公路软基中水泥搅拌桩施工应用探讨

2013-03-22吉光杰

交通运输研究 2013年7期

吉光杰

（河北省邯郸市光太公路工程有限公司，河北邯郸 056001）

0 引言

水泥土搅拌桩软基处理采用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机在软基深部就地将软土和固化剂（浆体或粉体）强制拌合，利用固化剂和软土发生一系列物理、化学反应，使凝结成具有整体性、水稳性好和较高强度的不同形状的桩、墙体或块体等，与天然地基形成复合地基，改善地基的承载力和变形模量。

1 水泥土搅拌桩软基处理特点

公路软基采用水泥土搅拌桩进行处理，在地基加固过程中无振动、无噪声，对环境无污染。对土无侧向挤压，同时对于邻近建筑物影响很小；能自立支护挡土，不需要支撑和拉锚，则可以根据公路软基处理要求作成柱状、壁状、格子状和块状等加固形状；桩体连接成壁后有隔水帐幕作用，墙壁不会渗水，一般基坑不需要采取降水措施；可有效地提高地基强度（当水泥掺量为8%和10%时，加固体强度分别为0.24MPa和0.65MPa，而天然软土地基强度仅0.006MPa；同时施工期较短，造价低廉，效益显著。冬季施工时应注意负温对处理效果的影响，因此还可将其应用于墙下条形基础、大面积塔料厂房地基，在公路路基开挖时用于防止坑壁及边坡侧滑、坑底隆起等。

2 水泥土搅拌桩软基处理技术要求

在工程应用中水泥土搅拌法分为深层搅拌法和粉体喷搅法。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等软基。当地基土的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的PH值小于4时不宜采用干法。冬期施工时，还应当注意到负温对处理效果的影响。

2.1 水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数Ip大于25的黏土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，必须经现场试验确定其适用性。水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为坚向承载的复合地基，基坑工程围护挡墙、被动区加固和防渗帐幕，以及大体积水泥稳定土等。加固体形状可分为柱状、壁状、格栅状和块状等形状。

2.2 对公路软基确定处理方案前，应搜集拟处理区域内详尽的岩土工程资料。尤其是填土层的厚度和组成，软土层的分布范围、分层情况，地下水位及PH值，土的含水量、塑性指数和有机质含量等。

2.3 对公路软基采用水泥土搅拌法处理前，应进行拟处理土的室内配比试验。针对现场拟处理的最弱层软土的性质，选择合适的固化剂、外掺剂及其掺量，为设计提供各种龄期、各种配比的强度参数。同时对竖向承载的水泥土强度宜取90d龄期试块的立方体抗压强度平均值；对承受水平荷载的水泥土强度宜取28d龄期试块的立方体抗压强度平均值。

2.4 材料和机具要求。水泥土搅拌桩地基加固软土的固化剂可选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥，也可用其他有效的固化材料。掺入量除块状加固可用被加固湿土质量的7%~12%外，其余宜为12%~20%。对于水灰比要求，针对湿法的水泥浆水灰比可选用0.45~0.55。为增强流动性、利于泵送，可掺入水泥重量0.2%~0.25%的本质案磺酸钙减水剂，但它有缓凝性，为此，用硫酸钠（掺量为水泥用量的1%）和石膏（掺量为水泥用量的2%）与之复合使用，以促进速凝、早强。外掺剂则可以根据公路软基工程需要选用具有早强、缓凝、减水和节省水泥等性能的材料，但应避免污染环境。所采用的机具设备主要包括深层搅拌机、起重机、水泥制配系统、导向设备及提升速度量测设备等。

3 施工处理技术

3.1 桩平面布置

公路软基处理所采取的水泥土搅拌桩平面布置可根据公路路基对变形的要求，采用柱状、壁状、格子状和块状等处理形式，可只在路基范围内布桩。柱状处理可采用正方形或等边三角形布桩形式。

3.2 施工工艺

水泥土搅拌桩处理公路软基采取的施工工艺流程见图1。施工中严格控制每道工序以及施工流程，施工首先采取深层搅拌机定位，预搅拌下沉后制配水泥浆（或砂浆），再喷浆搅拌、提升，然后重复搅拌下沉、搅拌提升直至孔，直至关闭搅拌机、清洗，再移至下一根桩，这样重复以上工序。

图1 深层搅拌法工艺流程

3.3 施工实施

场地应首先进行整平，清除桩位处地上、地下一切障碍物（包括大块石、树根和小活垃圾等），场地低洼处用熟性上料回填夯实，不得用杂填土回填。基础底面以上宜留500mm厚的土层，搅拌桩施工到地面，开挖基坑时，应将上部质量较差桩段挖去。在施工前，应标定搅拌机械的灰浆泵输送量、灰浆经输送管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工工艺参数，并根据设计要求通过试验确定搅拌桩的配合比和施工工艺。

施工时，先将深层搅拌机用钢丝绳吊挂在起重机上，用输浆胶管将贮料罐砂浆泵与深层搅拌机接通，开动电动机，搅拌机叶片相向而转，借设备自重，以0.38~0.75m/min的速度沉至要求加同深度；再以0.3~0.5m/min的均匀速度提起搅拌机，与此同时开动砂浆泵将砂浆从深层搅拌中心管不断压入土中，内搅拌叶片将水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地面（近地面开挖部位可不喷浆，便于挖土），即完成—次搅拌过程。用同法再一次重复搅拌下沉和重复搅拌喷浆上升，即完成一根柱状加固体。外形呈“8”字形，一根接一根搭接，相搭接宽度宜大于100mm，以增强其整体性，即成壁状加固体，几个壁状加固体连成一片，即成块状。

在施工中所采用的固化剂和外掺剂必须通过加固土室内试验检验，方能使用。固化剂应严格按预定的配合比拌制，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续，拌制浆液罐数、固化剂与外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。起吊时，应保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度。成桩要控制搅拌机的提升速度和次数，使连续均匀，以控制注浆量，保证搅拌均匀，同时泵送必须连续。搅拌桩的垂直度偏差不得超过1%，桩位偏差不得大于50mm。搅拌机预搅下沉时不宜冲水；当遇到较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水成桩对桩身强度的影响。搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求，应有专人记录搅拌机每米下沉或提升的时间，深度记录误差不得大于50mm，时间记录误差不得大于5s，施工中发现的问题及处理情况均应注明。每天加固完毕，应用水清洗贮料罐、砂浆泵、深层搅拌机及相应管道，以备再用。

3.4 施工质量控制

为了有效地提高施工质量，搅拌桩应在成桩7d内用轻便触探器钻取桩身加固土样，观察搅拌均匀程度，同时根据轻便触探击数用对比法判断桩身强度。检验桩的数量应不少于已完成桩数的2%。如经触探检验对桩身强度有怀疑的桩，应钻取桩身芯样，制取试块并测定桩身强度。对场地复杂或施工有问题的桩应进行单桩试验，检验其承载力。对相邻桩搭接要求严格的工程，应在桩养护到一定龄期时选取数根桩体进行开挖，检查桩顶部分外观质量。基坑开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合规定要求，应采取有效补救措施。