对深层水泥搅拌桩在软土地基中施工方法的探讨

发表时间:2019/1/11   来源:《建筑学研究前沿》2018年第31期   作者:林映涛
[导读] 文章主要对深层水泥搅拌桩在处理软土地基施工时的基本方法进行了阐述。

广东省佛山市路桥建设有限公司  佛山市  528313
        摘要:文章主要对深层水泥搅拌桩在处理软土地基施工时的基本方法进行了阐述。同时结合广佛高速公路佛山一环沙涌互通立交改造工程深层水泥搅拌桩施工前搅拌桩成桩试验;施工前准备及施工工艺进行分析。供同行借鉴与参考。
        关键词:搅拌桩;处理;软土地基;固化剂
       
       
        在我国高速公路建设中软土地基有极大的危害性。如处理不当,将会导致路基沉降过大,路面开裂,路堤失稳;桥台与路基的沉降不同而产生桥头错台;使路的中心沉降过大导致涵管弯曲和路基路面横坡发生改变等问题,严重者甚至彻底破坏。为此,在高速公路建设中应从高标准、高质量的使用要求出发,合理、可行地处理好软土地基。
        高速公路软土地基常用的处治技术包括堆载预压法、真空-堆载联合预压法、换填和反压护道、土工合成材料应用、排水固结法、复合地基法等。在高速公路施工时可选择若干试验段进行地基加固技术研究,通过试验数据采取一种或多种方法对软土地基进行综合处治。桥头过渡段的软土路基宜采用半刚性半柔性的复合地基法进行处理。在软土地基复合地基法处理中,当软土厚度小于15m时,使用深层水泥搅拌桩复合地基加固技术进行处理一般可获得较为满意的效果。深层水泥搅拌桩是利用水泥浆作为固化剂,通过深层搅拌机械在地基深度方向将软土和固化剂就地进行强制充分均匀地搅拌,使软土硬结而提高地基强度。这种方法用于处理软土地基,具有增大地基强度,提高地基承载力的效果,使软土地基处理后可很快投入使用。
        在施工中较成功的经验是“四搅四喷法”,即“控制水泥、反复少量多次喷浆”的施工工艺。具体为:桩机就位→喷浆搅拌下沉→喷浆搅拌上升→重复下沉、上升至孔口(共4个回合)→关闭搅拌机并移位。广佛高速公路佛山一环沙涌互通立交改造工程在主线右侧桥头K4+409~K4+491 段82米、匝道桥头部位:AK0+145.23~AK0+195.23段50米、BK0+537.58~BK0+577.58段40米及匝道新旧路基拼接路段EK0+059.25~EK0+259.25段200米地基均采用了“四搅四喷法”水泥搅拌桩施工工艺进行处理,增强了桥头及新旧路基拼接路段下方的地基承载力,取得明显的效果。
        1  施工前水泥搅拌桩成桩试验
        为确保施工方案的经济可行,在地基处理施工前,先进行工艺成桩试验,以确定各项施工参数,用以指导水泥搅拌桩施工。根据设计要求本工程水泥搅拌桩试桩数量为4根,桩径φ500mm,有效桩长10m,施工桩长根据施工现场标高具体确定。单桩竖向承载力设计值不小于105Kpa。
        试桩位置定在靠桥头路基附近地基上,在路基旁边的位置打入两组试验桩,每组试验桩为两根,试验桩水泥采用425号普通硅酸盐水泥。一组水泥掺入比为15%,一组水泥掺入比为18%,水灰比均为0.5。试验桩所用水泥与施工所用水泥一致。
        成桩试验目的:
        ⑴、确定灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间。
        ⑵、确定搅拌下沉、提升速度和重复搅拌下沉、提升速度。
        ⑶、确定灰浆稠度(水灰比)。
        ⑷、确定工作压力。
        ⑸、根据不同水泥掺入比(15%,18%)的单桩承载力情况确定施工掺入比技术参数。
        ⑹、检验施工设备性能及选定的施工工艺各项技术参数,并进行实际标定。针对本工程确定施工质量评价依据。
        ⑺、校核复合地基承载力。
        2  施工前准备
        水泥搅拌桩所用水泥标号为425号普通硅酸盐水泥,施工前应将水泥生产厂家的质检单送交监理工程师,经同意后方可使用。
