浅谈湿喷桩在软弱路基桥头段的应用

钱小梅

[摘要]本文提出了对软弱路基桥头段采用湿喷桩进行路基处理的方法，该方法对提高地基承载力、控制工后沉降、减少侧向位移和解决桥头“跳车”具有明显的效果。另外介绍了湿喷桩路基处理的设计理论及施工工序、质量控制要点。

[关键词]软弱路基；桥头填土；沉降；湿啧桩施工；质量控制

0引言

湿喷桩是加固软土地基比较理想的加固方法，随着该方法的推广和改进，越来越受到设计部门和建设单位的重视和欢迎。其应用也日益广泛。除用于深基坑支护和止水、河岸挡土、设备基础、多层建筑的地基加固外，还应用于道路软土处理以及桥梁工程桥头高填路基的处理。因此，湿喷桩的质量检验也成为工程界十分关注的问题，如何有效地控制湿喷桩的成桩质量，确保软基处理的效果是我们在工程实践中探索的一个课题。

本文根据多年来从事工程技术管理的经历，以湿喷桩在某道路软土和桥头路基处理为例，就湿喷桩的设计施工和质量检验方面谈一些体会与建议。

1概述

泰州地貌单元为长江三角洲冲积平原与里下河沉积平原过渡段，地质情况变化较大，在很多地区地表表层均有较厚的软弱路基，对道路桥梁施工不利。特别对于桥头高填土段，在遇到软弱路基土层较厚的情况，采用常规的碎石换填工程代价较大，采用排水固结法达不到理想的效果，这时采用湿喷桩进行处理，会起到较好的作用。根据公路工程实例及理正路基设计软件计算证明，湿喷桩能有效地减少地基的总沉降量，与排水固结法相比总沉降量能减少25%-49%，这对控制工后沉降和解决桥头“跳车”具有明显的效果，具体表现在地基加固深度内沉降量的大幅度减少。经加固后路基在填筑过程中侧向位移明显减少。另外与排水固结法在相同条件下相比，侧向位移减少60%-70%，而且在较短时间内即趋稳定。侧向位移的减少，不仅能增加路基的稳定，特别在桥涵与路堤连接处保护桥台桩基不受过大的侧向推力，而且也减少地基的沉降。

2湿喷桩路基处理设计理论

2.1湿喷桩加固软土地基施工质量控制

湿喷桩是深层搅拌法的一种，是近几年用于加固软粘土地基的一种新兴常用方法，它是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥和软土产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质复合地基。

2.2湿喷桩加固原理

湿喷桩加固软土地基实际上就是水泥加固土的过程，即采用机械深层搅拌软土与水泥浆进而发生的一系列物理化学反应形成复合地基的过程。

2.3水泥的水解和水化反应

湿喷桩施工是首先将水泥拌和成水泥浆，水泥中各种钙质矿物和水完成部分水解和水化反应后，再和软土中的水继续进行水解和水化反应，生成钙质化合物，这是形成复合地基强度的主导因素。

2.4粘土颗粒与水泥水化物的作用

当水泥中的各种水化物生成后，一部分自身继续硬化，形成水泥骨架：另一部分则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。离子交换和团粒化作用粘土中的化合物表面带有各种离子，它们和水泥水化生成的钙离子进行当量吸附交换，从而提高土体强度：又由于软土本身具有胶凝性，再和水泥水化作用形成的凝胶粒子结合起来，形成水泥土坚固联结的团粒结构，使水泥土的强度大大提高。凝硬反应，随水泥水化作用生成的钙离子超出交换所用的数量时，这部分钙离子就与组成粘土的化合物反应，生成许多不溶于水的结晶化合物并逐渐硬化，同样大大的增强了水泥土的强度和水稳性。从上述水泥加固土的原理可以看出。使水泥土保持足够的强度，一要有相应数量的水泥，二是必须使水泥与土充分接触，即用机械充分拌和水泥和土。这为湿喷桩施工指明了控制要点。

湿喷桩复合地基的平均允许承载力公式为：

式中：

3湿喷桩在工程实践中的应用

某道路在桥头和路基勘查中发现2-2层淤泥质土，厚0-14.30m，设计采用湿喷桩进行处理。

湿喷桩处理桩径为50em，梅花形布置，间距1.1-1.3m不等，设计水泥用量55kg/m，实施用量由试验确定，桩长根据沉降计算以及软土层厚度等确定，桩身强度要求为：7d不小于0.6MPa，28d不小于1MPa，90d不小于1.8MPa。

