水泥掺量对水泥搅拌桩成桩质量的影响分析

2022-10-13付宝宁

黑龙江水利科技 2022年9期

付宝宁

(江西赣禹工程建设有限公司，南昌 330209)

1 工程概况

某重点圩堤除险加固项目共包括8条圩堤，分别为九合联圩、三角联圩、永北圩、郭东圩、万青联圩、高桥圩、马口联圩、立新圩，每条圩堤分为一个施工区。圩堤堤线总长为181.81km，建设内容主要包括堤基、堤身等的垂直防渗、水平防渗，脱坡和滑坡处理，护岸护坡等。该重点圩堤除险加固项目所用的水泥搅拌桩是当前较为常用的软弱地基加固处理措施，在控制沉降变形，提升地基承载力等方面效果十分显著，但是岩土工程本身不确定性较大，水泥搅拌桩的成桩及施工质量也受到地质、地形等的较大影响，为有效解决现场施工质量不良的问题，保证成桩质量，在该工程施工开始前于施工现场展开工艺试验。

2 试验方案

为进行水泥掺量影响水泥搅拌桩成桩质量的分析，将水泥掺量分别设定为90kg/m、110kg/m和120kg/m，并在每种掺量下分别制备2根直径600mm的试桩，将分别编号为1#、2#、3#、4#、5#和6#的6根试桩均按照1500mm间距打入砂层，再按照四搅四喷[1]的成桩工艺进行水泥搅拌桩施工。搅拌杆设计沉降速率和提升速率分别为0.8～1.0m/min和0.6～0.8m/min，并将最末尾一次的提升速度控制在0.5m/min左右。通过沉降和提升速度的控制，达到软土分层加固的目的，纯淤泥质土层应尽可能取提升速度的较小值，砂层则应取提升速度的较大值，通过控制注浆泵出口压力，确保提升速度与输浆速度的一致性。

3 不同水泥掺量下的水泥搅拌桩质量

3.1 水泥掺量90kg/m

成桩连续性和单轴抗压强度是评价水泥搅拌桩成桩质量的两个基本指标，单轴抗压强度主要以水泥搅拌桩抽芯强度为参考。此水泥掺量下的3#桩在长度15.5m以内有效，芯样呈块状和柱状，局部有松散，胶结程度一般，连续性不良；6#桩在长度18.2m以内有效，芯样坚硬完整，呈柱状，仅部分呈块状，连续性一般。搅拌桩桩深及抽芯强度试验结果主要见表1。

表1 3#和6#桩桩深及抽芯强度试验结果

根据表中试验结果所得到的水泥掺量为90kg/m且成桩工艺四搅四喷的水泥搅拌桩强度随桩深变动的趋势具体见图1。从图中可以看出，随着桩深的增大，水泥搅拌桩强度呈较为离散的变化趋势，最大和最小强度分别为2.25MPa和0.12MPa；桩身10m以下比10m以上抽芯抗压强度值更低。

为更进一步分析水泥搅拌桩桩深和强度的关系，分别统计桩深为0～10m、10～20m的强度特征值，并以此值作为水泥搅拌桩强度均值的最低限[2]。根据分析，桩深为0～10m的情况下取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的单轴抗压强度均值，3#桩和6#桩抽芯强度特征值分别为1.28MPa和1.19MPa，28d设计强度为0.65MPa；而桩深为10～20m的情况下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的单轴抗压强度均值，3#桩和6#桩抽芯强度特征值分别为0.09MPa和1.41MPa，28d设计强度为0.80MPa。3#水泥搅拌桩桩深为10～20m的整体抽芯强度低于设计值，而3#水泥搅拌桩桩深为0～10m以及6#搅拌桩的整体抽芯强度均满足设计要求。

3.2 水泥掺量110kg/m

此水泥掺量下2#桩在长度18.3m以内有效，芯样呈块状和柱状，局部有松散，胶结程度一般，连续性不良；5#桩在长度25.0m以内有效，芯样坚硬完整，呈柱状，仅部分呈块状，连续性一般。搅拌桩桩深及抽芯强度试验结果主要见表2。

表2 2#和5#桩桩深及抽芯强度试验结果

根据表中试验结果，水泥掺量为110kg/m且成桩工艺四搅四喷的水泥搅拌桩强度与桩深的关系曲线具体见图2。从图中可以看出，随着桩深的增大，水泥搅拌桩强度也呈离散型变化，最大和最小强度分别为3.0MPa和0.02MPa；桩身10m以下比10m以上抽芯抗压强度值低。

为更进一步分析水泥搅拌桩桩深和强度的关系，采用相同的操作分别统计桩深0～10m、10～20m的强度特征值，并以此值作为水泥搅拌桩强度均值的最低限。桩深0～10m时取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的单轴抗压强度均值，2#桩和5#桩抽芯强度特征值分别为0.17MPa和1.19MPa，28d设计强度为0.64MPa；而桩深10～20m时下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的单轴抗压强度均值，2#桩和5#桩抽芯强度特征值分别为0.12MPa和1.40MPa，28d设计强度为0.80MPa。2#水泥搅拌桩整体抽芯强度低于设计值，而5#搅拌桩的整体抽芯强度符合设计要求。

3.3 水泥掺量120kg/m

此水泥掺量下1#桩在长度18.0m以内有效，芯样同样呈块状和柱状，局部存在松散，胶结程度一般，连续性差；4#桩在长度19.0m以内有效，芯样坚硬完整，呈柱状，仅部分呈块状，连续性一般。搅拌桩桩深及抽芯强度试验结果主要见表3。

表3 1#和4#桩桩深及抽芯强度试验结果

根据试验结果，水泥掺量为120kg/m且成桩工艺四搅四喷的水泥搅拌桩强度与桩深的关系曲线具体见图3。由图可知，随着桩深的增大，水泥搅拌桩强度仍然呈离散型变化，强度最大值和最小值分别为4.0MPa和0.02MPa；1#水泥搅拌桩桩身长度6m以内强度较高，6～20m深度所对应的强度整体≤0.5MPa；4#桩整体强度≥2.0MPa。

为深入分析1#和4#水泥搅拌桩桩深和强度的关系，采用相同方式分别统计桩深0～10m、10～20m的强度特征值，并以此值作为水泥搅拌桩强度均值的最低限。桩深0～10m时取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的单轴抗压强度均值，1#桩和4#桩抽芯强度特征值分别为0.76MPa和3.01MPa，28d设计强度为0.64MPa；而桩深10～20m时下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的单轴抗压强度均值，1#桩和4#桩抽芯强度特征值分别为0.03MPa和2.74MPa，28d设计强度为0.80MPa。1#水泥搅拌桩整体抽芯强度低于设计值，而4#搅拌桩的整体抽芯强度符合设计要求。

3.4 试验结果评价

经过以上分析不难看出，在四搅四喷的成桩工艺下，水泥搅拌桩很容易因水泥干粉的使用而发生堵管，并因钻头提升、抽芯、沉降不均匀等原因而影响桩体连续性。本试验所制备的1#～3#水泥搅拌桩连续性较差，4#～6#水泥搅拌桩连续性一般。在该试验水泥搅拌桩成桩工艺下，所喷出的水泥干粉能够吸收圩堤高含水率淤泥质土中的水分，增强水泥搅拌桩早期强度，且水泥掺量越大，早期强度也越高[3]，4#桩水泥掺量最大，其强度明显比水泥掺量110kg/m的2#桩和水泥掺量90kg/m的6#桩更高。