不同水泥掺量水泥搅拌桩质量分析

2021-07-15肖宇

陕西水利 2021年6期

肖宇

(广东益鑫源工程建设管理咨询有限公司，广东江门 529000)

1 引言

地基土承载力不足已经成为影响工程建设的一个重要因素[1-2]。为解决这一问题，往往需要采取地基处理措施。水泥土搅拌桩是一种极为常用的地基处理措施，可提高地基承载力，控制变形沉降[3-4]。但是岩土工程具有不确定性，搅拌桩施工质量受地质条件影响较大，开展试桩试验是十分必要的[5-6]。

江门市潭江河流治理工程(新会段)由潭江海堤沿岸未闭口的16条支流治理工程组成，为解决现场试桩成桩质量较差的突出问题，拟在施工现场开展水泥搅拌桩工艺试验。

2 试验方案

选用3种不同的掺入比，即90 kg/m、110 kg/m、120 kg/m的水泥掺入量，每种水泥掺量下共2根试验桩，混凝土搅拌桩打入砂层中试桩试验总共有6根试验桩。其中桩间距为1500 mm，砂桩直径为600 mm，混凝土搅拌桩直径为600 mm，“四搅四喷’”施工工艺为：钻机就位→制备水泥浆→喷浆下沉→喷浆提升→重复喷浆下沉和提升→移位。

搅拌杆下沉速率为0.8 m/min～1.0 m/min，提升速度为0.6 m/min～0.8 m/min，但最后一次提升的速度应在0.5 m/min左右，转速不小于50 r/min，10 m的搅拌桩的施工时间不应小于40 min。通过控制提升速度分层加固软土，提升速度纯淤泥段尽量取小值，砂层可取大值，注浆泵出口压力应保持在0.4 MPa～0.6 MPa，并应使提升速度与输浆速度同步。不得离析，泵送必须连续。

3 不同水泥掺量水泥搅拌桩质量分析

3.1 水泥掺量为90 kg/m

3#、6#水泥搅拌桩成桩工艺为四搅四喷水泥掺量为90 kg/m(干喷)。衡量成桩效果的两个重要因素为水泥搅拌桩成桩连续性和单轴抗压强度，成桩连续性参见图1，单轴抗压强度参考水泥搅拌桩抽芯强度。

图1 3#、6#干喷四搅四喷水泥掺量90 kg/m搅拌桩(干喷)钻孔芯样

3#水泥搅拌桩0.00～15.50 m为有效水泥土桩，芯样胶结一般，呈柱状、块状，局部松散，搅拌不均匀。连续性较差。

6#水泥搅拌桩0.00～18.20 m为有效水泥土桩，芯样基本完整，坚硬，搅拌基本均匀，呈柱状，部分呈块状。连续性一般。

3#、6#水泥搅拌桩抽芯强度见表1。

表1 3#、6#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度

续表1

四搅四喷水泥掺量90 kg/m搅拌桩(干喷)强度随桩深变化关系见图2：整体来看，水泥搅拌桩强度随桩深变化较离散，最大值达到2.5 MPa，最小值仅有0.12 MPa。且桩身10 m下部较上部抽芯单轴抗压强度较低。

图2 四搅四喷水泥掺量90 kg/m搅拌桩(干喷)强度随桩深变化关系

为更直观地说明水泥搅拌桩强度与桩深的变化关系，统计水泥搅拌桩0～10 m、与10 m～20 m强度特征值，特征值即水泥搅拌桩三组强度平均值的最低值，水泥搅拌桩上部0～10 m三组强度分别取0～3.3 m、3.3 m～6.6 m、6.6 m～10 m的强度，每一组强度采用整体取样点的单轴抗压平均值。水泥搅拌桩下部10m～20m三组强度分别取10 m～13.3 m、13.3 m～16.6 m、16.6 m～20 m的强度，每一组强度采用整体取样点的单轴抗压平均值。

表2 3#、6#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度特征值

由表2可知，3#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度特征值0～-10 m为1.28 MPa，-10 m～-20 m为0.09 MPa，6#水泥搅拌桩抽芯强度特征值0～-10 m为1.19 MPa，-10 m～-20 m为1.40 MPa。结合水泥搅拌桩设计强度值28 d龄期，0～-10 m为0.80 MPa，-10 m～-20 m为0.64 MPa。3#水泥搅拌桩抽芯强度-10 m～-20 mm整体强度小于设计值。其余3#水泥搅拌桩抽芯强度0～-10 mm，6#水泥搅拌桩抽芯强度满足设计要求。

3.2 水泥掺量为110 kg/m

2#、5#水泥搅拌桩成桩工艺为四搅四喷水泥掺量为110 kg/m(干喷)。衡量成桩效果的两个重要因素为水泥搅拌桩成桩连续性和单轴抗压强度，成桩连续性参见图3钻孔芯样图片，单轴抗压强度参考水泥搅拌桩抽芯强度。

