水泥深层搅拌桩在软基加固中的应用与检测

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【摘 要】水泥深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种较新的方法,具有施工工期短、材料来源广、造价低和加固效果明显等特点.近年来,这项技术在我市沿江地区的高等级公路深厚软土地基处理中得到广泛应用,取得了良好的效果.本文结合工程实践对其应用以及质量检验等环节进行了探讨.

【关 键 词】地基加固深层搅拌法施工工艺质量检验

随着公路施工技术的发展,需要在滨海、湖沼、谷地、河滩等地开发公路工程,在各种软土中修建公路,首先要解决的是软土地基问题.软土地基的地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且易发生沉降.而路基处理不好,则会造成路基开裂或路面起伏不平,造成大量的经济损失和资源浪费.因此,提出公路软基的处理技术是一项重要课题.

1水泥深层搅拌桩加固原理

水泥深层搅拌法是利用水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂强制拌和,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基.深层搅拌法加固软土所形成的桩柱体是一种介于刚性桩与柔性桩之间具有一定压缩性的桩,桩身强度越高,其特性越接近刚性桩；反之越接近柔性桩.桩越长,对桩身强度要求越高,但过高的桩身强度对复合地基承载力的提高以及桩间土承载力的发挥是不利的.因此,为了充分发挥桩间土的承载力和复合地基的潜力,通常使土对桩的支承力近似相等或略小于桩身强度所确定的单桩承载力,这样就可以使桩身强度与承载力相协调,使桩身强度充分发挥作用.

2水泥深层搅拌桩在我市沿江地区的应用

2.1泰州市沿江地区地质水文情况

泰州市沿江地区位于长江北岸,是典型的长江漫滩地区,地势平坦低洼,软土分布广泛,根据地质勘测成果表明,本地区地下水水质良好,软土为淤泥质亚粘土及粘土,饱和,呈流塑状,高压缩性,高孔隙比,厚度较大,呈层状分布,层厚1.1～9.0m不等,最大近20m.

2.2应用情况

近年来泰州在沿江地区陆续新建了一批高等级公路项目,对深、厚软土地基的处理广泛采用了水泥深层搅拌桩技术.一般来说,当软基处理深度大于15m,均采用深层搅拌桩,桩径为50cm,呈梅花型布置,桩心间距根据置换率不同介于1.0～1.5m之间不等,水泥土无侧限抗压强度设计值为1.5MPa.

3水泥深层搅拌桩的施工

深层搅拌桩是隐蔽工程,质量管理难度很大,首先是有一些施工单位质量意识薄弱,质量保证体系不健全；其次因受地质条件、施工工艺等技术因素的影响,有时成桩质量不如人意.如何确保深层搅拌桩的施工质量,使复合地基承载力达到设计要求,是我们在工程实践中一直探讨的问题.

3.1施工准备

（1）水泥深层搅拌桩施工场地应事先清表整平,清除桩处地上和地下的块石、树根、生活垃圾等障碍.使用全站仪测量放样,现场打十字桩,放出中心点,并按设计图纸布置桩位,等边三角形梅花型排列,并用小木桩或竹片桩定位,做好醒目标志.

（2）为了便于计算水泥用量,水泥深层搅拌桩采用32.5级硅酸盐水泥.使用前,承包人将水泥的样品送中心试验室（主要检验水泥标号、凝结时间、安定性等）或监理工程师指定的试验室检验,合格后方可使用.

（3）为了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度,承包人配备上海探矿机械厂生产的PH-5C型单轴打深层搅拌机2台,桩机机身应用油漆显著标明进尺刻度（1m一画）,以便同深度计随时校核,配套机械主要有灰浆拌制机、灰浆泵2台、灰浆池2个.同时配有性能良好的能显示钻杆进时电流变化的电流表、显示管道压力的压力表、计量浆液喷入量的水泥浆量监测记录仪和水泥浆比重器,并配备相应的电脑记录仪和打印设备.以上机械设备性能良好、稳定,在施工前经过计量检定合格,报监理工程师审核批准后准予开工.

（4）室内配方试验：在需要加固处理的软基范围内,选择有代表性的土层,钻探取样采集必要数量的试料土,试料土含水量必须在同一土层不同部位至少3处取样判定.水泥用量应按照设计文件要求取中值、+5kg·m-1和-5kg·m-13个水泥用量进行试验,地质情况复杂时可再适当增加+10kg·m-1等水泥用量的试验；采用外掺剂时要根据设计要求选择外掺剂的品种和用量.最终根据室内试验结果来确定实际施工时的水泥用量以及外掺剂的品种和用量.本地区水泥用量一般在50～60kg·m-1之间.

（5）正式施工前,应根据现场实际情况,进行成桩试验,取得各种机械参数,以确保大面积施工质量.成桩试验要求达到以下目的：1）掌握满足设计喷浆量（由水泥掺量及水泥浆水灰比换算得出）的各种技术参数,如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷浆压力等；2）掌握下钻和提升的阻力情况,选择合理的技术措施；3）试验室所确定的水泥土配合比是否适用于现场；4）检测桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求；5）检验加固剂分布的均匀性和有效加固长度能否符合设计要求.

3.2施工工艺流程

水泥深层搅拌桩施工工艺为：原地面平整→桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→制浆、正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→钻机移位至下一根桩.

根据本地区试桩结果,要高度重视复搅的作用.早期施工中,我们曾发现有桩体成型不好的情况,最初我们试图通过增加单位喷浆量来解决,但效果却并不理想,后来在并未增加单位喷浆量的情况下,通过增加复搅次数,取得了较好的成桩效果.本地区复搅次数一般都达到超过2次,有些段落复搅次数甚至达到6次.一般来说全程复搅次数越多,拌和越均匀,成桩效果也越好.

