水泥搅拌桩在处理高速公路软土地基的应用

水泥搅拌桩在处理高速公路软土地基的应用水泥搅拌桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称，其工作原理就是利用专用的搅拌钻机将水泥浆等固化剂喷入软土地基中，并将软土与固化剂强制搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土结成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基的一种施工方法。根据喷射的固化剂类型，分为干喷和湿喷。该工艺于20世纪70年代首先由日本和瑞典分别提出、推广和应用，我国于80年代初引入此项技术。由于水泥搅拌桩具有无振动、无泥浆排出、对环境无污染、施工机械不复杂、施工效率高，同时加固效果好，能有效减少总沉降量、能承受较大的加荷速率、抗侧向变形能力强等优点，目前在高速公路建设领域应用得较为广泛。广州西二环高速公路部分地段利用水泥搅拌桩（干喷法）应用于桥头路堤软土地基的加固，对降低工后沉降取得了良好的效果，通过试验和观测，各项指标均满足了设计要求。现将有关水泥搅拌桩的施工、质量控制、检测等情况介绍如下：一、项目概况本项目利用水泥搅拌桩方案处理软土地段主要以亚粘土、淤泥质亚粘土及淤泥质粘土为主，软塑—流塑状，具有天然含水量高、高压缩性和抗剪强度低等特点，其对路基、路面以及人工构造物具有很大的破坏作用，因此对部分软土地基采用水泥搅拌桩进行加固处理。根据设计，本标段水泥搅拌桩桩径采用50cm，间距1.0～1.3m，桩长5～11m，桩位在平面上呈正三角形（梅花形）布置，采用干喷工艺，设计要求水泥土的7天强度0.8MPa，28天强度1.0MPa。二、水泥掺量的确定水泥搅拌桩的成桩原理是由喷射水泥干粉和地基土通过机械搅拌混合、固化而成的水泥土桩柱，因此，影响水泥土抗压强度的因素很多，主要有搅拌的均匀程度、水泥标号、水泥掺量、地基土的含水量和有机物含量等。对于既定的地质情况，只有采用适当的水泥掺量，才能达到经济、有效的目的。本项目对原装土进行了室内实验，水泥土的室内试验强度分别如表1所示。表1水泥土抗压强度试验连水泥标号闷42菌5谎普通硅酸盐水落泥绒天然含水限量棍(蚊％李)狡56.7垒56.7岩土的容重鼻(着g踢/假cm3荣)权1.530菠1.530绢有机质含量呜(抖％归)刑5.6改5.6魄水泥掺朵量锅(骨％夕)登20胃(莲即浅60kg/m侮)恼16.6姥(晒即税50kg/m崖)银会柔期变(订天呈)秘7摩28宵7鼻28脚水泥土强度切(差M韵Pa)静0.94业1炸.2女2捏0.58壁0.90注：90天龄期的抗压强度可由龄期T(天)的抗压强度RT求得：由试验数据可见，在相同条件下，水泥掺量增加，水泥土的强度显著提高，水泥掺量是影响水泥土抗压强度的最主要因素。同时有资料表明，软土含水量在50%--85%之间时,相同掺量下,含水量每增加10%,水泥土的强度将降低30%左右,当含水量大于70%时，土壤孔隙比很大，水分过大形成不了足够强大的水泥土柱体，将严重影响粉喷桩的强度，同时土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，柱体在形成过程中向下以及四周水平排水，不能形成竖向柱体，通常形成所谓的“掉桩”或“下沉”，严重的影响工程质量。考虑到现场施工条件所限，实际形成的水泥搅拌土体均匀度肯定达不到实验条件下的效果，为了确保工程质量，确定了水泥的掺量为20%(即60kg/m)。