深层水泥搅拌桩处理公路软基技术

 引   言

安徽省内河水网比较发达，地下水位高，表层土结构松软，含水量高，强度低，变形大[1],公路建设有很大一部分路基均需穿越软土地区。而软基处理的好坏，直接影响到路基的稳定性、整体工程的营运质量及工程的经济性。深层水泥搅拌桩由于工艺独特，具体施工周期及预压期短、工后沉降小、无噪音、无振动、不排污、节约大量钢材等特点[1.2],在我省公路工程的软基处理中得到广泛应用。
深层水泥搅拌桩属于加固土桩，适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土，它是利用水泥作为固化剂，通过专用机械设备将固化剂灌入需处理的软土地层内，并在灌注过程中上下搅拌均匀，其间水泥与土发生水化反应生成水化物，然后水化物胶结形成凝胶体，将土颗粒或小土团凝结在一起形成具有一定强度和稳定性的结构整体。从而提高其复合地基承载力及改变地基土物理力学性能，达到提高地基承载力、减少地基沉降、阻止水体流动、增强地基稳定性的目的。根据上部结构的要求，搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种加固形式：桩状为每间隔一定距离打设一根桩；壁状是将相邻桩部分重叠搭接而成；块状为纵横两个方向的相邻桩搭接而成。
利用深层水泥搅拌桩处理软土效果显著，处理后可很快投入使用。如何有效地控制深层水泥搅拌桩的成桩质量、确保软基处理效果，这是工程实践中必须解决的一个问题。
1  施工控制
1.1 施工准备
1.1.1  平整施工场地
清除桩位处地上、地下一切障碍。场地低洼时应抽水清淤，并分层回填粘性土填料，予以适当压实，不得回填杂土。
1.1.2  施工机械进场
 主机为深层搅拌机，有双搅拌轴中心管输浆方式和单搅拌轴叶片喷浆方式两种。配套机械主要有灰浆拌制机、集料斗、灰浆泵、控制柜及计量装置，设备必须具备良好及稳定的性能，并配备电脑记录仪及打印设备，以便及时了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度，应组织检查验收合格后方可开始施工。
1.2.3  标识钻杆长度
施工前应丈量钻杆长度，并标上显著标志，以便掌握钻杆钻入深度、复搅深度，保证设计桩长。
1.1.4  材料设备
水泥宜采用普通水泥或矿渣水泥，应是国家免检产品，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等试验报告，并按规定频率进行抽检。为改善水泥和易性，以提高水泥土的强度和耐久性，可掺入适量外加剂，实际施工使用的水泥和外加剂，必须通过室内试验的检验，符合设计要求后方能使用。
1.2  试 桩
施工前必须进行成桩试验，应达到下列要求，并取得以下技术参数，以指导下一步正式施工：①满足设计喷入量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等。②确定搅拌的均匀性。③掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。④根据地层、地质情况确定覆喷范围。⑤成桩工艺性试验桩数不宜少于5根，且必须待试桩成功后方可进行正式施工。试桩检验可采取7d后直接开挖取出，或至少14d后抽芯，以检验其搅拌均匀程度和水泥土强度。
1.3  施工工艺流程
桩位放样（重点对控制性轴线、桩位进行复查）—定位（调整导轨垂直度，钻头对中桩位）—钻杆下沉钻进（启动电机，放松起吊钢丝绳，空压机送气，使钻头沿导轨下沉至设计深度，同时注意工作电流不应大于额定电流。如果下沉速度太慢，阻力太大，可通过输浆管送水稀释土体，以利钻进）—配制浆液—提升喷浆，强制搅拌（当搅拌头抵达设计深度时，开启灰浆泵待浆液到达喷浆口，反循环匀速提钻并喷水泥浆，严格控制搅拌速度，边喷浆边搅拌边提升，将所喷水泥浆充分与土拌和均匀。为保证桩头质量，喷浆搅拌应高于设计桩基项50cm）—重复下沉，上升搅拌（关闭灰浆泵，再次将钻杆下沉至设计要求深度，搅拌提升至地面，以达到充分搅拌的要求）—提杆出孔，成桩—钻机移位—清理桩头（待达到要求的龄期后清理桩头；宜使用小锤、短钎等轻便工具，以免损坏桩头）。
1.4  施工注意事项
（1）配制浆液：浆液应严格按预定的配比拌制，并拌和均匀，为防止水泥浆产生离析，可在灰浆机中不断搅动，待压浆前才将水泥浆倒入料斗中，超过2h的浆液应降低标号使用：浆液倒入集料斗时应加筛过滤，以免浆内结块，损坏泵体。
（2）泵送浆液：输浆管不能发生堵塞，泵送浆液前，管路应保持湿，以利输浆。供浆必须连续，一旦因故停浆，为防止断桩和缺浆，应使钻头下沉至停浆面以下0.5m，待恢复供浆后在喷浆提升；如因故停机超过3h，为防止浆液硬结堵管，应先拆卸输浆管路，清洗后备用。
（3）根据试桩确定的参数进行施工，操作人员应记录每米下沉时间、提升时间、送浆及停泵时间等有关参数的变化。
（4）搅拌机提升至地面以下1m时宜用慢速；当喷浆口即将出地面时，应停止提升，搅拌数秒以保证桩头均匀密实。控制重复搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围每一深度内，得到充分搅拌。