1）进行湿喷桩施工的场地，事先应整平，整平高程见设计图表，必须清除地面以下的一切障碍物（包括石块、树根和垃圾等），准确地进行桩位放样，场地低洼或水塘地段应先排水清淤后再回填黏性土（素土，不得回填杂填土）至整平高程，压实度要求≥85%。

2）湿喷桩施工机械应配有电脑记录并打印喷浆量设备。

3）湿喷桩施工操作步骤如下：①湿喷桩机械就位；②预搅下钻，速度≤1.0m/min：③到达硬层后提前喷浆，间歇一定时间再提升钻具，速度≤0.8m/min，确保底部有足够的灰量（也可在预搅下钻时同时喷浆）；④喷浆搅拌提升至离地面0.3m（或规定标高）处停喷；⑤重复搅拌下沉；⑥重复搅拌提升，直至离地面0.3m；⑦当复搅发生空洞或意外事故（如停电、灰管堵塞等）影响桩身质量，钻具提升后应立即回填素土，进行重新喷浆复搅，在12h内补救。搭接长度不小于1.0m；⑧关闭搅拌机械；⑨移位；⑩回填石灰处治土或砂垫层并压实。

4）湿喷桩桩径50cm，設计水泥用量55kg/m。湿喷桩除固化剂采用水泥浆液外，还需加外掺剂（如木质素、磺酸钙和生石膏等，用量大约分别为水泥用量的0.2%和2.0%，起碱水作用和提高水泥强度作用），水泥浆制备必须有充分的时间（大于4min），以保证水泥浆液搅拌的均匀和水泥的活化。每延米水泥用量及水灰比应根据室内试验和试桩的参数确定（水灰比一般为0.5左右），浆液进入喷浆池中必须随时搅拌以保证浆液不离析。施工结束时，水泥浆液必须全部用完。质量检验可采用钻孔取芯做抗压强度试验的方法进行。

5）几个允许偏差值：①水泥用量的误差不得大于1%；②为保证搅拌桩的垂直度，应注意起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，垂直度偏差不得大于1%；③桩位偏差不得大于5cm，深度误差不得大于5cm；④搅拌机下沉或提升的时间应有专人记录。时间误差不得大于5s；⑤成桩7d后，应进行开挖检查。观测桩体成型情况及搅拌均匀程度，检查频率为2%，且最少不得少于2根。桩身无侧限抗压强度（7d龄期）不低于0.6MPa：⑥成桩28d后進行钻孔取芯试验，抽检比例1-2%，取芯进行抗压强度试验，并统一换算成90d抗压强度标准。

6）注意事项：①桩机必须配置喷入计量装置，并打印出喷浆量，严禁无喷入计量装置的桩机投入使用，并记录水泥浆液的瞬时喷入量和计喷入量。浆液罐容量应不小于一根桩的用浆量加50kg，当重量不足时，不得开始下一根桩的施工：②严格控制喷浆标高，不得中断喷浆，确保桩体长度；严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业；③施工中发现喷浆量不足，实行整桩复打，复打的喷浆量仍应不小于设计用量；④浆液的制备应配备比重仪，以确保浆液的质量；⑤普通硅酸盐水泥应确保质量，严禁使用过期、受潮、结块、劣质水泥；⑥湿喷桩施工时，为确保湿喷桩的成桩质量，应在湿喷桩的全长范围内进行复搅：当施工过程中遇到停电、机械故障原因中断喷浆时，应在12h内复搅复喷，保证二次复搅复喷搭接长度不小于1.0m；⑦桩身施工时，应采用中—低速钻进（或提升）；切勿采用高速挡快速钻进（或快速提升）。⑧箱涵底部湿喷桩处理时需先对河道进行排水清淤，然后用素土回填至整平高程后再进行湿喷桩施工。