三、施工工艺1、施工机械：水泥搅拌桩的主要施工机械为钻机、粉喷机和空压机。钻机：是水泥搅拌桩的主要成桩机械，应具有动力大、操作灵活、能按不同速度均匀地正向钻进和反向提升、能前后左右自行移动的功能。喷粉机：是定量发送粉体材料的设备，包括储灰罐、发送装置、计量控制装置等，是粉喷机施工的关键设备。空气压缩机：为粉喷桩施工提供一定压力的气源，使水泥粉体克服喷灰口土体阻力而喷入土中。2、工艺流程水泥搅拌桩施工工艺流程见下页：调平、送风——→清理场地——→施工放样——→钻机定位——→钻进到设计深度(预搅)——→成桩——→喷粉、搅拌、提升——→离地面50cm停止喷灰——→复搅下沉到桩长1/3且不小于5m——→复搅——→提升——→钻机移位。厕秀3软、技术要求：掏（泻1忙）段钻机就位：就次位后的钻机台捆保持水平，不企倾斜、不偏移租。钻机的钻头抢对正桩位中心剑的误差不大于军设计规定的聋10cm踪，钻杆垂直度斗偏差不大滔于尝1.5汉%华。成（演2录）但、搅拌下沉：兽启动搅拌机，功放松桩架钢丝扮绳，使搅拌机耍沿导向架切土壮下沉，将土搅定松，下钻的速涛度根据土质的孔软硬情况调整粒快慢档。搅拌何下沉速度一般订为拜0.7轮m宗/s汁，钻进到设计蠢标高后，正在原地搅帜拌屠1好～窜2mi宣n兵。子（谢3间）鼓、订搅拌提升：钻渴头钻至设计深必度后，启动软喷粉机僵，出口压力保律持第0.仪4岭～辣0.6M膜pa骑，搅拌机边喷浙边旋转边严格钞按照设定的速昼度提升。贺（详4润）荡、怨为了确保质量亮，却重复上储述落2晋～蛛3字步，即采鸦用撒“夕复喷复目搅剃”饶工艺方法，重驾复次数按设计贤和试验确定，仿成桩结束。浅（房5柳）走认真做好施工华原始记录，施逢工过程中发生扔的情况都应在扒原始记录中反职映，对不符合架要求的粉喷桩云应注明采取的会措施和补救方菊法。棕四、质量控制联措施：歌1掩、吉加强对施工机嘴械设备的检验吉：浅（州1尝）咸每台桩机必须居配置可以控制脂桩身每米喷粉闹量的记录器，客且记录器上的规任何一个可操矮作的按钮和开洪关不得用于设羊定或操作时间赚、深度、喷粉遭重量、桩位编滨号、复搅深度煤、复搅次数等糟参数。侧（自2刺）赞桩机上的气压妙表、转速表、奉电流表、电子慧称必须经过标广定，不合格的裤仪表必须更换墨。英2举、底加强对原材料挠的检验币：留水泥的堆放应让该符合防雨、余防潮的要求，晶严禁使用过期捞、受潮、结块律、变质的水泥器。责3州、浑施工前必须进须行工艺试桩挽不同地段具有管不同的地质条原件，为了克服难盲目性，确保餐粉喷桩加固地冤基收到预期的疗效果，在粉喷弓桩施工前必须符进行工艺试桩晓，试桩数量不阻少撕于颤5尊根。试桩的目筋的是俱：廉（酸1流）提供满足设去计喷粉量的各下种操作参数。弊如管道压力、挡灰罐压力、钻卸机提升速度、鹅钻进速度、搅颈拌速度等。枪（拌2君）、验证搅拌愿均匀程度及成预桩直径。狠（价3控）、籍确定该地质条婚件下，合理的贵工艺流程。美（掩4裕）、着确定进入持力艰层的判别方法众。红4酱、浇三个重要施工妨环节的质量控六制措施仓（梳1盟）浇桩长按进入持卧力层控制伴价根据司在以往一些水往泥搅拌桩地段乎的沉降观测资板料表明宗，术搅拌桩必须恩尽量打至持力弓层上（一般控驾制竞为茫qc=800趋kp莲a哄），并且进入干持力层朋50cm轮左右。判别是己否进入持力层虽的方法可由钻来机钻到最深时晕的下钻速度和惕电流表的读数径来判定，辱本项目经过试示桩确定堪钻速度障达到验0.址5许米翠/萌分，电流值衫达到描额定电流值脂的乌125卡%色以上淡时，可以确定笑已经进入了持夜力层渠。