双向水泥搅拌桩在沿海地区淤积土地基处理技术措施

2016-12-06刘胜路

铁道勘察 2016年5期

关键词：成桩喷浆水泥浆

刘胜路

(中铁诚业工程建设监理有限公司，北京 100055)

双向水泥搅拌桩在沿海地区淤积土地基处理技术措施

刘胜路

(中铁诚业工程建设监理有限公司，北京 100055)

结合铁路工程实例应用，介绍软土路基地基处理采用双向水泥搅拌桩施工技术的工作机理、施工工艺及控制要点。

双向水泥搅拌桩软土路基地基处理

1 工程概况

目前，国外对软基处理的方法有深层搅拌法、化学灌浆法、加筋土法、地基锚杆法、轻型填土法等。国内常见的软土路基处理方法有排水固结法、注浆加固法、加筋法、置换法、挤密法及强夯法。

新建连云港至盐城铁路Ⅴ、Ⅵ标段位于滨海平原区，为东部沿海淤泥质土冲积平原，地势宽广平坦，属软土地区，地质状况复杂，地层变化频繁，主要为第四系全新统冲积，海积和第四系上更新统冲洪积黏性土、粉土(砂)等地层。水文情况：地表河流纵横交错，河道密集，地下水丰富，主要为孔隙潜水，赋存于第四系地层中，受大气降水和地表水的补给，水量较大，且具有流动性。地基处理大多采用双向水泥搅拌桩加固，地基处理深度14～16.5 m。

2 双向水泥搅拌桩的施工工艺及参数

在双向水泥搅拌桩施工前，需通过工艺性试验验证所确定的配合比、水灰比是否合适，掌握下钻、提升的困难程度，确定下钻、提升速度；确定单位时间注浆量、每延米注浆量(水泥掺量)等数据。

2.1 施工工艺

双向水泥搅拌桩的施工工艺主要分为：定位，拌制浆液，开钻，搅拌，喷浆钻进，搅拌提升，移位及成桩加测等阶段。具体施工工艺见图1。

图1 双向水泥搅拌桩施工工艺流程

(1)桩机就位：将桩机移到指定桩位进行对中、校正，确保基底稳固，桩身水平不倾斜，钻头垂直，采用全站仪或在主机上吊一锤球控制钻杆垂直度。

(2)拌制浆液：按照工艺性试验确定的施工水泥掺量及水灰比在搅拌机内拌制水泥浆。水泥采用普通硅酸盐水泥，必须采用机械拌制，浆液要搅拌均匀，加筛过滤，现制现用，拌和时间不少于3 min，用比重计测其相对密度，并检测稠度，不得产生离析。

(3)开钻：开钻前应由施工单位质检人员和监理人员进行桩前检查并验收合格后，方可开钻。

(4)搅拌、喷浆钻进：启动桩机电机，搅拌头在原地搅拌1～3 min，待搅拌头转速正常后使搅拌头沿导向架边搅拌边下沉，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方向旋转至设计深度。下沉速度由桩基工艺性试验取得。下沉时需安排专人负责随时检查垂直度，如果发现倾斜过大应马上停钻调整，直到满足要求方可继续开钻。同时随时观察设备运行及地层变化情况。喷浆时应配备压力表、电磁流量计等仪表设备，自动记录注浆压力和注浆量，打印电脑小票作为施工工程控制凭证。

(5)搅拌提升：搅拌机钻至设计深度后，在桩端就地持续喷浆搅拌30 s以上，使桩端水泥土充分搅拌均匀。然后按工艺性试验总结的提升速度提升搅拌头，搅拌提升的同时，双向搅拌桩机钻杆上正反旋转的叶片继续搅拌水泥土。使浆液和土体充分拌和直至设计顶面高程，当提升至桩顶位置时，应停留搅拌至少30 s。

(6)移位：关闭搅拌机，移动至下一桩位。在移走钻机后应及时清理冒出的水泥浆，达到与原地面基本相平，并在清理完后的桩位上做好标记。

2.2 双向水泥搅拌桩施工参数

布袋注浆桩浆液拌制需严格控制水灰比，注浆液由水、水泥组成，通过工艺性试桩，得出浆液水灰比0.5～0.55，其90 d无侧限抗压强度不小于1.5 MPa，下沉速度0.5～0.8 m/min；提升速度0.7～1.0 m/min；内钻杆转速≥50 r/min；外钻杆转速≥50 r/min；下沉时喷浆压力0.25～0.40 MPa。水泥用量每延米63.5 kg，正反旋转叶片直径不小于设计值。

