市政道路软土地基施工中水泥搅拌桩的应用

2022-10-28龙健

四川建材 2022年10期

龙健

(中交四航局第三工程有限公司，广东佛山 528322)

0 前言

水泥搅拌桩是软土地基加固中的常见方法，以水泥、石灰等为原材料，按特定的比例掺入后，做充分的搅拌，与现场的软土均匀混合，在此期间发生物理化学反应，联合构成完整的、稳定的地基，有利于道路建设工作的高效开展。水泥搅拌桩技术的适用范围广，渗透系数较小。施工现场的软土在水泥、石灰等固化剂的作用下得到加强，稳定性大幅提升。加固期间的扰动作用较小，周边土体不存在异常状况。施工无明显环境污染问题，振动、噪声得到有效控制。相比地下连续墙等常规方法，效率高且成本低。

1 工程概况

德富路呈南北走向，道路全长1 598.339 m，宽度40 m，双向6车道，设计速度50 km/h，按城市主干路标准设计。沿线存在软土地基，为给市政道路施工创设良好的条件，并保证道路整体质量，采用水泥搅拌桩加固技术，具体视实际情况对施工方法做合理调整，其中桥涵基础软土地基以CFG(Cement Fly-ash Gravel，水泥粉煤灰碎石)桩加以处理，部分区域的空间受限，针对此类区域，用高压旋喷桩加固。

2 水泥搅拌桩施工方案

现场软土地基分布范围广，包含淤泥和淤泥质土等，此类土层含水量较高、强度不足，若直接进行道路施工，易影响道路结构的稳定性，随着使用时间的延长，在车辆荷载等外部因素的作用下，易发生不均匀沉降。为此，采用水泥搅拌桩加固的方法，以改善软土地基的力学性能。选择0.5 m的桩体直径，按1.5 m的桩距有序布设。

水泥搅拌桩施工中，按15%的比例掺入P·O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.5～0.6，用喷浆法施工成型。桩身无侧限抗压强度R28≥1 MPa，经过处理后，固化剂和现场软土共同构成复合地基，要求其承载力标准值≤100 kPa。桩顶高程在现状路面以下0.3 m。为有效提升加固效果，挖除0.3 m原土至桩顶标高，于该处施作相同厚度的级配碎石垫层，并联合应用土工格栅。

对于雨污管槽部的软土地基加固，设高于管槽基础底面0.5 m的保护桩头，超出部分以空搅的方式加以处理，28 d后检查该部位的施工质量，若无误则组织基坑开挖作业，并将设置在上方的0.5 m桩头敲除，施作合适尺寸的管槽。

3 水泥搅拌桩施工技术

3.1 施工准备

1)用推土机或其他的机械设备整平现场，清理残留在施工现场的杂物。

2)恢复线路中线桩，根据设计要求准确测放桩位，并有序将水准点布置到位，设桩位标识。

3)在现场设置临时排水设施，减小水对施工的干扰。

4)配套搅拌机、压浆机等相关机械设备，检验其运行性能，确保无误。

5)开挖集浆坑，向其中放置1.5 m3的集浆桶。

6)准备适量质量达标的材料，例如水泥、外加剂，配套电子自动计量装置，用于控制材料的用量。

3.2 桩位布置

水泥搅拌桩桩位布置如图1所示。

图1 水泥搅拌桩布置

3.3 钻机就位

借助钻机塔身的垂直标杆，详细检查塔身导杆，根据实测结果安排校正，直至钻杆垂直对准桩位中心为止，必须确保垂直度偏差≤1%。根据标高控制要求，在桩旁的机架侧面刷涂红油漆，形成水平标高标志，以便有效控制钻孔深度；在钻杆上绑扎深度标志，随着钻进量的增加，待该标志与水平标志齐平时，则表明已经钻进到位。

3.4 制备水泥浆

以试验取得的水灰比为准，精准称量原材料，拌制水泥浆，过筛后转至集料桶内，以便用于水泥搅拌桩施工中。浆液不可离析，否则视为废料进行处理。由专员记录现场施工数据，包含水泥浆液的灌入数量、泵送浆液时间等。合理协调施工要素，保证供浆的连续性。

