双向双轴水泥搅拌桩加固软土地基施工技术

李海生

(中铁十二局集团第一工程有限公司,山西临汾 041000)

双向双轴水泥搅拌桩加固软土地基施工技术

李海生

(中铁十二局集团第一工程有限公司,山西临汾 041000)

双向双轴水泥搅拌桩加固软土地基,有效地保证了地基稳固。通过汉宜铁路工程实例,叙述了加固软基的双向双轴水泥搅拌桩的作用原理,施工工艺、施工方法及实用价值。

软土地基 双向双轴水泥搅拌桩 加固 施工

1 工程概况

汉宜铁路DK131+810～DK132+320段路基基底表层为种植土、人工填土等,厚一般 0.3～0.5m,局部表层覆盖素填土,杂填土,杂色,厚 0.5～1.2 m。其下为粉质黏土,黏土,浅黄色 ～褐黄色,软塑,厚 21～26.6m。夹细砂,浅灰色,稍密,饱和,厚 0.6～2.4m。其下为细砂,灰色,中密 ～密实,饱和,厚 ＞20 m,局部夹粉质黏土层,灰色,硬塑状。为保证路基填筑施工质量,设计采用多向水泥搅拌桩加固地基,桩径 0.5 m,桩长 9.94～15.65m,桩间距 1.3 m,呈正三角形布置。

2 施工原理

双向双轴搅拌桩利用水泥作为固化剂,采用由PH-5型粉喷桩机改进的“双向、双轴水泥土搅拌桩机”,双向、双轴、多层叶片同时搅拌,边钻进边向松软土中喷射浆液。在地基深处将软土和水泥强制搅拌后,水泥和软土将产生一系列物理和化学反应,使软土固结改性,从而改善软土地基物理力学性质,提高复合地基承载力。优点是克服了常规水泥土搅拌桩施工中搅拌不均匀、浆液上冒的缺陷,桩身强度有较大提高。经室内实验室配合比试桩,桩身 90 d水泥土桩无侧限抗压强度可达 1.3 MPa以上。

施工利用现有的 PH-5型粉喷桩成桩机械作为机架,由位于钻机底部操作台的动力系统,通过外钻杆传递动力,再通过钻杆顶部配备的专用传动箱,采用同心双轴钻杆。在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口,在外钻杆上安装反向旋转叶片,通过外杆上叶片反向旋转过程中的压浆作用和内杆正向旋转叶片同时搅拌水泥土,阻断水泥浆上冒途径。把水泥浆控制在最上、最下两组叶片之间,保证水泥浆液在桩体中均匀分布,确保成桩质量。

3 施工方法及工艺

施工工艺流程见图 1。

图1 双向双轴水泥搅拌桩施工工艺流程

3.1 施工准备

1)施工前根据设计文件对路基范围内的管线进行调查核实和迁改,对没有迁改而施工中又可能对其造成影响的管线,加强施工防护。

2)检查注浆材料配比及高压喷射设备性能。

3)根据设计桩位布置图进行桩位布设。

4)对基底进行场地平整,做好排水系统。

3.2 施工步骤

1)定位：搅拌桩机就位、调平,钻头对准桩位。

2)制备水泥浆：待搅拌桩机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥,水泥浆水灰比为 0.6,每方水泥浆水泥用量为1 071 kg。

3)钻进喷浆：待搅拌机的冷却水循环正常后,启动搅拌机电机,使钻杆沿导向架向下搅拌切土,同时开启送浆泵向土体喷水泥浆,此时双轴上的叶片同时正反向旋转搅拌直到设计深度。

4)搅拌、喷浆提升：搅拌机下沉到达设计深度后停止下沉,继续搅拌 30 s,使桩端水泥土充分搅拌均匀。然后严格按照设计确定的搅拌提升速度提升搅拌机直至预定的停浆面,此时喷浆目的是为了避免喷浆口被堵塞,同时双向双轴搅拌桩机钻杆上叶片正反向旋转,继续搅拌水泥土。

