双向水泥搅拌桩施工方法及控制要点

2022-07-13王瑞娟

石油化工建设 2022年5期

王瑞娟

中铁十五局集团第二工程有限公司上海 200000

1 施工工艺和方法

1.1 施工工艺

该水泥搅拌桩施工采用单轴双向工艺，即“二搅一喷一停”法施工，其施工工艺流程(“湿法施工”)为：清除原地表土→桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机导向架垂直度和钻杆切土叶片→喷浆下沉→至设计深度后在桩端持续喷浆搅拌30s 以上→停浆提升至桩顶设计标高→人工修整捣实桩头→成桩结束→施工下一根桩。

1.2 施工方法

桩基施工中，需要结合搅拌桩的实际施工要求，对浆泵计量以及水泥搅拌桩的实际施工过程进行优化，结合双向水泥搅拌桩的实际施工情况。在送泵以及开钻处理的过程中，需要从管道检验以及浆泵施工处理的角度，对旋转切割、搅拌土体等进行技术优化，提高双向水泥搅拌桩的整体施工水平。

喷浆下沉：在喷浆下沉的过程中，则需要从搅拌深度以及泥浆施工的角度进行优化，在持续喷浆搅拌处理的基础上，可提高搅拌施工的综合水平。

提升搅拌：双向水泥搅拌桩的实际施工中，持续搅拌是从旋转搅拌以及送浆过程优化的角度，提高双向水泥搅拌桩的施工水平。

人工修整捣实桩头。

1.3 施工过程控制

采用单轴双向搅拌桩，验证钻机喷浆泵的喷浆能力与压力满足施工要求；每台桩机必须配备相关部门认证的水泥浆自动记录装置；浆钻进速度为下沉和提升速度不大于0.8m／min；搅拌桩施工前，根据现场情况进行工艺试桩，基本各种机械参数，掌握喷浆量、下钻和提升的阻力。

2 质量控制要点

2.1 控制要点

根据相关规范要求并结合现场实际，影响水泥搅拌桩成桩质量的因素很多，质量控制的要点主要有以下几点：水泥质量；压浆泵的喷浆能力与压力；水灰比的选定与掺入比；制备水泥浆液的设备控制精度；搅拌桩的直径；桩长及竖直度；搅拌速度与每延米喷浆量；水泥固化龄期；桩身均匀性；施工方法。

在实际施工的过程中，开钻前，为避免出现堵塞的情况，可以通过清水对整个管道进行清洗，在水平检验以及桩位偏差分析中，则需要对实际施工过程进行优化，在搅拌与输送控制的基础上，提高双向水泥搅拌桩的施工控制效果。按照桩位偏差不大于5cm、桩身垂直度偏差不超过1.5%进行控制。水泥泥浆的控制，则需要从试验配比的角度进行拌制。水泥浆拌和时间要控制在3min 以上，并利用比重计对比重进行测量，检测稠度，在进行制备的过程中，为避免水泥硬块出现堵塞管道的情况，可在输送灰口位置设置网筛进行过滤。泵送浆液之前，管路则需要保持潮湿，方便输送浆液。在现场拌制的过程中，则可以从水泥质量控制的角度，保证水泥搅拌桩的施工质量。为保证水泥搅拌桩可以满足项目精度要求，钻杆长度要标定，钻前要通过钢尺对钻杆进行标定。成桩深度在桩机钻进的过程中，可通过钻进深度控制，保证桩顶标高的搅拌处理的加密质量。在搅拌桩的实际施工中，则需要从桩位布置以及施工控制的角度，对双向水泥搅拌桩的施工过程、成桩质量等进行综合评估，通过双向水泥搅拌桩的施工控制，提高准金施工的综合水平。在双向水泥搅拌桩的数据统计与施工参数分析中，则需要在施工工艺调整以及搅拌施工质量控制的角度，提高双向水泥搅拌桩的综合施工工艺水平。在这一过程中，从水泥浆比重测量与施工质量控制的角度，提高双向水泥搅拌桩的施工控制水平。与此同时，结合水泥深入量以及土质环境，在对水泥总量进行综合控制中，可通过水泥搅拌桩的水泥用量、搅拌工艺参数等综合管理，提高工程施工质量控制水平。

2.2 控制方法

（1）水泥质量的控制：水泥质量控制中，则需要从水泥数量、质量的角度进行控制，在水泥、水质分析的基础上，对水泥质量控制过程进行优化，提高双向水泥搅拌桩的物料控制水平。控制水泥质量，并对实际用量进行评估，可提高双向水泥搅拌桩的水泥质量控制水平。

（2）压浆泵的喷浆能力与压力：单缸注浆泵长时间的工作会形成窜缸，压力减低，注浆中脉冲造成压力不稳定，浆液注入搅拌桩成桩均质性较差。双缸或三缸注浆泵有先进的润滑系统，独特新型的活塞。优点是注浆压力大，流量高，无脉冲，压力稳定，浆液匀速注入搅拌桩成桩均质性好，因此选用双缸或三缸注浆泵用于水泥搅拌桩的施工有利于提高成桩质量。水泥搅拌桩喷浆压力的范围控制在0.6～0.8MPa。