图3 2#、5#干喷四搅四喷水泥掺量110 kg/m搅拌桩(干喷)钻孔芯样

2#水泥搅拌桩0.00～18.30 m为有效水泥土桩，芯样胶结一般，呈柱状、块状，局部松散，搅拌不均匀。连续性较差；

5#水泥搅拌桩0.00～25.00 m为有效水泥土桩，芯样基本完整，坚硬，搅拌基本均匀，呈柱状，部分呈块状，连续性一般。

3.2.2 水泥搅拌桩抽芯强度

2#、5#水泥搅拌桩抽芯强度见表3。

表3 2#、5#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度

四搅四喷水泥掺量110 kg/m搅拌桩(干喷)强度随桩深变化关系见图4：整体来看，水泥搅拌桩强度随桩深变化较离散，最大值达到3 MPa，最小值仅有0.02 MPa。且桩身10 m下部较上部抽芯单轴抗压强度较低。2#桩前2 m桩身强度较大，2 m～20 m强度急剧降低，整体在0.5 MPa以下。5#桩前5 m桩身强度较小，5 m～14 m强度整体高，整体在2.5 MPa左右，14 m～20 m强度整体较高，整体在1.5 MPa左右。

图4 四搅四喷水泥掺量110 g/m搅拌桩(干喷)强度随桩深变化关系

为更直观地说明水泥搅拌桩强度与桩深的变化关系，统计水泥搅拌桩0～10 m、与10 m～20 m强度特征值，特征值即水泥搅拌桩三组强度平均值的最低值，水泥搅拌桩上部0～10 m三组强度分别取0～3.3 m、3.3 m～6.6 m、6.6 m～10 m的强度，每一组强度采用整体取样点的单轴抗压平均值。水泥搅拌桩下部10 m～20 m三组强度分别取10 m～13.3 m、13.3 m～16.6 m、16.6 m～20 m的强度，每一组强度采用整体取样点的单轴抗压平均值。

表4 2#、5#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度特征值

表4可知，2#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度特征值0～-10 m为0.17 MPa，-10 m～-20 m为0.11 MPa，5#水泥搅拌桩抽芯强度特征值0～-10 m为0.80 MPa，-10 m～-20 m为0.80 MPa。结合水泥搅拌桩设计强度值28 d龄期，0～-10 m为0.80 MPa，-10 m～-20 m为0.64 MPa。2#水泥搅拌桩抽芯强度整体强度小于设计值，5#水泥搅拌桩抽芯强度满足设计要求。

3.3 水泥掺量为120 kg/m

1#、4#水泥搅拌桩成桩工艺为四搅四喷水泥掺量为120 kg/m(干喷)。衡量成桩效果的两个重要因素为水泥搅拌桩成桩连续性和单轴抗压强度，成桩连续性参见图5钻孔芯样图片，单轴抗压强度参考水泥搅拌桩抽芯强度。

图5 1#、4#干喷四搅四喷水泥掺量110 kg/m搅拌桩(干喷)钻孔芯样

1#水泥搅拌桩0.00～18.00 m为有效水泥土桩，芯样胶结一般，呈柱状、块状，局部松散，搅拌不均匀，连续性较差。

4#水泥搅拌桩0.00～19.00 m为有效水泥土桩，芯样基本完整，坚硬，搅拌基本均匀，呈柱状，部分呈块状，连续性一般。

1#、4#水泥搅拌桩抽芯强度见表5。

表5 2#、5#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度

四搅四喷水泥掺量120 kg/m搅拌桩(干喷)强度随桩深变化关系见图6：整体来看，水泥搅拌桩强度随桩深变化较离散，最大值达到4 MPa，最小值仅有0.02 MPa。且桩身10 m上部较下部抽芯单轴抗压强度较高。2#桩前6 m桩身强度较高，6 m强度急剧降低，6 m～20 m强度整体在0.5 MPa以下。4#桩强度整体高，整体在2 MPa以上。

图6 四搅四喷水泥掺量120 kg/m泥搅拌桩(干喷)强度随桩深变化曲线

为更直观说明水泥搅拌桩强度与桩深的变化关系，统计水泥搅拌桩0～10 m、与10 m～20 m强度特征值，特征值即水泥搅拌桩三组强度平均值的最低值，水泥搅拌桩上部0～10 m三组强度分别取0～3.3 m、3.3 m～6.6 m、6.6 m～10 m的强度，每一组强度采用整体取样点的单轴抗压平均值。水泥搅拌桩下部10 m～20 m三组强度分别取10 m～13.3 m、13.3 m～16.6 m、16.6 m～20 m的强度，每一组强度采用整体取样点的单轴抗压平均值。

表6 1#、4#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度特征值

表6可知，2#水泥搅拌桩抽芯强度特征值0～-10 m为0.17 MPa，-10 m～-20 m为0.11 MPa，5#水泥搅拌桩抽芯强度特征值0～-10 m为0.80 MPa，-10 m～-20 m为0.80 MPa。结合水泥搅拌桩设计强度值28 d龄期，0～-10 m为0.80 MPa，-10 m～-20 m为0.64 MPa。2#水泥搅拌桩抽芯强度整体强度小于设计值，5#水泥搅拌桩抽芯强度满足设计要求。

3.4 总体评价

四搅四喷(干喷)水泥搅拌桩在施工过程中因为水泥干粉易堵管，搅喷工艺中钻头提升、下沉不均匀以及抽芯工艺等因素，导致其连续性评价多为一般/差。

表7 1#～6#水泥搅拌桩(干喷)连续性评价

四搅四喷水泥搅拌桩(干喷)在施工过程喷出为水泥干粉，对潭江流域高含水率的淤泥质土，水泥干粉可以吸收淤泥质中的水分，因此水泥搅拌桩(干喷)早期强度较高，结合表8中1#～6#水泥搅拌桩(干喷)抽芯强度特征值，水搅拌桩(干喷)整体强度较好。且水泥掺量越大，早期强度越高例如4#桩水泥掺量120 kg/m强度明显高于2#桩水泥掺量110 kg/m和5#桩水泥掺量90 kg/m。