公路工程中水泥搅拌桩首件施工技术研究

2023-10-14肖先武XIAOXianwu

价值工程 2023年27期

肖先武 XIAO Xian-wu

（广东冠粤路桥有限公司，广州 511400）

0 引言

公路作为陆路交通最为常见的设施，承担了沉重的运输任务，基于公路建设规划、公路成本控制等要求，需要在建设过程中克服各种难题。长期施工实践经验总结得知，水泥搅拌桩的质量受到现场环境、施工技术工艺、适用材料等多方面因素的影响，为了降低施工成本，优化施工方案，确定水泥搅拌桩施工最佳配合比，掌握水泥搅拌桩机工作的最佳性能，需要施工单位根据现场实况进行相关记录和研究。

1 水泥搅拌桩原理

软基（软土）是特殊的地质条件，一般是由湿度大、空隙大的细沙软土或黄土等组成，渗透能力不足且承载能力弱，在受到外力影响时容易出现下陷现象，对于当代公路工程的巨大承载需求，软基无法满足建设要求，如果不能有效加固，则会导致后续路堤塌陷、路基损坏等，导致施工成本升高，安全隐患增加。水泥搅拌桩的基本原理为，将固化剂通过特殊设备与软土进行搅拌，得到具有高强度性能的搅拌桩，在该区域内搅拌桩可以与软土一并承受压力，促使路基整体受力性能增高。但搅拌桩的受力能力强于软土，在长期受力情况下，软土部分与搅拌桩部分均会发生沉陷，且搅拌桩沉陷明显弱于软土，由此出现不规则沉陷情况，则路基强度主要受搅拌桩耐久度和承载能力强度的影响，因此保证搅拌桩施工质量是提升公路路基质量的关键。

2 水泥搅拌桩施工基本要点

依据现有施工经验分析，水泥搅拌桩的质量控制要点主要分为以下方面：

①准备工作。施工前需要做好场地平整工作，钻机作业周边的碎石、杂物等须清理干净，在场地某侧挖掘好沟槽便于排水，必要时须提前进行排水处理，降低软土水含量，在填土处理时，应选用粘性好的材料，且厚度不宜超过0.5m，填土后反复压实，避免后期出现严重沉陷。做好现场设备、材料的检查工作。

②四喷四搅。基本流程为在下钻和上提过程中进行喷浆，并重复一次操作过程。施工过程中，可配置电脑记录仪，对现场施工的各类参数进行记录，并由专门的人员监督和检查。要求基础参数：水灰比范围为0.45～0.55，掺灰量为45～50kg/m，减水剂含量0.4%～0.6%，水泥掺量11%～13%。施工时需防止堵管，采取带浆下钻办法，喷浆量控制在总量50%以上，二次下钻和提钻操作将档位控制在低档，单桩成桩时间控制在40min 以上，喷浆压力≥0.4MPa。

③成桩试验。在复杂地质条件下或冬、夏季施工时，需要通过试桩确定环境对施工效果的影响，以便采取相关优化措施。为校验施工参数和工艺细节，对成桩进行检测试验，一般以动力触探等为主要检测方法，以设计方案为标准进行比对，根据现场情况分析问题成因和应对方法，并进行记录，其搅拌桩的施工参数要登记好，方便日后查验。试桩工作达标后，才能开始水泥搅拌桩正常施工，试桩时，每一个标段的试桩数量需大于5 根，且在试桩工作结束后，施工人员还需要对其进行检验工作，成桩7 天后，再进行开挖工作，取出后还要对桩的性能进行试验，也可以在成桩14 天后进行桩体的取芯检测，确保成桩过程中地搅拌均匀性以及相应的强度能够达到施工要求。

3 水泥搅拌桩首件施工技术的应用实践

以某高速公路LQSG-06 标段为例，其桥头段与桥头过渡段为软土路基，因此施工时采用水泥搅拌桩处理，软土路段施工总长度为40m，填土为6.95m 的平均厚度，采用单桩承载力不得低于120kN 的水泥搅拌桩，且桩长10m、桩径0.5m。呈等边三角形排列，A 区、B 区、C 区桩距分别为1.2m、1.5m、1.8m。水泥搅拌桩7 天桩体无侧限抗压强度需大于700kPa，28 天桩体无侧限抗压强度需大于1350kPa。

表1 规划参数表

本标段采用A 区的9-21#～9-35#，15 根水泥搅拌桩作为首件工程（试桩），以此确定了各种技术参数和技术处理措施，为本标段的水泥搅拌桩大面积施工奠定基础。

3.1 技术工艺

桩体纵横向间距为1.2m，水泥掺量≥15%，下沉、提升速度为不大于0.8m/min，外钻杆转速≥40r/min，喷浆压力为0.3～0.5MPa。水泥搅拌桩施工工艺流程如图1 所示。

图1 水泥搅拌桩施工工艺流程图

①测量及桩机定位。本次在A 区选试验桩15 根，桩排成1 行，桩与桩间距为120cm，依次编号为9-21#～9-35#桩。桩长为10m，每延米水泥用量：9-21#、9-22#、9-23# 桩为45kg；9-24#、9-25#、9-26#、9-33#、9-34#、9-35#桩为50kg；9-27#、9-28#、9-29#、9-30#、9-31#、9-32#桩为55kg。在导线复测成果与桩位布置图的基础上，对双向水泥搅拌桩实施放样，逐个在桩点处插入竹签、焊条、木条等标记物，至桩机到达既定位置后，对点位进行复测。要求由专人负责现场测量定位工作，所用的仪器设备也需要进行专门管理，并进行定期检查和更新、维护。历次测量定位的成果应当妥善保存，对比现场测量与书面记录无误差之后制作档案，报监理部复核，要求确定桩位与设计桩位点误差在2cm 以内，按照最终结果施工，作业前须保证钻机机身平稳，钻杆垂直于作业面，钻头与桩位中心保持一致。

