试论水泥搅拌桩加固市政道路中软土地基施工质量控制
2015-07-02
引 言
随着市政工程的迅猛发展，在市政道路的软土地基处理已经取得了明显成效。如果对软土地基的稳定和沉降问题处理不当，软土地基在路堤荷载的作用下，地基会产生局部或整体剪切破坏，导致地基失稳；或沉降变形过大，导致地基或路堤开裂破坏，影响构造物的正常使用。目前常见的市政道路软土地基处理方法主要有：置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学，这些在实际工程中都取得了不错的效果，论文重点通过水泥搅拌桩加固市政道路中软土地基的施工，重点探讨市政道路中软土地基的处理对策。
1市政道路软土地基处理方法概述
工程中解决软土路基稳定和沉降问题的主要措施有以下几个方面：一是延长等载或超载施工预压期，使软土地基在预压荷载的作用下，地基强度有所提高，地基的沉降尽可能多的在施工期间产生，达到有效消除工后沉降，使工后沉降满足规范的要求。二是采用在地基中打设砂井、排水板、抽真空等处理措施，加快地基土的排水固结速率，尽可能使软土地基在施工期内产生较大的排水固结沉降，增大土体的强度，使路基稳定性逐步提高。三是采用桩体软土地基等加固措施，提高地基的承载力，使地基在高填路堤等外荷载的作用下，保持稳定，并能有效的减小工后沉降和路基总沉降。四是采用临时过渡路面，待过渡路面在外荷载的作用下，路基变形稳定后，再正式修筑路面。五是采用提高路基设计标高的方法预留沉降量来抵消路基的沉降。上述五种解决方案，虽然能够在一定程度上解决软土路基稳定和沉降问题，但是缺点也是显而易见的，方案一、二由于需要预压或固结稳定，会导致工期延长；方案三对深厚软土的处理，深部质量不易保证，同时造价昂贵；方案四、五对于要求建设周期短，质量要求高的高速公路建设不适用。根据在我国多年的高速公路建设过程中积累的经验，针对不同埋藏深度不同厚度和不同特点的软土地基，可以选择换填、强夯、预压排水固结、碎石桩、水泥土搅拌桩、CFG桩、甚至桩基等不同的技术方案对原地基进行处理和加固。在广泛发育着中等和较厚软土地基的地区，深层搅拌桩是处理该类地区软土地基的首选加固技术措施。
2工程概况
某公路全长 104 公里，盐城境内 73 公里，软基处理占总长度的 2/3，整个穿越的地区广泛的发育着中等或深厚的软土地层。土质变化大、不均匀、夹层交替，出现透镜体。如何选择合理的处理方法对软土地基进行处理，对工程质量和总造价都具有重要影响，因此该段的软土地基处理倍受建设和管理单位的重视。综合考虑了地质条件、结构物条件、环境条件、材料供应情况、机械施工设备和机械条件、工程费用、工期要求和处理效果等八个方面的因素。重点考虑了工程费用、工期要求和处理效果三个方面的因素。要在软基处理过程中，有效的提高地基承载力，在快速填筑路基的施工中保持软基的稳定性，满足加快施工速度，缩短施工工期的要求；同时使软土地基快速的固结沉降，使工后的沉降符合规范的要求，达到有效降低工程造价的目的。本文在结合该市政公路建设周期和地基条件的特点，充分的考虑上述因素和要求的情况下，提出了采用水泥搅拌桩处理软土地基的方法处理软土地基。
3水泥深层搅拌桩的施工质量控制
3.1水泥搅拌桩加固市政路基的施工
（1）机械设备
深层搅拌桩施工机械主要包括深层搅拌机、起吊设备和固化剂制备系统等，根据技术参数的不同，目前我国主要有SJB－30型深层双轴搅拌机、SZB－600型深层单轴搅拌机以及DJB－1D4型深层单轴搅拌机等三种类型深层搅拌机，施工时可根据地基处理的设计桩径、深度、施工工艺等方面的要求进行选择。
（2）施工工艺流程
深层搅拌桩的施工流程见图一。
图一 水泥搅拌桩的施工流程
a.定位：使用起重机（或塔架）悬吊深层搅拌机到达指定桩位，对中。
b.预搅下沉：待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。
c.制备水泥浆：待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比搅拌水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。
d.提升喷浆搅拌：待深层搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，并且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。
