水泥搅拌桩处理铁路软弱地基施工技术

侯建杰

水泥搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基方法的一种形式,它是利用水泥、石膏等材料作为固化剂,通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂强制搅拌,发生一系列物理—化学反应而形成的柱状固结体;它是搅拌桩的一种,能使软弱土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。水泥搅拌桩适用于饱和软黏土、亚黏土、砂类土、黄土、淤泥质土等地基,具有适用范围广、工艺简便、固结体质量容易控制等特点。

1 工程概况

广州—珠海铁路SG-5标段(DK124+658～DK187+700)位于珠三角的西翼,横跨江门、珠海两市,线路正线长度63.225 km,铁路等级为Ⅰ级,正线数目为单线。DK135+500～DK135+830段,地貌为丘陵缓坡及宽阔的丘间谷地,地形平缓开阔。地层有冲击成因的淤泥质土、黏土及砂层分布,地表以下1.0 m～2.0 m为普通土,γ=18 kN/m3,Es=3 MPa,C=20 kPa,φ=25°,φcu=25°;2.0 m～4.6 m为淤泥质土,γ=15.7 kN/m3,Es=2.0 M Pa,C=5.2 kPa,φ=4°,φcu=13°;4.6 m～ 6.6 m 为淤泥质粉黏土,γ=17.3 kN/m3,Es=2.6 MPa,C=9.0 kPa,φ=8°,φcu=7°;往下为中砂层,厚3 m～12 m,基岩为燕山区花岗岩,全风化。该段路基采用水泥搅拌桩加固,桩径0.5 m,桩间距1.1 m～1.3 m,正三角形布置,桩顶铺设0.5 m厚砂砾石垫层,中间铺一层50 kN/m的土工格栅。

2 施工工艺

2.1 工艺性试验

1)工艺选择。采用湿法按二喷四搅工艺施工(见表1)。

表1 二喷四搅湿喷法[1.08 m(四挡)下→1.27 m(四挡)上]

2)选定配合比及掺量。试桩水灰比按0.5∶1(重量比)进行,其水泥掺入量按50 kg/m,55 kg/m,60 kg/m,65 kg/m四种控制,搅拌桩采用PC32.5水泥,石膏掺量为水泥重量的2%。

3)试桩检测。试桩施工完成28 d后,采用双管单动取芯法取芯,检验桩体的连续性和完整性,桩顶面以下0.5 m,1.0 m,1.5 m截取三段桩体,进行无侧限抗压强度试验,各种配比成桩检验2根。同时选择2根～3根进行单桩承载力试验。最终选定无侧限抗压强度和承载力试验均满足设计要求的参数进行施工,并报监理和业主审批。

2.2 水泥搅拌桩施工工艺流程

水泥搅拌桩施工工艺流程见图1。

2.3 施工工序

1)桩位放样:施工前先平整场地,根据设计桩位进行施工放样,在桩位处用细竹桩设立标记,以便进行桩基对位。2)搅拌机械就位,对中桩位,测试桩机垂直度并注意机械的稳定和平衡。3)启动调试搅拌机械。4)制备水泥浆,并注入集料斗中,水泥浆机不能停,且浆液拌制好到喷出时间间隔尽量缩短,防止结块或离析。5)第一次下沉喷浆搅拌,搅拌机到达设计深度后,为保证水泥搅拌桩桩端及桩身质量,在桩底部停留10 s进行磨桩端,按规定速度提升搅拌机钻头。喷浆过程不能断浆或停机,防止堵塞。6)第一次提升喷浆搅拌,搅拌机到达停浆面,为保证水泥搅拌桩桩顶及桩身质量,在桩顶部位进行磨桩头,停留时间为30 s。7)重复对搅拌桩桩身进行二次搅拌,少量喷浆防堵管,按确定的速度提升搅拌机。8)成桩结束,移动搅拌桩机,施工下一根桩。

2.4 质量控制

1)施工时根据钻孔机械对底层的电流感应及压力表的压力反馈,流塑地层可以适当进行喷量的增加。2)所有施工机械均应编号,应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处,确保人员到位,责任到人。3)水泥搅拌桩开钻之前,应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象,待水排尽后方可下钻。4)为保证水泥搅拌桩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。5)对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷射搅拌提升时间以及复搅次数。6)施工人员必须检查钻机的计量器和打印机的完好性、准确性。随时检查施工完每根桩打印出的电脑小票的各项技术参数,对不符合设计要求的桩体及时采取补救措施。7)施工前应画好施工桩位图,对每一个桩进行编号,然后根据桩位图进行施工现场定位并挂上明显的编号牌(或辨认标志),防止施工时漏桩。

2.5 安全控制

1)严格执行安全操作规程,做好安全教育和过程检查。

2)各类密封圈必须完整良好,安全阀中安全销要进行试压试验,指定专人定期检查压力表。

3)高压泵司机、钻机司机和浆液搅拌组要密切配合,一旦发生故障,要及时联系停泵停机,及时排除故障,做好设备运转情况的记录,以备复查分析。

2.6 质量检查

成桩28 d后,进行单桩承载力和取芯无侧限抗压强度试验,抽检数量为总桩数的2‰,且不少于3根。

3 结语

水泥搅拌桩是一项比较难以控制的施工工艺,广珠铁路引入水泥搅拌桩加固软土地基,是成熟技术在新领域中的一次运用,SG-5标段在铁路软土地基处理62万延米搅拌桩施工中,严格按照规范及设计要求去施工,严格质量控制,取得了优异的成绩。通过对水泥搅拌桩28 d后,钻芯取样无侧限抗压强度和单桩静荷载检测,达到合格率100%,检测各项指标均达到设计要求。通过施工积累了水泥搅拌桩施工的宝贵经验,为今后同类工程在类似地质条件下的施工提供了技术参考。

[1]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2]GB 50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].