3 双向水泥搅拌桩施工的优点

双向水泥搅拌桩地基处理与传统水泥搅拌桩相比具有以下优点：

采用双向水泥搅拌桩具有施工速度快，施工质量易于控制，经济性较高，且更有利于现场文明施工控制等优势。

①施工工效快：与传统水泥搅拌桩“两喷四搅”相比，双向水泥搅拌桩“一喷四搅”只需要喷浆搅拌下沉、提升一次，通过正反叶片旋转达到搅拌4次，不需要再次下沉复搅，施工工艺在成桩时间上节省一半。

②强度提高：叶片同时正反向旋转，阻断了水泥浆上冒途径，彻底解决了冒浆现象，使固化剂与土体充分搅拌，不再出现层状的水泥浆搅拌体，水泥土强度得到大幅度提高。

③扰动小：同心双轴同时正反向旋转，使土体对叶片产生的水平旋转力相互平衡，降低了施工对桩周体的作用。

④便于管理：由于采用“一喷四搅”的施工工艺，不需要复搅复喷，降低了人为因素对施工质量的影响。

⑤易于推广：使用常规的固化剂，施工机械操作简单，施工人员接受短期指导即可施工。

4 双向水泥搅拌桩施工控制要点

4.1 控制要点

(1)水泥浆配制

水泥浆要严格按设计的配合比配制。需根据工艺试验桩基的长度、水泥掺量及试验水灰比算出每根桩的水泥浆用量，一次性将整根桩的浆液拌制完成，搅拌时间必须达到要求，浆液的密度采用浆液比重计检测，不得采用边拌边使用的施工方式，在喷浆过程中存浆桶内的浆液必须朝一个方向持续搅动。

(2)确保加固强度和均匀性

施工过程尽量连续，输浆阶段应保证足够的压力，连续、均匀供浆。因故停浆时，应将搅拌头下沉到停浆点0.5 m以下，待正常后再喷浆搅拌。因故停机超过3 h，应拆除管道进行清洗，并在原桩位旁边补桩。严格按设计桩位、桩长、桩数以及实验确定的参数施工，严控喷浆和搅拌下沉、提升速度。

(3)选择合适的动力设备及钻头

施工设备必须具有足够的动力以满足施工要求，施工前必须进行地质勘查，根据不同的地质情况选择足够功率的动力头。设备要具有调整自身垂直度的功能，在施工过程中应保持桩机底盘的水平和导向架的竖直，双向水泥搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不得大于5 cm。为保证成桩直径，需定期检查叶片直径，其直径磨损度不得超过10 mm。

(4)合理规划施工顺序

施工顺序宜从中间向外围进行，或由一边推向另一边。双向水泥搅拌桩施工完成28 d内不得有任何机械在其上面行走，待检测合格后方可进行上部路基施工。

(5)认真填写施工记录

现场施工人员应认真填写施工原始记录，记录内容包括：(1)施工桩号、施工日期、天气情况；(2)喷浆深度、停浆高度；(3)灰浆泵压力、管道压力；(4)钻机转速；(5)钻进速度、提升速度；(6)浆液流量；(7)每米喷浆量和外掺剂用量；(8)复搅深度。

4.2 施工中注意事项及常见问题的解决

双向水泥搅拌桩施工过程中常见问题及处理办法见表1。

表1 双向水泥搅拌桩施工过程常见问题及处理

5 试验及质量检验

双向水泥搅拌桩质量检测分成桩质量检测和承载力检测。成桩质量检测是在成桩28 d后采用桩长范围钻孔取芯，进行完整性、均匀性、无侧限抗压强度检验；承载力试验实在成桩28 d后进行单桩载荷试验，验证地基承载力是否满足设计要求。

连盐铁路Ⅴ、Ⅵ标段双向水泥搅拌桩共约39.5万根，在成桩28 d后任意抽取总桩数的2‰分别进行取芯检测及单桩载荷试验，通过对现场芯样的目测，双向水泥搅拌桩在本地区施工桩体是连续的，水泥与土搅拌较均匀，对芯样进行无侧限抗压试验，强度均大于1.5 MPa，满足设计要求。地基承载力采用单桩平板载荷试验检测，承重加载均达到设计值的2倍，在加载过程中均未出现极限荷载，p-s曲线平缓无明显陡降段，地基承载力满足设计要求。