e.重复上、下搅拌：深层搅拌机提升到设计加固深度的顶面标高时，集料斗中水泥浆应正好排空。为使水泥浆和软土充分搅拌，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。
f.清洗：向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残留的水泥浆，直至基本干净。同时将粘附在搅拌头的软土清洗干净。
g.移位：重复上述操作，进行下一根桩的施工。
（3）施工中应注意的问题
施工前应确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌头喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数。施工时设计停浆（灰）面一般应高出基础底面标高0.5 m，在开挖基坑时应将上部 0.5 m 挖去。起吊设备要保持水平，在地面较为起伏时，一定要保持设备的水平，这样才能保证施工的顺利进行和桩身的质量。要保证施工安全，冷却循环水在整个施工过程中不能中断，应经常检查进水回水的温度，回水温度不应过高。为保证水泥搅拌桩端、桩顶及桩身施工质量，当浆液达到出浆口后，应喷浆座底 60 s，余浆上体过程中全部喷入桩体，使浆液完全到达桩端，使水泥浆与桩身土体充分搅拌。保证施工电压。施工时应保证连续性，因故停浆时，宜将搅拌头下沉至停浆点以下一定深度（一般为0.5m），待恢复供浆后再喷浆提升；水泥浆液的供应必须连续，一旦因故中断，必须将搅拌头下沉到停浆面以下 0.5 m 处，待恢复供浆后再搅拌提升，以防断桩；若停机超过 3 h，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输浆管路，再清洗。预搅下沉时不宜冲水，当遇到较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水成桩，含水量的增加对桩身强度的影响。搅拌桩的垂直度偏差不得超过1%，桩位布置偏差不得大于50mm，桩径偏差不得大于4%。当搅拌桩作为承重桩开挖基坑时，基底标高以上300 mm 宜采用人工开挖，以防止发生断桩现象。搅拌头喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求，应有专人记录搅拌头每次下沉的深度和提升的时间。深度记录误差不得大于100mm，时间误差不得大于5s。制备好的水泥浆液不得离析，泵送要连续，搅拌浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。
3.2水泥搅拌桩的工程检测
对水泥土搅拌桩的质量测试方法还没有形成统一的认识，检测的方法多达 10 多种，各种方法都有其优点和缺点，目前工程中常用的检测手段是轻型动力触探试验、钻取芯样法及无侧限抗压强度试验。钻取芯样法是目前检查粉喷桩质量重要方法及手段，该方法是对水泥搅拌桩进行随机抽查 2～3%，然后钻探取芯。钻取芯样法能揭示水泥土搅拌桩的桩身水泥土状态、桩长、水泥土的均匀性，以及水泥土的抗压强度，是一种行之有效的方法，可对整体桩长进行全面的质量检测。通过工程技术人员对岩芯的详细观察描述判定桩身质量和水泥搅拌的均匀性及有效桩长。并通室内对芯样的综合试验分析得出芯样的抗压强度等物理力学数据，再通过芯样及原始土样的化学分析计算还可求出水泥搅拌桩每米水泥掺入比。；试验前将芯样在清水中浸泡 4h 后再进行试验，可以使试样接近桩身在实际条件下的含水量环境；对于每组 3 个芯样的强度，取平均值，若最大或最小值大于平均值 20%，则应舍去，取中间值作为该组芯样的强度代表值。
根据施工记录对每根桩进行质量评定：对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数，以及施工机具参数。
通过对该市政道路水泥搅拌桩工程实例，采用了现场钻孔取芯及室内水泥土块强度相结合的检测方法，对该工程水泥土搅拌桩进行检测，取得较好的工程效果。
4结语
综上所述，水泥搅拌桩是用于市政道路工程加固软土地基的一种技术，我们要加大控制力度，严格各施工参数、施工工艺及施工工序，按施工组织设计方案、设计技术参数、技术规范及技术规程要求施工，并逐步进行质量检测监控、对比，这样才能使桩身质量得到进一步的保证。
