摘要：在水利工程建设过程中，针对淤泥、淤泥质土地基的常见处理方式有挤淤置换法、深层搅拌法、高压喷射注浆法等。但对于深厚淤泥层的处理，挤淤置换法和高压喷射注浆法均不适用，若单独使用水泥搅拌桩法，因搅拌桩的长度不宜过长，可能无法满足深厚淤泥层的处理要求，且桩间土的固结沉

在水利工程建设过程中，针对淤泥、淤泥质土地基的常见处理方式有挤淤置换法、深层搅拌法、高压喷射注浆法等。但对于深厚淤泥层的处理，挤淤置换法和高压喷射注浆法均不适用，若单独使用水泥搅拌桩法，因搅拌桩的长度不宜过长，可能无法满足深厚淤泥层的处理要求，且桩间土的固结沉降也难以解决，不能完全解决地基问题。当软弱土层较厚或只有在较深处才有能满足承载力要求的持力层时，地基处理的方式可采用预制桩、灌注桩等。

1.1沉降性强

临海高填方区域软土地基沉降特性明显，土体在荷载影响下发生持续性变形。软土层压缩变形主要表现为一次固结沉降和二次固结沉降两个阶段，二次固结沉降占总沉降量比例较大，地基沉降表现出显著的时间效应。填方区域软土主要由淤泥质黏土组成，含有大量有机质，土质疏松导致压缩性极大，软土层在压力作用下表现出明显的压缩特征，沉降曲线呈现非线性变化规律。

1.2含水量高

临海高填方区域软土地基普遍表现出高含水量特性，土体含水量远超过液塑限，软土层孔隙比大，土粒间结构松散。高含水软土呈现出流塑状态，土体结构在外力作用下容易破坏，软土层中存在大量结构性孔隙水，孔隙水压力消散速度慢。填方区域软土层有机质含量高，土体分解程度大，高含水量条件导致软土层在荷载作用下容易产生侧向挤压变形，影响地基整体稳定性。土体高含水状态使其表现出显著的流变特性，力学性质随时间发生改变。

2.1提升地基承载力

水泥搅拌桩与管桩联合施工创建了高效率的复合地基承载体系，管桩深入坚实持力层发挥主要承载作用，水泥搅拌桩加固的桩间土形成整体承载结构，地基承载力较传统单一地基处理方式提升50%以上。复合地基中水泥搅拌桩改良的桩间土体围护管桩，增大了管桩的侧向约束条件，提升了桩基抗弯能力和抗剪强度。在竖向荷载作用下，管桩桩端持力层产生的端阻力与桩侧摩阻力协同工作，极限承载力提高明显。改良后的桩间土体与管桩产生群桩效应，地基承载力随管桩周边土体强度增加而增大，地基承载能力随时间持续提升。

2.2增强桩间土作用

水泥搅拌桩加固桩间土后，土体强度提高到原状土的3~5倍，桩间土抗剪强度、抗压强度显著增加。桩间土体被水泥搅拌桩加固改良后，土体结构趋于密实，压缩性明显降低，改良土体变形模量提升到原土体的4~6倍。加固的桩间土为管桩提供坚实的侧向约束，使管桩与改良土体形成牢固的整体，荷载在桩土之间产生良好的应力传递机制。水泥搅拌桩改良后的桩间土形成网格状加固体系，桩间土变形协调性好，荷载沿桩体均匀传递，避免了局部应力集中现象[2]。

3.1优化双向成桩工艺减少地层扰动

水泥搅拌桩-管桩联合施工全程精准控制桩位偏差与垂直度，提前收集桩位区域地层分布数据并制定桩机行走路线图，最大程度降低搅拌施工扰动范围。管桩沉桩速率根据土层特性动态调整，强夯施工前期合理控制锤击能量与夯击次数，后期采用低能量多夯击方式减少地层隆起。搅拌过程中严格控制搅拌速度与提升速率，确保土层改良均匀度。管桩就位入土阶段采取低频振动，穿越软土层时减小振幅振动沉桩，入土到位后立即停振，避免周边土体松散。联合施工时分区域交叉作业，管桩沉桩与搅拌均匀搭配，保证相邻区域土体应力释放充分。搅拌桩施工采用多轴搅拌钻头，降低单桩扰动半径，避免相邻桩位土层重复扰动。

3.2创新三维定位系统提升双桩施工精准度

软土地基联合施工导入三维定位系统，BIM技术建立精准桩位数据库，预设施工区域三维坐标点，管桩与水泥搅拌桩位置信息实现数据共享。定位系统将设计桩位坐标传输至现场施工设备，GPS定位仪引导振动沉桩机就位，激光测距仪持续校核水泥搅拌桩轴线偏差，搅拌钻头角度传感器监控钻进轨迹。搅拌桩施工采用自动化定位装置，机械臂按预设轨迹完成定位钻进，智能纠偏系统确保桩位精准度，深度探测仪监控桩端与持力层接触情况，管桩定位系统与搅拌桩监测设备形成联动机制。

3.3构建双桩施工自动化作业系统

水泥搅拌桩与管桩联合施工引入智能化控制系统，中央处理器根据地质勘察数据建立土层三维模型，实时调节搅拌桩施工参数与管桩沉桩能量。自动化系统配置搅拌钻头速率控制器与管桩振动频率调节器，搅拌钻头旋转速度随土质变化自动调整，管桩沉桩能量根据贯入阻力智能调节。现场施工机械装配多重传感器，搅拌桩深度、提升速率、水泥掺量实现程序化控制，管桩贯入度、垂直度、振动参数保持最优配比。双桩施工过程中机械设备互联互通，管桩施工数据为搅拌桩参数优化提供依据，搅拌桩改良效果指导管桩沉桩能量选择。自动化系统建立施工参数反馈机制，双桩成桩质量与土层改良效果形成数据闭环，确保施工精度与质量4。

