水泥搅拌桩施工工艺性成桩试验浅析

2016-07-19胥细望

陕西水利 2016年1期

关键词：水泥搅拌桩施工

胥细望

（新疆海天工程监理有限公司　新疆　乌鲁木齐　830000）

水泥搅拌桩施工工艺性成桩试验浅析

胥细望

（新疆海天工程监理有限公司新疆乌鲁木齐830000）

摘要水泥搅拌桩是加固软土地基的一项广泛采用的措施，它具有施工方便成本低的特点。施工工艺性成桩试验是水泥搅拌桩施工过程中的一个必不可少的环节，它为后续的正式施工提供必要的参数和指导。本文结合出山店工程对水泥搅拌桩施工工艺性成桩试验进行一个较为全面的介绍，为其它相关工程提供一定的参考。

关键词水泥搅拌桩；施工；成桩试验

1　引言

水泥搅拌桩分为湿法和干法，其中湿法水泥搅拌桩就是采用水泥作为主要的固化剂，施工时采用相关机械将预先拌制好的水泥浆液注入到软土地基中，将软土和水泥浆液强制拌合以提高软土地基的一种施工工艺[1-4]。由于水泥搅拌桩优点突出，各种施工工艺不断涌现，对水泥搅拌桩进行施工工艺性成桩试验是其中必不可少的一个环节，它直接关系到后期水泥搅拌桩的施工，对水泥搅拌桩施工工艺性成桩试验进行介绍和分析是很有必要的。

2　工程概况

河南出山店水库是以防洪为主的大型控制性工程，总库容12.37亿m3，其中防洪库容6.6亿m3，电站装机容量2900kw，年均发电量856万度。水库由主坝、副坝、灌溉洞、电站厂房等4部分组成。

导流明渠工程肩负非汛期、汛期过流功能，作用巨大。工程全长1264.5m，由进口段、明渠段和出口段三部分组成。明渠底板位于不良级配砂层上，为避免水流淘刷带来的不利影响，在导流明渠进口段和出口段渠底边线两侧和桩号0+000及1+168.59横向设置水泥搅拌桩加固地基。桩径50cm，采用42.5级普通硅酸盐水泥，桩顶部与明渠底板护砌底部平齐，桩深度至良好级配砾石层下1.0m，进口段桩底高程为70m，出口段桩底高程为68.5m，桩间距为40cm，采用套桩连接，平面布置上形成U型。

3　试验目的

为了更加科学地指导施工，使实际工程中的水泥搅拌桩施工质量得到良好的控制，在搅拌桩正式施工之间有必要进行施工的工艺性试验。一般情况下进行工艺性试验可以达到以下目的：(1)确定合理的室内配合比；(2)了解地层特性，便于确定实际施工中机械的下钻和提升难度；(3)确定实际施工中各种机械控制的合理参数；(4)确定合理的水泥浆液的密度以及施工机械的实际施工输浆量。

本工程的试验目的主要是通过现场试验，确定能满足本工程地质条件的搅拌设备以及通过现场试验，确定能满足设计要求的水泥强度所对应的水泥掺量和施工工艺及各项技术指标。

4　水泥搅拌桩的试验施工

4.1桩机类型的选择

在水泥搅拌机的施工中所采用的施工机械较多，而且多为大型机械，比如深层搅拌装机及其配套设备、灰浆搅拌机以及钻机等。合理选用相关机械进行施工可以达到最高的施工效应并且发挥其较高的经济效益。在水泥搅拌桩的试验施工也是很有必要进行机械的选择的。本试验主要机械配置表如表1所示。

根据现场地质条件及建筑地基处理技术规范（JGJ79.2012)要求，当地基土天然含水量小于30%时不宜采用粉体搅拌法，因此本试验采用水泥搅拌桩浆液搅拌法（以下简称为湿法）施工，拟采用一台单轴搅拌桩机进行施工。

4.2试验数量、水泥掺量和水灰比

现场工艺性成桩试验的试桩一般只采用10根左右，同时即使是在条件收到较大限制的情况下，每种配合比的试桩根数都应该不小于2根，另外成桩试验的地址一般选在地址条件最差的地段，这样便于后续的施工控制。本文每个配合比下的试验数量为3根。实际工程中水泥土的强度明显是随着水泥渗入量的增加而增加的，当水泥的掺量较低时，水泥与土体的反映表现较弱，而导致土体的固化并不全面。因此在实际施工中，应经多次试验选用合适的水泥掺入量的比值，一般情况下在水泥搅拌桩的施工中水泥掺入比应大于10%。

现行的相关规范中只是要求水灰比应通过成桩试验来进行确定，目前本实验的目的之一就是确定水灰比。在实际施工中，如果只按照水灰比进行制备水泥浆而不参加任何外加剂，所制备的水泥浆结果往往是较为粘稠的，它的可泵性较差，根据目前情况，可以泵送的水灰比一般在0.6～0.7之间。一般情况下水灰比的取值应该根据可泵性和水泥土的设计强度两方面来进行确定。其中可泵性是前提，在此基础上应该通过调整水泥掺量、强度等级和外加剂来达到水泥强度的要求。