②调整导向架垂直度。使用全站仪、经纬仪等设备对导向架进行调整，要求导向架的垂直度小于设计桩长的1%。

③拌制浆液。在搅拌机运行之前，提前制备好水泥浆液。以每延米为单位，依据设计标准水泥用量在65kg，水灰比为0.5～0.7，制备搅拌时先加入水，再放入水泥，外加剂最后投入，单次灰浆搅拌持续时间≥5min，直至确认浆液充分搅匀。搅拌完毕后，以滤筛对浆液进行过滤，再转移至集料斗中。浆液的制备优先经试验室配比试验，要求浆液具有较强的流动性，能够有效泵送和喷搅，且不出现离析，可现场按照标准配比制作，提前过筛备用，但配制须严格遵照标准操作要求，使用定量容器确定用水量，水泥和外加剂也应按照比例定量添加，制备好的浆液的存储时间须在2h 内，超过时限则不再使用，因此需要根据现场用量控制浆液制备量。若浆液在搅拌机中，则需要保证搅拌机持续工作直至泵送。

④喷浆搅拌下沉。完成准备工作，启动搅拌机，在搅拌头转速达到作业标准后，控制钻头沿导向架匀速下沉，在下沉过程中需要同步进行搅拌和喷浆，正反两组叶片同时工作，下沉至设计深度后，保持搅拌状态停留1min，确认出浆且底部喷浆足够后，按照设计要求匀速提升，要求提升速度控制在0.6m/min，提升至桩顶后停留10～15s，搅拌桩下停浆面应超出基本标高30～50cm，超出部分后期需要进行人工清除，禁止使用机械直接开挖清除。

⑤二次施工。第一次施工完毕，将钻头提升至桩顶上30～50cm，暂时关闭搅拌设备，再按照④的流程进行二次施工。二次施工完毕，再次暂停设备，由检验人员进行技术检测，并根据施工记录和历史数据计算出施工中的喷浆量，判断施工效果，施工效果不理想及时进行补救。桩顶位置1～1.5m 范围须进行重复喷浆处理，喷浆完毕后应安排人工进行修整。

⑥机具处理。施工完毕后，机具需要进行清洗，避免灰浆残余凝结阻塞送浆通道，或者对机具产生腐蚀等负面影响。使用低压射水对钻杆和钻头进行冲洗，集料斗和泵送通道则需要在集料斗中注入清水，通过泵送功能完成全面清洗，要求清洗的各个部位不再有残留的软土和浆液，清洗完毕后则安排机具位移至下一个点位准备施工。

3.2 质量控制

3.2.1 基本管控工作

质量控制需要做好现场的管理和组织工作，施工与设计方应提前进行交底，明确施工要求和各项技术工艺指标。在现场设置多级控制体系，每道工序和相应的工作设置责任机制，划分不同部门、人员的具体责任，同时设置相应的奖励机制。加强材料、设备的检查工作，要求材料在使用前必须进行检查。做好现场记录，包括材料用量、浆液配置比例、施工参数、质量瑕疵等，结合现场实际情况和设计要求，对出现的质量瑕疵如注浆量不足、搅拌深度不足等问题，及时进行补强。执行严格的质量检验措施，现场对施工细节进行监督，并通过参数计算、初步观察等完成现场检测与验收；成桩3d 选择使用动力触探装置进行检测；成桩7d 通过浅部开挖法查看桩体材料是否均匀，内部有无缺陷；成桩28d 对桩体进行取样，通过样品测试桩体的抗压强度；成桩90d 后进行单桩载荷试验和地基静载试验。载荷试验须确定桩身强度满足试验条件再进行，有效试验次数≥3 且及时进行记录，取平均值以保证试验效果。

3.2.2 施工监测

沉降观测采用沉降板（加宽路基）和沉降观测钉（原路面结构层范围）；埋设时，沉降板底槽须平整，其下铺设60cm×60cm×20cm 的砂垫层。沉降板金属测杆、套管和接驳的垂直偏差率控制在1.5%内。沉降板使用底板尺寸为50cm×50cm×（0.6～0.8）cm 的钢板；金属测杆直径为4cm，测杆与底板焊接为一体；套管采用塑料管，直径为10cm。测杆、套管与填土同步增高，每节长度不宜超过50cm，接高后的测杆顶面略高于套管上口，套管上口加盖封住管口，盖顶高出碾压面高度50cm。沉降板分路中、路肩、边坡沉降板，根据填土高度、拼宽宽度确定使用类型。当扩建拼宽宽度不大于10m 时不设路中沉降板。当扩建填土高度不大于4m 时不设边坡沉降板。如图2 所示。沉降观测钉设置在既有道路的路面结构层范围内，一般设置于硬路肩外边缘，采用Ø20 钢筋，用大一号直径的电钻打孔，后将钢筋打入孔内，沉降观测点。如图3 所示。