        由于现有施工场地的地下浅层存在块石等障碍物,因此在施工前,需要将场区内的障碍物等清除,并进行挖土、平整工作。为了保证施工的顺利进行,施工前必须先进行以下工作:
        (1)结合设计资料,利用现场考察等方式向群众了解施工场地的工程地质情况。
        (2)复测控制导线点和水准点,根据设计要求绘制桩位平面布置图并放出桩位中心位置。
        (3)搞好场地三通(路、水、电)一平(清除施工场区内的障碍物,挖土至设计桩顶标高并平整好施工场地)。
        (4)备好施工用发电机、施工用水采用水车运水与现场储水相结合的办法予以解决。
        (5)按设计要求放线,准确定出各桩的位置,并做好标志。
        (6)做好施工布置规划,包括供水供电线路、机械设备施工线路、机械设备放置位置、材料堆放位置、运输通道等。
        3  施工工艺
        3.1  施工参数
        (1)水泥掺入比:按设计要求进行工艺性试桩确定水泥掺入比参数,本工程深层水泥搅拌桩的固化剂水泥掺入比为15%,水泥掺入量不少于55kg/m。
        (2)水灰比为0.5∶1,现场根据土层情况和施工经验,浆液配比在“水灰比0.5∶1”上下进行合理增减,严格控制水灰比。
        (3)送浆压力为0.4~0.6MPa,视现场地质情况设备分一至四档进行调节。
        (4)搅拌提升速度:施工一般控制不超过 1.0m/min。
        (5)每条桩下沉及提升两次,上下各搅拌两次(全程复搅)。
        3.2  施工工序
        ⑴ 施工前应正确测放轴线桩位,并用竹签标定。
        ⑵ 桩机对桩位时,根据搅拌桩中心线,避开桩机的行走位置,平行于中心把桩位轴线引出来,便于搅拌机械根据位置调整操作手柄,使钻头尖端正对竹签标志,要求偏差不大于50mm。
        ⑶ 桩机就位对中后,通过悬挂于桩塔上的0.5kg锥锤对桩塔垂直度进行校正,锥锤悬线长度大于2.5m,校正垂直度时,应从垂直和平行于桩机主轴的两个方向观察锥锤悬线与主塔架垂直偏差情况,若有偏差应进行调整,要求垂直度偏差不大于1.5%。若出现标志被碰倒,应通知现场技术人员根据四周桩位情况重新定位。
        ⑷ 制浆:启动送浆泵。
        ⑸ 开动桩机:启动送浆泵并缓缓调速,进行送浆,桩机逐渐加速、正转预搅下沉,当钻到设计接近深度时,应调节使用低速慢钻,并原位转动1~2min。
        ⑹ 施工后,及时观察和总结返浆情况,应调整泵压和钻杆升高速度。
        ⑺ 搅拌桩采用四搅四喷工法施工,先预拌下沉喷浆,到达设计深度后喷浆搅拌提升,再原位搅拌喷浆下沉,重复搅拌喷浆提升。注浆压力为0.4~0.6MPa,提升速度为0.8m/min。
        ⑻ 提升喷浆搅拌:一般以0.8m/min左右的速度反转提升,当提升到桩顶标高时,应注意桩头的施工质量,减慢速度搅拌。
        ⑼ 重复搅拌:为保证浆液与地基土搅拌均匀,用同法采用复喷复搅拌措施,当提升喷浆搅拌至桩顶标高时,停止送浆,成桩。
        ⑽ 向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中残存的水泥浆,直至基本干净,并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。
        ⑾ 每打完一根桩,在移机至下一桩位前检查一次钻头,发现钻头损坏时,应立即更换,并在损坏钻头的桩位,按规范工艺重新施工。
        ⑿ 桩机移位对孔,重复上述步骤,再次进行下一根桩的施工。
        由于搅拌桩的顶部与上部结构的基础或者承台接触部分受力较大,因此通常还可对桩顶1.0~1.5m范围内再增加喷浆搅拌一次,以提高其强度。
        水泥搅拌桩施工工艺流程如下图所示:
       