拢（边2民）渡粉体计量控制奸绿粉喷桩的质量尾好坏与水泥掺辰入量的多少及涝喷粉的均匀性市有直接的关系伟，因此，如何丹来计量粉体是黄控制的关键。痛本项目采用的猛是电子称重法夺与钻机深度相伟结合的计量装尖置，它能在记君录上反映深度表、相对应每延闷米的喷粉量、皆总灰量等。粉挽体计量控制主译要应注意以下抄两点：积要保证喷粉的办均匀性，关键暴是掌握好钻头拨的提升速度。炉对于直径一定狭的粉喷桩来说接，粉体发送器精单位时间内水挖泥的喷出愚量再Q拌与搅拌轴提升企速度可由下式尿来确定：寸Q多=厨π古.D杨2殿瓶/4邀其中垮：唐D亏：俩桩体够直径到（游m灭）；芽厚R迈：软土的容重幼（虎t/m税3紧）；悔青S确：水泥掺入比粘；懒佛V候：钻头提升速烈度馋（牲m/mi衣n晨）留（赠3扔）些、外复搅控制柄岸水泥与土搅拌乓均匀程度是关延系到粉喷桩桩德体强度的关键探因素。大量的紫施工实践已充者分证明粉喷桩肝复搅与不复搅倒的质量相差甚调大。钻头喷出崭的粉体往往呈凑脉冲状，若不拾充分搅拌，粉傅体在桩中呈现拘层状，形成一醒种剖“梳夹音生统”耕，这样的桩即狠使水泥掺入量辉再多也没有强您度。复搅的作慌用在于通过充烂分的搅拌使粉伶体与土及水得篇到比较完全的餐接触与作用，刊促使桩体的形棕成。为了确保歌搅拌的均匀性献，施工时要严挑格掌握好钻机希提升速度、搅众拌叶旋转速度哄等，并应尽量及采用全桩复搅斧以保证质量。绘当桩长较长、葛土体天然含水铜量较高、粘性益重时，应采醋用矮“丛二喷二乏搅败”径的施工工艺接，陪防止出仔现孝“诸沉溪桩脂”招现象。梨五牺、鸡现场忌质量赔检测管根据水泥粉喷铲桩处理软土地障基的控但制参数及检测屯内容，检测水肥泥均搅拌绩桩施工质量常礼用的检测方法岁有目测法、截衰取桩段试压法绕、轻便动力触歇探法、静力触谢探法、钻孔取览芯法、应力波凉反射法、水电晨效应法和静载挣试验法矛等巡8权种三。茧本项目隔采用目测及信钻孔取芯法季，钻孔取样检控测方法长是在成桩一定址龄期后通过钻吸孔取芯来检查页桩长、桩各部件位的水泥含量伙、桩身水泥土每的喷粉、搅拌迹均匀程度及桩汁身抗压强度的衫变化情况。述钻孔取芯法是君检测水泥粉喷舒桩直观、可靠药、有效的方法仆，但由于粉喷霜桩横断面方向类有搅拌轴部位唉的喷灰盲区、贪水泥土强度不能是很高且桨桩体千层饼状葛的特点，因此久在采用钻孔取自芯法做单桩试军验时应特别注乐意娱孔位应避开喷枯灰盲区，宜定摧在离桩中纸心宽2/殊5于桩径处；寄另外让在整个钻进取扣芯过程中，钻咳杆必须始终保胞持规定的垂直诱精度冒。1、目测法框将桩体周围土躺体挖开，进行氧外观检查，检宽查其桩身水泥浪土的均匀性和平密实度、桩的盖直径和垂直度蜜。盯这2裙、悠钻孔取样进行派桩身强度试验帅在桩身不同部朴位钻取试样，员进行碌无侧限阳抗压强度试验执。另取样试验结果涉见连表拘2溪。侮表壁2缩桩身试样抗仙压强度试验吧膨桩圣抖号照龄朱期么(逢天我)琴强圣度历(礼M园Pa)慌桩丢热号掘龄沾期刑(勤天舟)炎强况度错(装M凶Pa)捧K残48+838剧31柿1.15皱K押48+890连32苗1.借29近K刷48+838喘31祖1.绵25粗K绕48+890偏32娃1.08葱K漠48+838绪31埋1.相04摄K可48+890弱32向1.墨37色K评48+838忧30膨1.1册0诱K芳48+890映29逼1.0红7府K殖48+838跪30园1.吊09捉K馆48+890图29哲1.甩15聪K嫂48+838拌30懒1.0删6畜K俗48+890亿29礼1.08朵佳视由我取样常试验结果可见豪，水泥土的强浩度均符合设计叶要求。螺结束话语华简水泥艇搅拌袜桩的笑施工，控关键在于施工扒工艺和质量