关于水泥搅拌桩在沿海地区水利工程软基处理中的应用研讨

曹文逸

（广东东水工程项目管理有限公司,广东 东莞 523000）

基础处理过程中,若是以换填砂石、置换土等工艺手段实施软基处理,容易引发边坡垮塌及塌方事故,且土方外运量大,费用成本相对较高,工期较长。若是采用桩基穿越地层,费用成本极高,处理效果也不一定能达到。为尽可能地减少费用成本,达成工程目的,往往会进一步扩大水利工程软基处理当中水泥搅拌桩此项施工工艺的运用,对施工场地整体环境起到改善作用,以免施工场地过于拥堵。故沿海地区的水利工程项目软基处理当中应用水泥搅拌桩较为重要且必要。

1 工况

东莞滨海湾新区滨海景观活力长廊龙涌至苗涌段位于东莞滨海湾新区东南板块,龙涌与苗涌之间,紧邻滨海湾大道。项目范围东侧以滨海湾大道红线为界,西至填海边界线,北至苗涌入海口、南至龙涌入海口,建设面积为17.06 hm2,岸线长度1.93 km。新建海堤工程起点与苗涌出海口滨海湾大道1#桥涵出口相接,终点与粤港澳文化街项目新建海堤相接,海堤岸线根据总体景观提升要求及生态海堤的功能需求设计为斜坡式生态海堤,生态海堤总长366.69 m。

2 实例分析

2.1 针对前期准备部分

2.1.1 在搅拌桩的施工设计层面

（1）单轴水泥搅拌桩

1）施工用水泥采用P.O.42.5 级普通硅酸盐水泥,提升速度不大于0.6m/min,水泥掺入量为20%,水灰比为0.5～0.6,最终掺入比由室内试验确定。

2）施工前应进行水泥土的室内配合比试验,验证水泥对软土的适用性,28 天龄期的无侧限抗压强度不低于0.6 MPa。

3）载荷试验：水泥土搅拌桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验,设计要求处理后的地基承载力不小于90 kPa,静载荷试必须在桩身强度满足试验荷载条件时,并在成桩28 d 后进行,单桩承载力不小于80 kN。验收检验数量不少于总桩数的1%,复合地基静载荷试验数量不少于3 台。

4）钻芯检测：竖向承载水泥搅拌桩成桩28 d 后,宜采用双管单动取样器钻取芯样,评价搅拌均匀性,检验水泥土抗压强度；芯样直径不宜小于80 mm,钻入持力层深度不得小于3 倍桩径,检测数量为施工总桩数的0.5%,且不少于6 根。

（2）双轴水泥搅拌桩

1）搅拌桩采用连续套接的双轴水泥土搅拌桩2φ600@450。

2）水泥土搅拌桩的水泥掺入量宜为16%～20%,水泥土28 天的无侧限抗压强≥1.0 MPa,施工过程中泵送压力大于0.3MPa,且泵送流量要求恒定。采用P.042.5 级硅酸盐水泥。

3）采用钻芯法检验水泥土搅拌桩的单轴抗压强度、完整性、深度。单轴抗压强度试验的钻芯直径不应小于80 mm。检验桩数不应少于总桩数的1%,且不应少于6 根。

2.1.2 在水泥加固土的室内试验层面

现场实施土样采集,作水泥土室内配比试验,对各水泥土处于不同龄期及水泥的掺入比例、试块的抗压强度实施有效测定,为搅拌桩作业寻求水灰比及水泥掺入比最适宜配方。为确保顺利成桩,此次室内配比,单轴水泥搅拌桩共做了三组不同比例的掺入量实验,按设计要求的掺入量20%±2%即18%、20%、22%取值,水灰比都选用0.5。现场取样送检土样,经实验,天然密度1.65 g/cm3,水泥选用P.O42.5 R 硅酸盐水泥。经室内实验测得掺入量为18%时,水泥土7 d 无侧限抗压强度0.28 MPa,水泥土28 d 无侧限抗压强度0.48 MPa；

掺入量为20%时,水泥土7 d 无侧限抗压强度0.37 MPa,水泥土28 d 无侧限抗压强度0.54 MPa；掺入量为22%时,水泥土7 d 无侧限抗压强度0.48 MPa,水泥土28 d 无侧限抗压强度0.77 MPa。双轴水泥搅拌桩也做了三组不同比例的掺入量实验,按设计要求的掺入量16%～20%±2%即16%、20%、22%取值,水灰比都选用0.5。现场取样送检土样,经实验,天然密度1.65 g/cm3,水泥选用P.O42.5 R 硅酸盐水泥。经室内实验测得掺入量为16%时,水泥土7 d 无侧限抗压强度0.29 MPa,水泥土28 d 无侧限抗压强度0.41 MPa；掺入量为20%时,水泥土7 d 无侧限抗压强度0.51 MPa,水泥土28 d无侧限抗压强度0.93 MPa；掺入量为22%时,水泥土7 d 无侧限抗压强度0.78 MPa,水泥土28 d 无侧限抗压强度1.16 MPa。

