水泥搅拌桩加固软土路基的施工工艺与质量控制探讨

1 水泥搅拌桩加固软土路基原理

通过采用机械把水泥与路基中的软土进行搅拌以加固路基土体的方式即为水泥搅拌桩, 其在软土路基中的水泥与土发生了一系列物理化学反应, 其硬化机理类似于混凝土, 但水泥搅拌桩的凝结速度较混凝土凝结慢, 而且其强度加固增长过程也较慢。从宏观上来分析, 水泥搅拌桩能加固软土路基的承载力强度, 其主要是水泥和土壤在强力搅拌下, 土块被充分粉碎, 而且粉碎得越细意味着水泥在土中的分布越均匀, 则水泥土的结构强度离散型更少, 水泥搅拌桩在软土路基上的宏观总体强度就越高。

2 工程概况

本工程的软土路基位于剥蚀丘陵地貌, 地形较平坦, 起伏较小;植被发育, 地面基本为水田, 缓坡多为旱地, 水系发达, 地下水丰富, 但地下水对混凝土无侵蚀性。经地质勘察, 本标段路基为软黏土和粉质粘土, 结合较多的软土路基加固工程实践, 以及水泥搅拌桩适用于处理软粘土、淤泥以及淤泥质土、地基承载力标准值不大于120kPa的黏性土和粉土地层。因此经研究, 本软土路基采取水泥搅拌桩进行加固。

3 水泥搅拌桩加固软土路基的施工工艺

本软土路基工程采取的水泥搅拌桩加固施工工艺是:施工准备→搅拌桩机就位、调平→预搅下沉, 同时喷浆至设计加固深度→边搅拌边喷浆同时提升至预定的停浆面→重复搅拌喷浆同时下沉至设计加固深度→重复搅拌提升, 最后闭浆至预定的停浆面→关闭搅拌机、清洗→移至下根桩, 重复以上施工流程。具体加固施工工艺如下。

(1) 搅拌桩机定位。根据本软土路基的加固桩体定位, 调整好导轨的垂直度, 以确保钻头准确落到桩位上, 保证搅拌桩的水平偏差应小于5 0 m m, 并使搅拌轴保持垂直, 偏差应小于1.0%。 (2) 制浆。所配制的水泥浆液应控制好其水灰比, 水灰比适宜控制在0.45～0.55范围内。本工程根据试验室下发的配比为准。制备水泥浆时, 搅拌时间标定不少于4min～5min, 对配制好的水泥浆液进行过筛, 同时还根据试验确定来掺入一定比例的外加剂。 (3) 送浆。泵送浆在泵出口压力应当控制在4MPa～6MPa范围之间, 对于本工程中桩长的则取高值, 而对于桩短的则取低值, 搅拌提升速度和输浆速度确保保持同步, 为此本工程的水泥浆喷出速度控制在40～60L/min之间。 (4) 钻杆下沉钻进施工前, 应当标定搅拌机械的灰浆输送量。启动电机, 放松起吊钢丝绳, 空压机送风, 让搅拌机的钻头沿着导轨下沉而钻进到搅拌桩设计深度。钻机正常钻进速度控制在80～135r/min范围内, 而下钻进尺速度则控制在0.8～1.0m/min范围内;同时本工程根据钻机钻到最深时下钻速度和电流表的读数来判别钻头是否已到达持力层。 (5) 提升钻杆同时上提喷浆强制搅拌。开启灰浆泵等待浆液到达喷浆口时, 则根据规定的提升速度和搅拌速度, 采取边拌边喷浆液以及边提升, 直到设计喷灰标高。本工程考虑到一般表层50cm土层侧向约束软弱, 而对成桩不利, 因此停灰面控制在离地面50cm处。另外, 为了有效地确保软基加固范围内均得到充分搅拌, 严格控制搅拌时的下沉和提升速度, 提升或下沉速度不得超过1.0m/min。 (6) 复搅。到达停灰口后, 关闭灰浆泵, 再次将搅拌机下沉到设计要求深度, 采取再搅拌后提升到地面, 即采取整桩三次复搅工艺。

4 施工关键部位及质量控制要点

(1) 水泥掺入量拟为被加固湿土重量的15%, 水泥浆水灰比为0.45～0.55。水泥搅拌桩施工过程中应保证搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直。 (2) 严格按照设计桩位、桩长、桩数、喷浆量以及试验确定的参数施工。桩体搅拌应均匀、连续, 全桩须复搅三次。机具下沉搅拌中遇有土阻力较大, 应增加搅拌机自重, 然后启动加压装置加压, 或边输入浆液边搅拌钻进。 (3) 桩底必须满足进入持力层不小于50cm, 判别是否进入持力层的方法可根据钻机钻到最深时下钻速度和电流表的读数来判别, 当遇到硬层时电流标的读数会发生突变。 (4) 停灰面应控制在离地面50cm处。应严格控制搅拌时的下沉和提升速度, 提升或下沉速度不得超过1.0m/min, 以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌;深层搅拌施工中采用少量多次喷浆的方法, 至少保证两次喷浆, 同时应确保复搅次数不小于三次。 (5) 搅拌桩开钻后应当连续施工, 严格控制起喷和停喷高程, 不得间断。若出现停机或机械故障停喷, 应及时记录中断高程, 同时将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处, 待恢复供浆时再喷浆搅拌提升重搅, 复搅重叠长度不小于1m。若停机超过3h, 则先拆卸输浆管路, 并妥加清洗。如中断时间超过12h, 应当采取补桩措施。 (6) 为了能有效地确保桩底端施工质量, 当浆液到达出浆口后, 应喷浆坐底30s, 使喷液完全到达桩底端。对桩身上端1/3桩长范围, 应采用复搅措施, 将此范围内的浆液分两次喷入, 使搅拌效果最佳。当喷浆口到达顶标高时, 宜停止提升, 搅拌数秒, 以确保桩头的均匀密实。 (7) 搅拌头翼片的枚数、宽度与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度相互匹配, 以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。 (8) 整桩喷浆搅拌结束后, 为使软土与水泥浆搅拌均匀, 应再次将搅拌头边旋转边沉入土中至设计深度, 再将搅拌头边旋转边提升出地面。 (9) 应注意浆喷桩的桩位施工顺序;在一个区域内, 应先打设路基两侧及该处理段两头的桩, 以形成一个封闭的区域, 再逐渐往中心打设, 有利于整体的成桩质量和软基处理效果。

5 结语

本文从分析水泥搅拌桩的加固软土路基的原理出发, 结合某软土路基加固工程实例, 探讨了水泥搅拌桩加固软土路基的施工工艺以及质量控制技术措施, 工程实践表明, 该加固技术可有效改善软土路基承载力, 是对软土路基加固处理的一种实用方法, 值得推广应用。

摘要：本文从分析水泥搅拌桩的加固软土路基的原理出发, 通过结合某软土路基加固工程实例, 提出对该工程采取水泥搅拌桩加固技术, 探讨水泥搅拌桩加固软土路基的施工工艺以及质量控制技术措施, 工程实践表明, 该加固技术可有效改善软土路基承载力。

关键词：水泥搅拌桩,软土路基,加固处理,施工工艺

参考文献

[1] 肖娟.水泥搅拌桩加固软土路基的应用[J].山西建筑用, 2002, 31 (6) :31～32.

[2] 薛重阳.水泥搅拌桩加固软土基施工质量控制技术[J].山西交通科技, 2006, 29 (12) :75～76.

[3] 曾凡书.水泥搅拌桩在横南铁路软土地基工程中的应用[J].路基工程, 2008, 33 (2) :56～57.