浅谈湿喷水泥搅拌桩处理软土地基质量控制

2015-04-07臧凤强

四川水泥 2015年12期

关键词：喷浆软土钻头

臧凤强

（江苏省高速公路交通运输执法总队连徐支队质量监管科）

浅谈湿喷水泥搅拌桩处理软土地基质量控制

臧凤强

（江苏省高速公路交通运输执法总队连徐支队质量监管科）

湿喷水泥搅拌桩是用特制的机械设备把水泥浆送入地下，通过和原位地基土强制搅拌混合，使地基土和水泥浆之间发生一系列物理化学反应，在短期内使原来的软土地基变成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固土桩复合地基，从而提高了地基承载力，减小了地基沉降，保障了路基的稳定。本方案通过京福高速公路徐州西北绕城JF-XRC4标湿喷水泥搅拌桩处理软基的施工实践，详细阐述了湿喷水泥搅拌桩施工方案的技术要求、施工工艺、关键质量控制要点。

高速公路施工湿喷水泥搅拌桩质量控制

1. 引言

徐州地处黄泛冲积平原工程地质不稳定区，软土分布较广泛，这些土类压缩性高，排水固结慢。在此类土上修建高速公路，存在稳定性差和变形沉降过大以及饱和无粘性地基土的液化、震陷等问题，所以采取地基处理措施是非常必要的。本方案结合工程地质资料，详细阐述了湿喷水泥搅拌桩处治方案的技术要求、施工工艺及质量控制措施等。

2. 湿喷水泥搅拌桩处治方案

2.1 方案控制指标

2.1.1 基准期及容许工后沉降

柔性路面方案设计使用年限为15年，基准期亦取15年，其工后沉降容许值对于一般路段取30cm，桥梁构造物台后路基取10cm。

软土路基计算时，沉降系数的取值依据本地区已建高速公路沉降观测经验数据，并结合本方案段落软土的物理力学指标和路基填土高度，采用1.3。

2.1.2 稳定验算的安全系数

稳定验算(采用有效固结应力法、快剪和固结快剪指标)要求安全系数K≥1.2，考虑地震时的安全系数≥1.1。

2.1.3 加载速率

在确保路基处于稳定状态的前提下，加载速率取15cm／d，填筑过程中如发现沉降速率超过1cm／d时，应立即停止填筑，具体的加载速率根据施工观测结果予以调整。

2.2 处治方案

湿喷水泥搅拌桩处理软土地基是通过特制的搅拌机械把水泥浆送入地下，和原位土强制搅拌混合，使地基土和水泥浆间发生一系列的物理化学反应，使原来的软土地基变成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固土桩复合地基。从而达到提高地基强度，减小地基沉降，保障路基稳定的目的。本方案适用于以沉降和稳定为控制指标的桥头及构造物地基，施工桩长一般大于10m。

2.2.1 方案

本方案湿喷水泥搅拌桩桩径为0.5m，桩间距和桩长通过计算确定。其桩距一般为1.2-1.5m,桩长10.2-13.5m,桩位平面布置呈正三角形(梅花形)，处理至路基坡脚外或锥坡坡脚外增加一排桩，计算预压期采用180天，桩身方案无侧限抗压强度R28=0.8Mpa，R90=1.2Mpa。

2.2.2 水泥掺量与水灰比的确定

·水泥掺量的确定

喷浆水泥搅拌桩的水泥掺量由室内配合比试验确定。根据土样天然含水量、孔隙比的不同，水泥掺入量应相应变化。

·水灰比的确定

喷浆水泥搅拌桩水泥浆液水灰比由室内配比试验确定，一般取用0.4-0.5。外掺剂（减水剂等）一般不大于5%。

2.2.3 施工工艺

·原地面整平，搅拌机械就位。

·安装调试，待转速、空压正常后，将搅拌桩头对准方案桩位，启动电机，按照设计速度，边旋转切土边下沉钻进，直至达到加固深度。

·从桩底向上边提升边喷浆，直至离地面50cm，再重新搅拌至桩底，最后边搅拌边提升至地面下50cm止。

·关闭电源，移动设备，重复以上步骤。

·将地面下未喷水泥的50cm，用水泥土回填，并捣实。

2.2.4 供参考的机械参数：

·钻进速度v＜1.0m／min。

·提升速度0.4-0.8m／min。

·搅拌转数r=30-50转／min。

·钻进、复搅、提升时管道压力0.1-0.2Mpa。

·喷浆时管道压力0.25-0.40Mpa。

2.2.5 成桩试验

施工前，根据实际情况进行成桩试验，取得各种机械参数、钻进速度、提升速度、管道压力、地基承载力等数据，确保大面积施工质量。

2.2.6 质量控制

施工时质量控制应符合以下规定：

·钻头的形式和结构。在砂性土层中采用3层板状一字型平钻头；在粘性土层中宜采用3层薄板状一字型斜钻头，下层刀片由平置改为35°-40°，且加焊利于切土的倒三角或倒牛角刺。