3.3施工中常见问题及质量控制要点

（1）进入施工现场的水泥应具备出厂合格证、质保书等质量证明文件.水泥的堆放必须符合防雨、防潮的要求,不使用过期、受潮、结块的水泥.（2）开机前必须先检查导向管的垂直度,施工中要随时观察和保持搅拌机底盘的水平和导向架的竖直.搅拌桩垂直度偏差≯1%,桩位偏差≯50mm,桩径偏差≯4%,搅拌头的直径应每天检查一次,确保桩头磨损量不超过10mm,成桩直径和桩长不得小于设计值.

（3）按已确定的施工工艺要求控制好水泥浆液,可采用泥浆比重计每台班检查4次.

（4）水泥浆制备：采用专用水泥浆搅拌机进行制浆,把浆液临时储在储蓄罐内,且利于人工或机械进行摆动,防止离析或沉淀.水泥浆制备应以单根桩储料为单位,按设计配合比计量投料并有富余量,搅拌时间大于4min,以保证水泥浆搅拌的均匀和水泥的活化.泵送必须连续,控制浆液的罐数、水泥和外加剂的用量及喷送浆液的时间,并有专人记录,形成技术资料归档.

（5）施工、监理单位应严格核查水泥、石膏等材料的入库、消耗、剩余情况,并与当日施工延米数和水泥等空袋子数目进行复核,各项数目应保持一致.

（6）正循环下沉钻进搅拌：第一次下钻时为避免堵管应带浆下钻,严禁带水下钻.采用低档,下沉速度由电机的电流监测表控制,工作电流控制在70A以内.搅拌杆有效长度应大于施工桩长,叶片直径不小于设计桩径,以保证满足设计桩长和桩径的需要.

（7）反循环上提喷浆搅拌：第一次喷浆应小于总浆量的1/2.严格控制喷浆时间和停浆时间,为保证水泥搅拌桩桩底、桩顶及桩身质量,第一次提钻喷浆时应在桩底部、桩顶部分别停留30s,进行坐浆搅拌,余浆上提过程中全部喷入桩体.喷浆压力控制在0.5～0.7MPa.施工时应连续喷浆,若因故停浆,应将搅拌机下沉到停浆点以下0.5～0.8m处,等恢复供浆时再喷浆提升.

（8）重复搅拌：在水泥掺入比达到一定程度时（一般为10%～15%）,保证搅拌程度比增加水泥含量对承载力的提高更有效.为了保证水泥浆与土充分拌匀,在电动机功率允许的前提下,应尽量多装几把叶片.在水泥掺量、喷浆压力和机具转速相同时,提升速度慢的桩身强度较高.

（9）施工过程中若发现喷浆量不足,应按规定进行整桩复打,复喷的浆液量仍应不小于设计用量.

（10）深层搅拌桩施工完毕后需养生28d,达设计强度后才能填筑路基和进行构造物的施工.

4质量检验

水泥深层搅拌桩施工后的质量检查一般常用以下几种方法：

（1）对深层搅拌桩成桩7d后桩身质量的检查,可以及时反映成桩效果,便于调整施工方案,确保施工的整体质量.具体的检测方法有：1）桩7d后外观鉴定.柱体圆匀,无缩颈和回陷现象；搅拌均匀,凝体无松散；群桩桩顶齐,间距均匀.2）成桩7d可采用轻便触探法进行桩身质量检验.检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的钻头,在搅拌桩身中心钻孔,取出桩芯,观察其颜色是否一致,是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团.

触探试验：根据现有的轻便触探击数（N10）与水泥土强度对比关系（见表1）来判别桩身强度是否满足设计要求.轻便触探器的深度一般不超过4m,水泥土7d强度一般为90d强度的0.25～0.5之间.

（2）全断面钻芯检测桩身无侧限抗压强度试验.在检测工作基础上,按统一的检测标准与评分方法,结合地质条件变化情况和桩身水泥土强度时间效应及深度变化情况,分别按现场描述特征、软硬情况、标贯击数、无侧限抗压强度等特征参数,并将不同龄期统一换算成28d龄期抗压强度进行综合评分.这种方法符合客观实际,大大减少主观因素,结论可靠,目前我省高等级公路均采用该方法对被检测桩进行质量评定.

5结语

从我市沿江地区高等级公路的施工和运营期间路基沉降观测结果来看,水泥深层搅拌桩对我市沿江地区深、厚软土地基的处理达到了预期效果,取得了良好的社会经济效益.在多年工程建设实践中,通过对该项技术的施工管理,有如下几点建议供工程界同行参考：

（1）软土地基处理在公路建设中为首要环节,软基处理属于隐蔽工程,且被路堤等构造物覆盖,构成隐患不便检查与补救.水泥搅拌桩是一种有效处理软基的办法,对公路建成后降低工后不均匀沉降、路的侧向移位和桥头跳车等都有显著的效果.

（2）根据水泥土反应机理和施工的实践结果来看,水泥掺入量达到一定值时,单纯提高水泥用量对强度提高不显著,提高搅拌的均匀性对桩的强度影响较大.对于不同的类型和不同性质软土,必须在现场采取有代表性芯样进行配合比试验,才可以达到设计的加固效果,如实反映设计要求.

（3）施工前做试验桩是必要的,以此确定的施工参数对大面积施工的质量控制很关键.制备好的浆液不得离析,泵送必须连续.拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人真实记录.

（4）施工过程中的搅拌质量（钻杆转速和复搅次数）对成桩质量影响大,作为质量控制的关键除了水泥用量以外,搅拌质量应作为重点来管理.因软土地基在不同地段、不同土层土质不同,为了能客观有效地评价深层搅拌桩施工质量和处理效果,质量检测宜采用多种方式综合测定、综合评分.