2.2 针对施工工艺部分

2.2.1 在工艺原理及其步骤层面

采用水泥搅拌桩此项工艺之下开展地基处理时,针对软弱地基的内部,借助搅拌机械,一边钻进一边对软土内实施浆液喷射,再用搅拌轴实施旋转搅拌,强制性均匀拌和软土及固化剂,通过软土与固化剂所产生物理化学等反应,促使软土能够结成有着良好强度性、水稳性、整体性的水泥土桩,并于桩间土产生共同作用,致使复合地基逐渐形成,桩柱体及桩周土则承受着上部分荷载。水利工程实施软基处理期间水泥搅拌桩具体施工工艺步骤：对表层杂土予以彻底清理,对场地实施平整处理；精准测定桩位后,确定桩机就位；严格依照现行规范及要求,实施水泥浆液的合理配制操作；实施下搅拌杆的钻进作业；实施喷浆搅拌,并将钻杆提升；注浆泵启动运行；重复实施正反循环的下搅拌杆作业、喷浆及提钻杆作业；实施复拌作业；下搅拌杆后,提搅拌杆,确保拌和时间相等,但不实施喷浆；搅拌杆需提升至地表位置,一根桩作业完成,移机到下根桩循环以上施工步骤。

2.2.2 在施工要点层面

（1）合理布设施工轴线及孔位

施工作业前期,需依照着施工图,实施施工轴线及其孔位的测放,对其实施妥善保护处理,桩位布置和施工图之间误差需把控至3 cm 范围。

（2）确保设备就位

确保成桩设备依照着施工图合理安装就位,维持良好平整性、稳固性,防止后期施工过程有倾斜或是移动情况出现,桩架上面设施工期间所需用到深度及斜度的观测装置。

（3）水泥浆液的科学制备

依照着试验测定及所认可水泥浆液的配比、外掺剂、固化剂,经复勘过后所设桩长,实施搅拌桩所需的喷浆量计算,材料放置搅拌机当中加水,开展水泥浆液的现场搅拌制备,检验合格过后,则输入至蓄浆池内部准备输灌。

（4）借助搅拌机实施预搅下沉作业

在搅拌机辅助下实施预搅下沉,整个过程当中,禁止实施冲水下沉操作。搅拌桩具体作业时,应对基础加固相应区域实施沉降观测,便于实时掌握加固区域总体沉降变形情况,将其当成是地基加固总体效果评价及其使用维护重要依据。

（5）喷浆成桩作业

灰浆泵启动运行,浆液自喷嘴喷出过后,桩机启动向下旋转,并钻进至喷浆成桩,稳定连续实施水泥浆液喷水。针对搅拌桩总体施工工艺,需结合所要求配比及搅拌试验,对施工作业各项参数实施换算确定；借助流量泵对输浆速度予以合理把控,确保注浆泵的出口位置压力可把控至0.4 MPa～0.6 MPa 范围,搅拌提升和输浆的速度务必保持一致。浆液在达出浆口位置,对座底实施30 s 喷浆,确保浆液能够完全达桩端部位。浆喷搅拌水泥、固化剂及浆液的掺入量,均需依照着所预定配比予以科学拌制。

2.3 针对质量检测部分

2.3.1 在钻探取芯检测试验层面

待成桩28 d 过后,实施钻探取芯,也就是以钻孔方法为基础连续将水泥搅拌桩的桩芯取出,对所取出芯样,借助锯、刀等切割成相应试块。现场实施单轴抽检频率是总体桩数0.5%,双轴抽检频率是总体桩数1%,桩直径的2/5 位置属于最佳取芯位置,其代表性的芯样需加工成为直径为×高度为（h）=80 mm×100 mm 尺寸的圆柱体,开展无侧限定抗压强度的测定试验,经测定后,其强度值符合设计要求,且桩均匀性及其完整性均达标。

2.3.2 在单桩及其复合地基的承载力检测试验层面

待成桩28d 后,实施现场载荷试验,对单桩及其复合地基开展承载力检测试验。对承受源自垂直荷载水泥搅拌桩来说,承载力检测试验属于最可靠有效的一种质量检验手段。针对单桩地基的承载力检测试验,荷载板需确保有着充足刚度,大小务必结合所设置换率予以合理确定,也就是荷载板实际面积应是单根桩自身承担实际处理面积。单桩承载力抽检频率则是总桩数的1%。此次选定D58、D284、D804 等30根单轴搅拌桩实施单桩承载力检测试验,检测结果表明了各单桩承载力极限特征值均≥160 kN,实际单桩竖向的承载力值均≥80 kN,试验结果均表明单桩的承载力达到设计要求。针对复合地基的承载力检测试验。则选定D146、D219、D593 等30 根单轴搅拌桩开展针对单桩的复合地基总体承载力检测试验。复合地基的承载力计算公式：

式中：fsk为处理过后桩间土实际承载力；β为桩间土实际承载力的折减系数；Ap为桩截面积；Ra为单桩实际承载力；m为桩土面积实际置换率；fspk为复合地基实际承载力。

经检测试验及计算分析后了解到,堤身部位的复合地基,其承载力极限特征值均≥180 kPa；堤身部位的复合地基实际承载力均≥90 kPa；试验结果均表明复合地基的承载力达到设计要求。

2.3.3 在沉降观测层面

结合图1 中的观测数据可了解到,前60 d 呈较大沉降量,左、中、右侧观测点的沉降量均＞8 mm；伴随时间推移,其沉降量呈降低趋势,90 d 后,地基的沉降变形则趋于稳定,其左、中、右侧的观测点实际沉降速率降为0,符合现行设计要求。

图1 沉降量总体变化的曲线图

3 结语

沿海地区的水利工程项目,在开展软基处理期间,若想更好地发挥水泥搅拌桩施工工艺各项优势,就务必要在全面了解项目总体情况及需求情况下,做好前期各项准备工作,全面把握水泥搅拌桩的施工工艺,严格依照着现行施工规范及要求,结合施工图,实施软基处理,实现水泥搅拌桩有效运用,使沿海地区的水利工程项目软基处理得以高效完成。