3.4建立施工参数大数据分析平台

水泥搅拌桩-管桩联合施工大数据平台针对性采集搅拌桩固化剂用量、搅拌速度、提升速率，管桩沉桩能量、桩位偏差、贯入度等施工参数，建立双桩施工工艺数据库。平台将水泥搅拌桩搅拌头转速、提升速度与管桩振动频率、打桩能量等工艺参数进行系统关联，分析两种工艺之间的相互影响规律。大数据分析平台对搅拌桩施工过程中的固化剂掺量、搅拌速率、提升速度与管桩施工的沉桩阻力、贯入度、桩位偏差等数据建立参数优化模型，指导联合施工工艺参数调整。历史工程数据库积累不同地层条件下水泥搅拌桩与管桩联合施工经验，为相似工程提供施工参数组合参考。

4.1工程概况

中山市某城市主干道，场地内均布深厚软土层，主要为淤泥、淤泥质土，软基处理面积约25万平方米，软土具欠固结、低承载力、高含水量、大孔隙比、弱透水性、低强度、高压缩性及高灵敏度等特殊性能，作路基时易产生不均匀沉降、过量沉降、路堤失稳及桥头跳车等现象。工程建设要求复合地基承载力达到100kPa,最大允许沉降量控制在30mm内。水泥搅拌桩直径50cm,桩体所用水泥为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水灰比宜为0.5~0.6,水泥掺合量约为20%,设计水泥量不低于65kg/m,28d单桩承载力不少于60kN。管桩采用预应力混凝土管桩(PHC-400-AB-95),AB型，单节长度为7~12m,桩径40cm,壁厚95mm,管桩离心砼强度为C80。桩顶托板采用C30钢筋混凝土，厚35cm;施打后要求单桩承载力不小于设计值，桩底进入持力层深度不小于1m。管桩与水泥搅拌桩均采用正方形布置，管桩与水泥搅拌桩之间的间距为1.2m。联合施工工期120d,总工程造价6.93亿元。施工区域划分为4个作业区，每个区域配备2台搅拌桩机与2台液压打桩机，管桩施工时须隔桩跳打。

4.2成本控制措施

在施工过程中，对地基的沉降、水平位移、孔隙水压力等关键指标进行实时监测，并通过数据分析及时了解地基加固的效果和存在的问题。这种监测与调整机制有助于及时发现并解决问题，确保加固效果达到预期目标。

通过采用合适的固结模型(如Usher-Spillman模型)对路基土体的沉降发展趋势进行预测，并根据预测结果调整施工参数和加固方案。这种基于模型的预测与控制方法有助于实现沉降的有效控制，减少工后沉降对工程质量的影响。同时施工过程中管桩与水泥搅拌桩采用隔桩跳打的施工工艺，降低了土层扰动，有效避免了搅拌桩歪斜、短桩等质量问题。同时，在施工过程中采用自动流量计可有效提升水泥浆的比重控制，有效降低水泥量的损耗。最后，项目管理团队通过将施工作业人员、桩身桩长、泥浆配比、桩基设备运转等系统性监视监测后，从人-材-机三个方面加强了现场管理，持续优化完善施工工序，在保证施工质量的同时降低了成本。

4.3实施效果分析

该工程水泥搅拌桩-管桩联合施工前期对地基承载力、沉降量进行监测数据采集，施工过程中持续监测地基改良效果，形成完整数据记录，具体数据见表1。

水泥搅拌桩-管桩联合施工对于地基承载性能的提升作用极为显著。地基承载力从改良前的40kPa大幅攀升至165kPa,超越设计要求的150kPa,其提升幅度高达312.5%。最大沉降量由原先的133mm有效缩减至28mm,满足设计值30mm的要求，沉降量降低比例达到78.94%,极大地降低了道路后续因沉降而产生问题的可能性。地基变形模量从3.5MPa提升至11.5MPa,提升幅度为228.6%,增强了地基的稳定性与承载变形能力。桩间土抗剪强度从10.6kPa提升至33kPa,提升幅度达211.32%,显著提高了地基土体抵抗剪切破坏的能力。压缩模量从1.877MPa增长至5.6MPa,提升幅度为198.34%,改善了地基土在承受压力时的变形特性。侧向位移量从65mm被精准控制到25mm,降低幅度为61.5%,保障了地基在侧向力作用下的稳定性。

案例数据显示该工程运用水泥搅拌桩-管桩联合施工技术改善地基承载性能，各项指标全面改善。现场施工采用新型三维定位技术结合自动化作业系统，实现双桩施工精度管控目标。大数据分析平台建立施工参数标准化体系，指导水泥掺量配比与管桩沉桩能量调节。施工过程中优化双向成桩工艺，避免土层扰动加剧，确保桩基质量。工程竣工验收报告表明，水泥搅拌桩与管桩联合施工工艺成熟可行，经济效益显著,土层改良效果理想，适用于临海软基处理工程。

综上所述，水泥搅拌桩-管桩联合施工技术在临海高填方区域软土地基处理中发挥显著作用。优化双向成桩工艺减少地层扰动，创新三维定位系统提升施工精度，构建自动化作业系统提高施工效率，建立大数据分析平台实现参数优化。工程实践证明，联合施工工艺提升地基承载力，增强桩间土作用，缩短施工周期，实现成本控制目标。未来联合施工技术将在智能化、信息化方向持续发展，为软土地基处理工程提供更多技术支撑。

来源：巨子令工程咨询