7）桩长控制原则：①设计桩长；②勘察报告中的土层情况；③钻进时电流变化，一般应达电流明显剧增处后下钻50cm为止。

4施工控制要点

1）湿喷桩施工前必须进行成桩试验。①掌握满足设计喷浆量（由水泥掺量及水泥浆水灰比换算得出）的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷浆压力等，建议水灰比为0.4-0.5；②掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施；③检验室内试验所确定的水泥土配合比是否适用于现场，建议一般情况下水泥掺入量为55-60kg/m，若含水量在60%以上、天然孔隙比在2.00以上水泥掺入量应为70kg/m；④检测桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求，即28d龄期的强度不得低于0.8MPa，90天龄期的强度不得低于1.2MPa：⑤检验单桩允许承载力和双桩允许复合地基承载力（28d）能否分别达到300kPa和130kPa；⑥检验加固剂分布的均匀性和有效加固长度能否符合设计要求。

工艺性试验桩数量10-15根或根据需要确定。

2）根据水泥土反应机理和施工的实践结果来看，水泥掺入量达到一定值时，单纯提高水泥用量对强度提高不显著，提高搅拌的均匀性对桩的强度影响较大。对于不同的类型和不同性质软土，必须在现场采取有代表性芯样进行配合比试验，才可以达到设计的加固效果，如实反映设计要求。

5质量检验

由于湿桩桩对施工工艺要求较高，在竣工验收时难以直观的检查桩的质量，而只能借助其他手段进行间接判定。目前，常用的检查施工记录、轻便触探、静力触探试验、钻孔取芯和静载荷试验等问题是间接判断的主要手段，也是质量检验的重点。

5.1施工记录

施工记录是现场隐蔽工程施工的实录（现场记录必须信息完整）。建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）规定中的每一延米的施工情况必须如实记录，不得事后回忆补录。施工记录项目众多，但每一项都有其特殊意义。例如，预搅下沉时间反映了土层软硬程度，可以验证地质报告的准确性，也是施工操作的依据。如对于下沉速度快的特软土加强重复搅拌，保证均匀，保证喷浆量。一般重点检查以下几点：①工程材料用量，总喷浆时间是否符合规定工艺要求：②喷浆提升过程中发生故障的工程桩经过处理有无缺浆、断浆的可能性：③特殊地质条件如暗塘、沟、渠是否采用相应的工艺；④施工记录上的桩的垂直偏差是否小于1.5%。抓住这几个重点，结合施工开挖时的桩位、桩头、桩体的外观：一般都能得出比较客观的质量评定。

5.2轻便触探试验

搅拌桩成桩7d可采用轻便触探法进行桩身质量检验，①检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻。在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团；②触探试验：根据现有的轻便触探击数（N10）与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求：或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m，缺乏对深部强度和桩身完整性的判断。

5.3触探试验

静力触探试验需在7d龄期内进行，水泥土强度不能太高，桩体周围不易有溢浆，否则探险头贯入较困难。采用该方法工效较高，操作简易，能连续对桩体进行检测，测试深度不受限制，能自动采集数据和处理。通过静力触探曲线分析能判定加固效果和成桩质量。

5.4钻孔取芯

搅拌桩成桩28d后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度，每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送试验室做（3个一组）28d龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做3个月龄期的无侧限抗压试验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1%-1.5%，如果某段或某一桥头水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求：如果不合格率为10%-20%时，则应在该段同等补桩：如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。对搅拌桩取芯后留下空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。

5.5载荷试验

载荷试验可以比较准确、直观反映出桩的质量，并可提供验证设计和必要修改的依据。但是，工程桩和复合地基载荷试验要等很长时间和花费较多费用。对于工期紧迫、数量较多的道路桥梁工程，进行载荷试验量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。

5.6外观鉴定

1）桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。

2）搅拌均匀，凝体无松散。

3）群桩桩顶齐，间距均匀。

对本道路湿喷桩软基处理的质量主要通过检查施工记录、开挖后外观鉴定和钻孔取芯三种方式进行。通过检验，该道路的软基处理达到设计要求，并经过一年多的运行，桥头和路基均没有发生较大的沉降。

6结束语

公路软基处理方法有多种，搅拌桩作为一种加固软土地基比较理想的加固方法，应在道路和桥梁工程中积极推广应用，软基处理都属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，按设计要求，紧抓施工环节，严格施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能达到设计要求确保工程质量。同时，施工后的质量检验方法多种多样，要结合相应的实际情况，采取相应的检验措施，才能保证检验质量的经济合理与公正、公平。

[责任编辑：王伟平]