3.5 喷浆搅拌下沉

搅拌机缓慢放松起吊钢丝绳，钻杆沿导向架缓慢下沉，在此期间做适当的切土处理，根据电机电流监测表的显示结果灵活调控下沉速度。钻头入土后，启动泥浆泵，钻进和喷浆同步进行，期间视实际情况灵活控制自动流量计，保证喷浆量的合理性。钻进阻力偏大时，适当加大搅拌机压重，以便更好地下沉，必要时联合应用加压装置。喷浆下沉期间，加强对下沉速度和喷浆压力的检测与控制，要求喷浆压力≤0.4 MPa，下沉速度≤0.8 m/min。

3.6 喷搅提升

深层单轴搅拌机下沉到位后，用灰浆泵将制备好的水泥浆压入地基，在此过程中同步喷浆和旋转，并根据要求适当提升。经一段时间后，搅拌机提升至地面以下1 m的位置，此时需要在前述基础上放慢提升和旋转的速度；即将出地面时，暂时停止提升，搅拌机持续喷浆搅拌130 s再提升，经此施工后，保证桩头的密实性。

3.7 重复喷搅下沉、提升

为使软土与水泥浆搅拌均匀，需再次将深层搅拌机喷浆下沉，而后搅拌喷浆与提升同步，直至提出地面为止。复喷搅拌时，重点考虑的是离地面30 cm的部分，该区域以慢喷慢搅的方法为宜。技术员根据记录的信息确定水泥的用量，以此为参考，初步判断成桩质量。施工期间加强观察，若有不满足要求的情况，及时采取补桩或其他的处理措施。成桩施工遵循连续性原则，由于某些原因而停浆时，一方面需尽快处理异常状况，缩短中途间隔时间，另一方面则需在恢复施工时重叠接桩，长度至少为50 cm，以保证桩体的完整性。停机时间在3 h以上时，必须拆卸输浆管，将其中附着的泥浆清理干净，并于周边合适点位补桩。

3.8 清洗

搅拌后，向集料斗内注入清水，运行灰浆泵，此举目的在于清理管道中的水泥浆，使内部保持干净。桩顶标高略高于设计值30～50 cm，而在基坑开挖环节，需要全面检查搅拌桩的施工情况，以人工挖除的方法处理质量较差的桩段。

3.9 移机

钻杆提出地面后，检查成桩质量，判断其是否满足要求，若无误则移机，根据工程进度计划施工下一根桩。横向、纵向移机时，注重如下几点：将钻杆准确落位；针对机塔和底盘两部分做有效的加固处理，确保其具有足够的稳定性；适当向前后左右方向伸缩一定的距离，准确到位。

3.10 填筑碎石垫层、铺设土工格栅

水泥搅拌桩施工后，依据规范检验施工质量，确认无误后，在软土地基施工现场铺设碎石垫层，厚度30 cm，铺设后采取压实处理措施，保证该处的密实性；而后，将双向土工格栅铺设到位，搭接长度控制在30 cm，为保证土工格栅的稳定性，用铅丝绑扎、U形钉固定。垫层构造见图2。

图2 垫层构造

4 水泥搅拌桩施工质量检验

在现场选取具有代表性的试验段，共施工28根水泥搅拌桩。龄期达到28 d后，组织单桩复合地基载荷试验，试验期间持续增加荷载，密切观察压板的状态，可以发现其沉降量逐步增加，但均在可控范围内，不存在突变现象。根据设计要求，还需以取钻芯的方法检验成桩质量，钻芯数量取桩总量的0.5%，根据此关系，在施工段内取50个钻芯桩点，分别安排检验，根据实测结果判断成桩质量。

实际情况表明，水泥桩结构具有完整性，桩体的水泥以相对均匀的状态分布，诸如垂直度、桩径等基础参数也均满足要求。此外，为判断软土地基处理前后的沉降情况，在软土地基施工前布设观测站，以便加强观测，根据实测结果判断软土地基加固效果。根据施工记录可知，软土地基填筑至路基填土结束的时间为42 d，在此阶段产生的平均沉降量为45.6 mm；而在填土完成后，继续安排观测，每20 d观测1次，得到的沉降监测结果分别为9.3、5.8、2.4 mm。可以发现，在整个施工过程中，下沉量累计为63.1 mm，且随着时间的推移而逐步趋于稳定，填土100 d后基本无下沉的迹象。通过与设计要求的对比分析发现，工后沉降量达标，由此充分说明，以水泥搅拌桩加固软土地基的方法可行，能够取得突出的应用效果。