（5）对于柱状搅拌桩，相邻两桩施工间隔时间不得超过12h。为确保壁状加固体的连续性，按设计要求桩体要搭接一定长度时，原则上每一施工段要连续施工，相邻桩体施工间隔时间不得超过24h。
（6）考虑到搅拌桩与上部结果的基础或承台接触部分受力较大，因次通常还可以对桩顶板以下1.5m范围内再增加一次输浆，以提高其强度。
（7）搅拌桩施工完成后，不充许在其附近随意堆放重物，防止桩体变形。水泥搅拌桩施工时施工现场合理设置排水沟，将废弃泥浆由排水沟排至指定位置，防止污染周边环境。施工时应注意合理安排时间，尽量避免夜间施工，减少噪音对附近居民的影响。
1.5  主要安全技术措施
（1）深层搅拌冷却循环水在整个施工过程中不能中断，应经常检查进水和回水温度，回水温度不应过高。
（2）深层搅拌机的入土切削和提升搅拌，负载荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢提升速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起之后，才能重新启动电机。
（3）深层搅拌机电网电压低于380V应暂停施工，以保护电机。应定期拆开并清洗灰浆泵，同时注意保持齿轮减速器内润滑油的清洁。
（4）深层搅拌机械及起重设备，在地面土质松软环境下施工时，地要铺填石块、碎石，平整压实。
2  质量检测
2.1  检测方法
（1）N10轻便动力触探检验。用轻便动力触探N10检验桩身的强度要求是：1d龄期成桩的N10击数大于15击。7d龄期成桩的N10击数大于原天然地基的N10击数1倍以上（淤泥除外）。
检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”未被搅匀的土团。
轻便触探的有效检验深度为4m，为加深检验深度，可在做完4m后用钢管压入4m再继续做4m，一般可做到8m深。但是，这种检验方法存在一定局限性及操作可行性欠佳，其检验结果只能作为参考，需结合采用其它试验方法所得的结果作进一步对比分析。
（2）桩身抽芯取样检验。成桩龄期28d后取桩身样品检验，检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。可采用以下两种方法进行检验：①在桩头截取试样，制成标准试块50mm×50mm×50mm做抗压试验。②用大管径钻机钻取芯样，芯样直径宜大于10cm，以减少扰动的影响，无侧限抗压强度试验，可采用芯样制备成7.07cm×7.07cm×7.07cm的立方试件，也可直接用圆柱体芯样试件进行试验。
取芯检验数量一般不少于总桩数的1%或不少于3根。如果某段水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10%小于20%时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
钻芯检验的缺点是试验速度慢，费用较高，且取芯时对芯样的扰动较大，不宜作大面积普查。
（3）载荷试验。载荷试验[3]在成桩28d龄期时进行。一种为单桩载荷试验，另一种为复合地基载荷试验（可做单根、2根、4根桩的复合地基），按试验操作规程进行，一般要求每个场地的载荷试验点不少于3个。单桩载荷试验一般做桩帽，即将桩顶开挖后修理平整；复合地基试验时荷载板必须在同一平台上。
文献[4]规定，“复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定”。所以载荷试验是相对比权威的检验方式。
（4）沉降观测。定期对采用深层水泥搅拌桩加固的地基路段进行沉降观测[5]/侧向位移观测，通过观测评定地基变形是否满足设计及规范要求，是直观检查加固效果的理想方法。
2.2  外观鉴定
（1）桩体圆匀，无缩劲和回陷现象。
（2）搅拌均匀，凝体无松散。
（3）群桩桩顶平齐，间距均匀，
2.3  检查项目
深层拌桩的桩位偏差、桩斜率、桩底深度、断面尺寸、桩顶停浆高程、单桩喷浆量、原材料、搭接情况整体稳定和强大、墙体、桩身强度、喷浆量、搅拌时间等，以上项目均需符合设计及要求。
3  结束语
由于深层搅拌桩施工速度快，且属隐蔽性施工，不易监控，个别施工单位偷工减料，致使桩长不够。同时，由于固结速度较慢，施工桩头段时用力过猛，易使浅部桩身断裂。上述质量问题对复合地基承载力均有较大影响，因此，在施工深层水泥搅拌桩时，应根据其工艺流程制定各工序质量控制关键点[6]，层层把关，加强施工自检、监理旁站检查，以及业主及相关质量监督管理部门的监督检查，确保工程质量。

参考文献

[1]  钱让清.公路工程地质[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2005.
[2]  JTJ017¬—96，公路软土地基路堤设计与施工技术规范[s].
[3]  河海大学.交通土建软土地基工程手册[M].北京：人民交通出版社，2001.
[4]  GB50007—2002，建筑地基基础设计规范[S].
[5]  高速公路路基设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2000.
[6]  陈万佳.港口水工建筑物[M].北京：人民交通出版社，1995.