        水泥搅拌桩施工工艺流程图
        3.3  施工要点
        (1)施工前,根据试验桩标定搅拌机械的灰浆泵输送量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工工艺参数,不得随意更改。
        (2)施工时,前台操作与后台供浆应密切配合,前台搅拌机喷浆提升的次数和速度必须与试验桩已标定的施工工艺参数相吻合,后台供浆停机时,必须及时通知前台以防止断桩和缺浆。一旦因故停浆,为防止断桩和缺浆,应将搅拌头下沉到停浆点0.5m以下,待恢复供浆时再喷浆提升。
        (3)当搅拌桩桩顶接近设计标高时,应特别注意桩头的施工质量,搅拌机自地面以下1m喷浆搅拌提升出地面时,宜用慢速。当喷浆口离地面0.5m时,宜停止提升,搅拌10~20秒,以保证桩头均匀密实。每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟,喷浆压力不小于0.4Mpa。
        3.4  施工机械设备
        主要施工设备及其技术参数
        根据设计要求,本工程选用SJB型深层搅拌桩机及每台搅拌桩机配置灰浆搅拌机、灰浆泵、电气控制柜、自动流量计各一台及其他辅助设备施工。该机具有移动灵活、成桩质量高、施工速度快、噪音低等优点,适宜本工程施工。
        (1)、桩机型号:SJB型深层搅拌机
        (2)、搅拌头转速:60 r/min
        (3)、最大施工深度:18 m
        (4)、额定扭矩:8500 N.m
        另外,尚需配备1 台电焊机及1 台氧割机。
        4     质量控制
        4.1、预搅:软土应完全搅拌切碎,以利于水泥浆均匀搅拌。
        4.2、水灰比控制:根据水泥用量计算每槽用水量,在储水罐上做好标志,在施工中严格做好计量工作。水泥浆不得离析:水泥浆要严格按试桩标定参数配置,要预先筛除水泥中的结块。水泥浆应在灰浆搅拌机中不断搅动,待压浆前再缓慢倒入集料斗中。任何情况下作业,都必须保证水泥掺入量不能少。
        4.3、确保喷浆连续性和均匀性:压浆阶段不允许发生断浆现象,若提升时发生断浆现象,应作补喷处理,补喷浆重叠不得少于100cm;如因停电或设备故障超过12小时断浆,必须作废桩处理。深层搅拌桩要按设定的时间下沉和提升,确保水泥和土搅拌均匀。
        4.4、保证垂直度和设计深度:施工中始终保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的垂直,搅拌桩的垂直偏差不得超过1.5%,桩位的偏差不大于50mm,成桩直径及桩长满足设计要求。
        4.5、工程完工28天后,按照检测频率对成桩进行检测,具体指标为:单桩承载力不小于105Kpa,复合地基承载力不小于140Kpa,桩身取芯无侧限抗压强度不小于0.8Mpa。抽芯检验数量每段不少于三根。对个别检验不合格的桩采取就近补桩措施,以达到复合地基承载力的设计要求。
        4.6、检测频率和要求
        搅拌桩实测项目


        5  施工注意事项
        深层水泥搅拌桩成桩质量的重点是喷浆量和桩体搅拌均匀程度两大施工因素。这是因为,深层水泥搅拌桩成桩质量和承载能力与其桩身强度有很大的关系,而桩身强度在很大程度上取决于喷浆量和搅拌的均匀程度。因此,深层搅拌桩的施工应严格按照试验桩标定的各项技术参数及施工规范进行,以保证成桩质量;水泥浆不得离析,停置时间不得超过2h,若停置时间过长,不得使用;对于可能在局部淤泥地层,应进行重点搅拌处理:例如增加搅拌次数或固化剂用量。
        6    结语
        水泥搅拌桩通过深层搅拌机械在地基深度方向将软土和固化剂就地进行强制均匀地搅拌,使软土硬结而提高地基强度。这种方法用于处理软土路基,效果显著,软土路基处理后可以很快投入使用。在广佛高速公路佛山一环沙涌互通立交改造工程主线及匝道桥头、匝道新旧路基拼接路段软土路基处理中,在确保工程质量的前提下降低了施工成本、缩短了软土路基处理的施工工期,观测表明,经处理后软土路基沉降在规范允许范围以内,取得了良好效果。由此可见使用水泥搅拌桩进行软土路基处理应该是一种经济、科学的施工方案。
        参考文献
        1、《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006);
        2、《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》(JTG/TD31-02-2013);
        3、《水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程》(JTJ/T 259-2004)

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