（3）水灰比的选定与掺入比：依据设计要求水泥浆水灰比可选用0.45～0.55，水泥土28d 立方体抗压强度平均值fuc≥0.6MPa，水泥掺入量可参照室内试验结果实施，且不小于100kg/ 延米。水灰比为0.45 时，水灰比过小是不便于浆液制作和施工，且水泥浆液搅拌时间长。这样的浆液施工出的桩体质量虽然很好，但施工速度慢，降低了工效；水灰比为0.55 时，水泥浆液容易制作，但软基地段靠近河浜，地下水位高，软基层土体中含水量较高，降低了水泥土的抗压强度。选用水灰比为0.5 时，水泥用量= 体积×掺量×土重，经对现场原状土取样试验，确定水泥掺入量为14%，水泥用量为102kg/ 延米,28d 抗压强度平均值大于0.6MPa，满足设计要求。

（4）制备水泥浆液的设备控制精度：目前现场制浆系统多数情况下是通过人工拆水泥包，根据配比加入水泥，经搅拌桶搅拌后制浆，水泥和水量主要通过工人经验及刻度标记等方法控制，精度不高，并伴有粉尘污染，对操作人员要求高，效率低下，水泥搅拌桩整体质量难以达到验收标准。“水泥搅拌桩用电子智能制浆设备”自动配比的制浆系统包括水泥罐、螺旋输送机、搅拌桶、储浆桶、注浆泵、控制器，搅拌桶通过供水管路连接水泵。通过控制器启动水泵供水至搅拌桶，当水量达到设定的重量时，控制器停止水泵供水，自动启动水泥罐下螺旋输送机，将水泥输送到搅拌桶，当水泥用量达到设定重量时，控制器停止螺旋输送机工作，水和水泥的用量均能过搅拌桶上的压力传感器将信号传送给控制器，并自动打印配合比用量，再由注浆泵通过供浆管路至搅拌桩机。实现制浆的精确控制，同时保证质量的可靠性，对环境无污染，提高制浆的工作效率，增加使用的便捷性，是当前制浆领域需要广泛运用的技术问题，以保证水泥搅拌桩水泥的设计用量。

（5）搅拌桩的直径：根据试桩情况可以看出，搅拌桩施工会引起周围土体的位移，搅拌桩施工中固化剂的注入体积与膨胀压力，成桩直径比切土叶片的名义直径大5%～10%。验收标准要求桩径不得小于设计值，切土叶片与钻杆形成的转动直径等于设计直径时，施工完成的桩体普遍大于设计值，虽然满足设计要求，水泥搅拌桩数量较大时，水泥用量增加较大，工程成本较大，显得不经济。因此桩径控制是对搅拌切土叶片长度进行控制，保证桩径，控制切土叶片的加工长度比名义叶片小4.5%，施工完成的桩土直径仍然不小于设计值，满足了验收标准。

（6）单桩长度：施工中搅拌桩的有效长度的控制，往往都停留在搅拌机钻杆长度的控制。搅拌机钻杆长度为深入土层的设计桩长+ 地面上外露钻杆长度。施工中由于桩顶标高控制不好，导致在进行复合地基材料(砾石砂垫层)填筑时桩顶侵入垫层或低于垫层，侵入垫层桩顶凿除导致桩长不够，低于垫层无法接桩，这两种情况的出现均不满足验收标准。控制好搅拌桩的桩顶的停浆面就必须控制好桩顶标高，这样才能保证设计桩长。桩顶标高的确定，清除表土后，需要根据设计情况分别判定清除表土后的地面标高是否是桩顶标高。如水泥搅拌桩在低填浅挖(路床厚度80cm)路段，桩顶标高不得超过路床底标高，需要将表土清至桩顶桩高；如水泥搅拌标高在一般路基土方路段，清除表土后的地面标高即可是桩顶标高，搅拌桩施工时停浆面高出桩顶30～50cm。钻进深度应超过施工桩长0.5m，钻芯并取出桩底土样进行描述记录，据此确定实际桩长和端承条件。成桩后的有效长度不得小于设计长度。

（7）单根桩的竖直度：水泥搅拌桩施工中，除设计有特殊要求外，桩体的竖直度都必须满足验收标准。竖直度偏大会影响复合地基的承载力，也会增加软土地基的压缩量，导致工后路基沉降引起路面下沉。控制桩基的竖直度，主要靠搅拌机导向架控制钻杆竖直度，因此每一根桩在施工前都必须对导向架进行调整，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。保证成桩的竖直度不得超过1.5%，满足验收标准。

（8）搅拌速度与每延米喷浆量：搅拌桩施工前，根据现场实际情况进行工艺试桩，基本各种机械参数，掌握每分钟的下钻速度，喷浆量和提升速度，以保证桩体水泥用量满足设计要求。后台控制具有电脑打印的电子计量装置控制配合比，保证水泥用量，电脑打印的水泥浆流量计控制，对桩长的水泥浆用量进行控制。试桩结果表明下钻速度不超过0.8m/ min，可以保证桩体每延米喷粉（浆）量不小于设计值。通过取芯确定桩体的密实程度、均匀性、硬度。成桩七天后采用轻便触探器中附带的勺钻钻取桩身加固土样，观察搅拌均匀程度和判断桩身强度，或用静力触探测试桩身强度沿深度的变化，确保桩体的密实度，均匀性和硬度。对桩顶桩底搅拌时间多搅拌30s 进行控制，保证两端质量，有利承载力的提高。施工中对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的数量、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间。

（9）水泥固化龄期：根据搅拌桩的质量检验要求，可用单桩或复合地基荷载试验检验其承载力。检测桩成桩龄期一般应大于28d。在特殊情况下，经业主、监理批准，施工单位可申请进行14d 龄期的检测，强度按28d 的检测标准执行。对超过28d 龄期的强度检测，龄期每增加1d，标贯击数、强度按1%折减。检测龄期不超过60d。