5)复搅复喷：为了搅拌充分和提高桩身水泥土强度,应复搅复喷有效桩长的桩身段。

6)清洗：向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中残存的水泥浆,直至干净,并将粘附在搅拌头的松软土清理干净。

7)移位：关闭搅拌机,移动至下一桩位。

3.3 施工参数选择

下钻钻进速度：钻进速度 0.6～1.0 m/min,转速70～120 r/min;喷浆量不小于 30 L/m,下钻喷浆量占总浆量的 90%以上。提升速度 0.8～1.5m/min,转速80～130 r/min;喷浆量不大于 10 L/m,提钻喷浆量占总浆量的 10%以下。浆喷压力：0.4～0.6 MPa。

4 资源配置

设备：由 PH—5型粉喷桩机改进的“双向、双轴水泥土搅拌桩机”、泥浆泵(额定最大工作压力 ＜2.0 MPa)、高压送浆管、制浆机、各项管路系统等。

人员：现场技术员 2人、现场施工管理人员 2人、现场试验员 1人、测量员 4人。每台班配备作业人员4人,其中指挥 1人、机手 1人、制浆 1人、泵工 1人。

材料：水泥采用葛洲坝水泥厂 P.O 42.5普通硅酸盐水泥,水就近采用邻近池塘、水渠中的淡水。均经检验合格。

5 质量控制

1)水泥浆不得离析 水泥浆要严格按设计的配合比配置。为防止水泥浆发生离析,可在灰浆拌搅机中不断搅动,待压浆前缓慢倒入料斗中。

2)确保加固强度和均匀性 压浆阶段不得发生断浆现象,输浆管道不能发生堵塞。在成桩过程中因故停止,恢复供浆时在断浆面上下重复搭接不小于0.5m喷浆搅拌施工。因故停机超过 3 h,拆卸管道清洗,并在原桩位旁边补桩。

严格按设计桩位、桩长、桩数、喷浆量以及试验确定的参数施工,控制喷浆和搅拌提升速度。喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的,且处于检定有效期内的监测仪器进行自动记录。

3)保证垂直度：要注意搅拌桩机底盘的水平和导向架对地面的垂直度,搅拌桩的垂直偏差不得超过1.0%,桩位的偏差不得大于 5 cm;成桩直径和桩长不得小于设计值。

4)施工顺序宜按从中间向外围进行,或由一边推向另一边的方式施工。水泥土搅拌桩施工完成 28d内不得有任何机械在上面行走,待检测合格后方可进行上部路基施工。按设计要求埋设地面沉降、位移观测设备并进行观测。

6 成桩效果质量检验

1)轻型动力触探检验 成桩后 3 d内,采用轻型动力触探(N10)检查桩头每米桩身的均匀性和强度。

2)浅部开挖桩头质量检查 成桩 7d后,采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆面下 0.5m),目测检查搅拌的均匀性,量测成桩直径。

3)完整性、均匀性、无侧限抗压强度 试桩完成28d以后,选择 2～3根桩于桩径 1/4处、桩长范围内垂直取芯,观察其完整性、均匀性并拍摄照片,判断成桩效果。每根桩在不同深度处,取 3组试验样品作无侧限抗压强度试验。

4)单桩承载力检测 试桩完成 28 d以后,在桩身强度满足荷载试验条件时,采用单桩载荷试验,验证单桩承载力能否满足设计要求。

7 结语

双向双轴水泥搅拌桩适用于各种软土地基加固,且加固后的地基整体强度高。

双向双轴水泥搅拌桩加固的特点是施工速度快,施工工期短,效率高,施工中无振动,无噪声,无地面隆起,不排污,不挤土,不污染环境,施工工具简易,劳动强度低,费用低廉。

[1]庞拓.CFG桩基在武广铁路客运专线软基处理中的应用[J].铁道建筑,2008(8)：84-85.

[2]中华人民共和国铁道部.TB10202—2002 铁路路基施工规范[S].北京：中国铁道出版社,2002.

U213.1+5

B

1003-1995(2010)02-0065-02

2009-07-20;

2009-10-16

李海生(1976— ),男,河北省遵化市人,工程师。

(责任审编 赵其文)