表1　试验主要施工机械配置表

本工程中根据实际情况，水泥搅拌桩试桩水泥分别按加固湿土重的15%、18%、21%掺入，每延米水泥用量为54kg、64.6kg、75.3kg,水胶比为0.5，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，试桩数量为3根。

图1　施工工艺流程图

4.3施工准备

在实际工程开始施工之前必须进行相应的施工准备工作。首先必须掌握和熟悉所有技术和设计资料以及相关的要求。备齐所有的施工设备和器具，并且保证所有设备满足施工工艺的要求，所有的工程技术人员必须具有相应的职称并且持证上岗。施工之前必须平整场地，清除障碍物并对不利的地质条件进行必要的处理。仔细认真审核施工的图纸和施工方案的可行性，确保工程可以正确和安全地进行施工。检查工程中所采用的建筑材料是否满足工程要求。最后应确定最终的施工参数和技术手段，正确合理地指导施工。

根据上述基本原则，本次试验试桩最终选择在距进口段左侧8m处进行，水泥搅拌桩试验前现场场地予以平整，清除地上和地下的障碍物，施工用水从现场附近淮河中就近抽取，根据现场合理布置水泥罐、水泥浆池、送浆泵、搅浆机等设备位置。

4.4试验方法

水泥搅拌桩的常规施工工艺主要为：定位、拌制灰浆、钻进喷浆搅拌、提升搅拌、重复搅拌、清洗输浆管路等。本工程成桩试验中采用“二搅二喷”的施工工艺。具体的施工工艺流程如图1所示。

4.4.1桩机就位

施工中桩基必须移动到指定的位置，而且必须安装平稳，基本要求是搅拌轴应垂直和对准中心。本试验中根据提前选定的试桩位置进行测量放线，将桩机移至转桩位上，桩尖对准桩位，通过水平尺调平桩机平台，桩身的垂直度允许偏差为±1%，同时做好桩的复测工作，在试验中经常检查桩位标记是否被移动，确保水泥搅拌桩的垂直度。对进场机具进行组装和调试，确保机具的完好率。

4.4.2水泥浆的制备

在施工现场搭设水泥棚，在地面上铺设一层木板，再铺设一层薄膜，以确保水泥不受潮变硬。使用灰浆搅拌机拌制水泥浆，时间搅拌时间每次必须大于3min，水泥浆制拌完成后最终通过细筛过滤进入到集料斗中，进行下一步的施工。

按照室内试验水泥掺量、水灰比、桩长，计算出每延米水泥用量、水用量，按照水灰比在水泥罐中进行搅拌，搅拌时间大于3min，然后将水泥罐中的水泥浆经过滤网过滤后，放置于提前挖好的集料池中，通过送浆泵将水泥浆送至试验部位。

4.4.2搅拌成桩

将3根试桩编号为①、②、③号桩，每根桩桩径位50cm,间距40cm,套接长度10cm，水泥掺量分别为加固湿土重的15%、18%、21%，钻进速度为1.0m/min，提升速度为0.5m/min。

①号桩：水泥掺量为加固湿土重的15%，水灰比为0.5，将桩机中间钻头尖部对准桩位搅拌下钻，下钻速度为1.0m/min，打开送浆泵，记录水泥浆经输浆泵到达搅拌桩喷浆口的时间，边搅拌下钻边送浆至设计桩底后，喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩底良好级配砾充分拌合后再开始提升搅拌头，提升速度为0.5m/min,边搅拌提升边送浆，至桩顶标高后完成一根桩的施工，在此过程中，安排专人记录搅拌机下钻及提升时间，根据液压油表严格控制钻进和提升速度。

②号桩按照水泥掺量为加固湿土重的18%试桩；③号桩按照水泥掺量为加固湿土重的21%试桩，②、③号桩施工方法同①号桩。

在施工过程中，因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时，再喷浆搅拌；若停机超过3h，先拆除输浆管路，并进行清洗。

5　水泥搅拌桩试验的质量检查和验收

本次试验的水泥搅拌桩（湿法）质量检查采用钻孔取芯检查、开挖检查的方式进行。

钻孔取芯检查：成桩7天后，采用浅部开挖桩头进行检查，开挖深度超过停浆面下0.5m，检查搅拌均匀性，量测成桩直径。对①、②、③号桩分别进行钻孔取芯，每根桩取一孔，共3孔，桩体无侧限抗压强度大于1.8MPa。根据试验结果，确定选取搅拌机钻进和提升速度、灰浆经输浆管到达搅拌机喷交口的时间及灰浆泵的输浆量。

开挖检查：试桩完成7天后进行开挖检查，开挖面根据现场情况选取，要求整个试验桩在开挖深度内全部可见，开挖后报请监理单位共同观测成墙情况，主要观测墙体的垂直度、套接长度、桩厚、桩体连续性等性能指标。合格标准：桩体外观良好，无蜂窝、空洞；桩间套接长度、桩厚满足设计要求；桩体整体性好。