续刚构体系。 5）拆除临时钢立柱，施工桥面附属，成桥。 上述施工步骤形成施工流水，互不干扰，正常情况下完成一孔梁架设需要3~4天。

4 预制场

预制场由施工单位（中铁五局机电公司）自筹资金建设，坐落在广汕公路旁边，场地条件较好。预制场配套自建混凝土搅拌站，占地约60亩，共设置2条生产线，共10套短线法节段预制模具，生产2122片节段梁。正常情况下节段梁的生产效率约2.5天/榀。

预制场总体规划按功能分为混凝土搅拌站、材料堆放及试验区、钢筋加工区、钢筋绑扎区、节段预制区、节段梁修整区、节段梁存梁区、办公生活区等。

5 结束语

无支座连续刚构体系及短线法节段预制技术是顺应时代发展的领军技术，它们的结合不是必须的，但它们的结合将会给主体桥梁工业化实施带来无可比拟的变革。

广州地铁21号在确保结构安全、经济、耐久的前提下，秉承绿色建设理念、全寿命期周期理念、可持续发展理念，选择了基于短线法节段预制的无支座连续刚构体系做为全线主体桥梁的设计方案,符合国家交通设施产业战略升级导向及国家资源战略、信息产业发展、生态文明的导向。

作者对无支座连续刚构体系的普及推广持积极态度，相信国内的主体桥梁将会逐渐大量采用节段预制无支座连续刚构体系，那时结构自身安全经济、景观包容可塑性强、建设过程绿色文明、运营期间耐久省心。

参考文献

[1]吴文化，孙峻岭，向爱兵.中国交通基础设施产业升级战略研究[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2018,71-73.

[2]朱六兵.无支座连续刚构体系在六号线中的应用[J].建筑监督检测与造价，2017,10(2):38.

类似项目中，要在设计阶段更加科学合理确定水泥掺量，在施工前做好配比试验，做好水泥掺量优化，在保证质量的基础上控制投资，减少浪费。

总之，大直径水泥搅拌桩具有较好的软基处理效果，费用相比常规水泥搅拌

大直径水泥搅拌桩强度检测结果

序受检桩号 桩径 号

(#)

(mm) 施工水泥土设桩长

计强度

2.7~3.0m1~1.3m

（m) （MPa/90d) 1.5 1.5 1.5

抗压强度检测值

MPa

11~11.3m21.7~22m5.65 4.75 3.37

处芯样 处芯样 处芯样 11.7~12m18~18.3m5.94 4.7 6.35

处芯样 处芯样 处芯样 14.7~15m26~26.3m5.59 6.11 7.37

处芯样 处芯样 处芯样

桩、高压旋喷桩、管桩等更经济，在处理较厚的软土地基上有其优越性，值得借鉴推广。另外，大直径水泥搅拌桩的设计优化、质量控制不容忽视，是今后需要进一步研究改进的重点。

参考文献

[1]张晓洁.水泥搅拌桩技术在道桥工程软基处理中的应用[J].四川水泥,2017,(07)

[2]何攀.水泥搅拌桩施工技术在软基加固中的应用及质量控制[J].江西建材,2017,(10)

[3]徐丽玲.水泥搅拌桩技术在公路工程软基处理中的应用[J].交通建设与管理,2015,(Z2)

图 5下部结构一般构造图（单位：mm）

2.3 主要材料用量

材料用量是影响建设期成本的重要因素，也是检验桥梁工程是否低碳、绿色及可持续性的重要指标。

广州地铁21号线主体桥梁采用无支座连续刚构体系，该体系在减小下部结构单体尺寸方面、在减少下部结构总体数量方面、在优化箱梁截面尺寸方面具备节约建筑材料的优良特性，桥梁工程师据此做出了积极有效的努力，其主体材料用

（上接第303页）

根据本项目大直径水泥搅拌桩检测情况，选取三根具有代表性的桩检结果进行分析，见下表：

1 JZ6-1-21 1000 24.4 2 JZ8-30-31 1000 20.5 3 JZ11-35-321000 27.5

2.7~3.0m桩检报告显示桩体90天无侧限抗压强度为3Mpa至8Mpa，远高于设计规定的1.5Mpa，反应出原设计采取的水泥掺量经验值选用存在一定的优化空间，在今后