·搅拌速度的控制。搅拌机下钻、复搅速度比提升速度要快，以上海三挡机型为例可调挡为“三、二、三、二”挡。提升至地面以下2m时宜用慢速，当喷浆口即将提出地面时，应停止提升，搅拌数秒以保证桩头均匀密实。

·水泥浆液应严格按预定的配比拌制。制备好的浆液不得离析、不得停置过长，超过2h的浆液应降低标号使用；浆液倒入集料时应加筛过滤，以免浆内结块，损坏泵体。

·泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。供浆必须连续，拌和必须均匀。一旦因故停浆，为防止断桩和缺浆，应使喷浆搅拌机下沉至停浆面以下1.0m，待恢复供浆后再喷浆提升。如因故停机超过3h为防止浆液硬结堵管，应先拆卸输浆管路，清洗后备用。

·施工中若发现喷浆量不足应进行整桩复打，复打的喷浆量仍应不小于方案用量。

2.2.7 桩体施工质量检验。

·成桩7天后，观察桩体成型情况及搅拌均匀程度，做好记录，如发现凝体不良等情况，应报废补桩。

·成桩28天后，进行钻芯取样，并进行无侧限抗压强度试验和静载试验，检测三桩复合地基承载力。

2.2.8 施工中遇到的常见问题和处理措施

·翻浆

翻浆即提钻喷浆至软土层上部1-2m时，水泥浆从桩口溢出，多发生在软土含水量小、物理力学指标稍好以及上覆粘土层较干燥的处理路段。凡出现较严重翻浆的桩，水泥桩喷浆、复搅往往不够均匀，经标贯取芯检测，成桩质量一般都较差。

处理措施:①在保证正常送浆的前提下，尽量减小送浆时的压力;②改进钻头的结构，在刀片边部切口，为桩底高压气体能量提供释放通道; ③提高下钻、喷浆、复搅和提钻的速度; ④为解决土层含水量较小的问题，下钻时可适当往孔口内注水，以增加土和水泥的结合能力。采取以上减压、提速、注水和改进钻头的处理措施效果较明显，不仅解决了翻浆问题，还减少了堵管现象。

·糊钻

糊钻多发生在软土上覆粘土层或软土间粘土夹层塑性指数高、含水量偏小的路段。湿喷水泥搅拌桩钻进过程中粘土紧紧包裹钻头，形成一个同桩径一样大小、高lm左右的土柱并发生堵管和翻泥饼现象。

糊钻的原因主要有两个方面，一是粘土的塑性指数高、含水量偏小;二是水泥深层搅拌桩的钻头有缺陷。经观察，平钻头不易将粘土切割搅碎，而是下压将土挤压成饼状，一部分沿着孔壁被挤出堆在孔口四周，另一部分被挤压粘在钻头刀片之间，形成土柱。

处理措施：主要是改进钻头。水泥深层搅拌桩钻头由两层或三层厚板状一字型平钻头改为三层薄板状一字型斜钻头，下层刀片由平置改为35°左右，并加焊利于切土的倒三角或倒牛角刺。

·堵管堵管一般有以下几种情况: ①搅拌机内的浆液结块未清理干净;②受潮结块的水泥，因筛孔有洞而混进管道内;③夏天浆管暴晒和严冬施工管道结冰都会产生结块，或中断施工后管道、钻头和钻杆中的浆渣未清理干净;④淤泥或泥块压入喷浆管内；⑤桩下部的压力大于管道内送浆的压力，由于反压过大将孔中淤泥挤人喷浆管内，浆液喷不出来，造成堵管的假象。

处理措施：清理管道、浆罐，结合锤击钻杆和加压，并用粗钢丝捅开喷浆口内的堵塞物。针对反压大堵管的情况，措施是先提钻2-3m，再下钻喷浆。另据现场观察经验，水泥深层搅拌桩的喷浆口紧贴在下层刀片的上部安放，可相对减少堵管。