水泥搅拌桩在公路软基中的加固施工技术探讨
2015-08-04
1、工程简介
本工程的公路软土路基位于剥蚀丘陵地貌，地形较平坦，起伏较小；段内有简易公路与某国道相连，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，本标段公路的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120 KPa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。
2、水泥搅拌桩加固公路软土路基原理
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。
3、施工准备
（1）水泥搅拌桩施工现场事先应予以平整，必须清除地上和地下的障碍物，挖除根茎土、建筑垃圾等杂填土或生活垃圾。当遇有明渠、池塘及洼地时应抽水和清淤。机械安装就位困难的，应抽水清淤，分层回填碾压密实，厚度的粘性土料适宜作为施工面，以对于路堑段开挖的褐黄色砂质粘性土或混合岩全风化土为宜，回填粘性土料并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。搅拌桩停浆面为地面清表线（场地平整面），搅拌桩施工结束后，挖除桩顶浮土，回填30cm砂砾材料，碾压密实后作为路基垫层。
（2）采取室内配比试验。采集该工点土样，当存在成层土时，应采集各层土样，至少应采集最软弱层土样，进行室内配比试验，测定各水泥土试块的不同龄期、不同水泥掺入量和不同外加剂的抗压强度，寻求满足设计要求的最佳水灰比、水泥掺入量及外加剂品种、掺量。一般要求28d龄期柱身无侧线抗压强度不小于1.8MPa。
（3）水泥搅拌桩路基工点必须安排提前施工，在填筑至路基基床底层顶面时进行观测，时间不少于6个月，确定稳定后方可进行基床表层级配碎石施工，铺轨前先进行沉降评估。
4、水泥搅拌桩加固公路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50mm，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4-5min，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保持控制在4-6MPa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。钻机正钻速度控制在80r/min-135r/min 范围内，而下钻进尺速度则控制在0.8m-1.0m/min范围内；同时本工程根据钻机钻到最深实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。
5、施工关键部位以及加固质量控制要点
（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，全桩须复搅一次。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3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0.5 m 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1 m。若停机超过3 h，则先拆卸输浆管路，并妥加清洗。如中断时间超过12 h，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30 s，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。
6、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。