5 水泥搅拌桩加固施工的质量控制措施

5.1 施工参数控制

水泥搅拌桩加固软土地基施工中，严格控制加固深度，为保证加固效果，要求其不小于设计桩长。地下水也有可能对桩体施工造成干扰，因此需注重分析，判断是否会腐蚀水泥混凝土。通过电脑自动记录仪的应用，实现对各项参数的精准记录，涵盖桩号、设计桩长、实际桩深等多个方面，以便技术人员根据参数对桩体施工情况加以判断，更为合理地施工。桩顶标高超过设计标高0.5 m以上为宜，桩头部分的处理采取的是人工凿除的方法。

5.2 水泥搅拌桩施工中质量控制技术

1)为给正式施工创设良好的条件，组织工艺性试验，确定合适的参数，生成完善的施工工艺方案，而后再依据该方案正式施工。针对局部承载力异常偏低的软弱土层，较为可行的方法是适当增加搅拌次数，或是在原有基础上提高水泥掺量，以保证该部位软土地基的处理效果。

2)喷浆提升速度≤0.8 m/min，泵送压力≥0.4 MPa。合理协调施工工序，控制好相邻桩喷浆时间，要求其间隔<24 h，以4次喷浆4次搅拌的方法施工较为适宜。经过多次处理后，保证搅拌的均匀性。根据搅拌头的回转数、搅拌轴的垂直夹角等，合理控制搅拌头翼片的参数，例如宽度、枚数，以便充分发挥出各类设备的应用优势，保证施工效果。施工期间，加强对搅拌桩的检测，要求桩位偏差<50 mm，垂直度偏差<1%，若实际偏差超出许可范围，则及时加以处理，此外诸如桩径、桩长也均要满足要求。

3)浆液随拌随用，尽可能缩短停放时间，以免固结，泵送应具有连续性。根据试验确定的参数，控制钻头起吊提升速度、灰浆泵输浆量等关键的参数。若由于某些原因而中断施工，适当使搅拌头做下沉处理，直至其到达停浆点以下500 mm处为止，后续恢复正常施工状态后，方可搅拌提升[1]。以桩顶设计标高为参照基准，要求停浆面高出500 mm，该部分在桩顶压梁时凿除干净。若由于某些特殊原因而导致停机时间>3 h，需将输浆管拆下，清理其中的浆液，避免固结。严格依据工艺要求控制喷浆搅拌次数、提升速度等关键参数，并安排专员记录。

4)随着搅拌桩施工进程的推进，桩顶接近设计标高时，需要高度重视桩头部位的施工。例如，桩顶1～1.5 m内增加喷浆搅拌1次。自地面以下1 m开始，向上喷浆搅拌提升时，保持相对较慢的速度，并避免速度忽快忽慢，喷浆口到达桩顶标高时应停止提升并做10～20 s的搅拌处理，以此来保证桩头的密实性。针对施工期间存在的输浆管弯折、漏浆问题，及时查明情况加以处理，有漏浆点应立即修补。

5)相邻两桩搭接间隔施工<24 h，尽可能缩短间隔时间，以免影响搭接的可靠性，若间隔时间偏长，需采用局部补桩或注浆的方法加以处理。桩身插筋时间应<24 h，同时每日做好记录。桩体达到28 d龄期时，强度应当满足>1 MPa的要求。

5.3 特殊情况的处理

钻进期间发生卡管事故时，以慢速的状态有效钻进；向上提出钻头，对其结构做合理调整。钻进位置偏浅时，先以可行的方式疏松施工范围内的土层，而后再施钻。钻杆过程中卡钻时，随即暂停喷浆，分析原因并妥善处理，确认无误后方可恢复喷浆。喷浆堵塞时，详细检查灰浆泵，判断其运行状态，适当调整喷浆压力[2]。固化料中含大颗粒或杂物时，及时将其清理干净。若存在喷浆不畅的情况，按照“由关到开、由开到关”的方式多次操作喷浆阀，直至喷浆恢复顺畅状态。