朱立钢
北京城建道桥建设集团有限公司，100022
摘要：地基承载力的大小对高速公路施工起着至关重要的作用。随着工程技术的日渐成熟，水泥搅拌桩这项公路软基处理的技术也被更加广泛地运用。在高速公路施工中，重视水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用，可以强化地基承载能力，为高速公路的后续施工奠定坚实的土质强度基础。
关键词：公路工程；软基处理；水泥搅拌桩
20 世纪 90 年代以来，我国的城市道路建设飞速发展，许多城市的主干道和次干道路都修建在了软土地区。与此同时城市道路下铺设着各类管道，包括市政供水、排水、燃气、电力、电信管线等，这些管线对路基沉降有着严格的要求。管线地基的工后沉降一般限制在 10cm 以内，这给道路地基提出了很高的要求。软弱地基有着压缩性高、含水量大及承载力低的特点，在道路施工中很常见，难以满足道路施工和车辆通行的要求，在项目建设中必须采取措施对软基进行处理[1]。当前，软基处理技术种类繁多，常用的方法有排水固结法、置换法和水泥搅拌桩法等。水泥搅拌桩法在施工过程中不产生污染、无振动、无噪声、不会引起地面隆起及对邻近建筑物无有害影响且施工速度快，具有良好的经济和社会效益。
1.水泥搅拌桩概述
水泥搅拌桩用水泥作为固化剂，以特制的搅拌桩机将水泥浆液喷入软土中并充分搅拌，使得水泥与软土之间发生物理化学反应，固化硬结成有着一定整体性与强度的加固土，提高软基土的变形模量和抗压强度；适合处理泥炭土、粉土、淤泥及淤泥质土。经水泥搅拌桩处理后，软土地基的加固效果明显，且可以快速投入使用。同时其加固设备具有结构简单、易于操作、噪声低的优点，在交通、港口软基处理等领域被广泛使用。水泥搅拌桩的施工流程：桩位定位测量→桩机移位到桩位→桩基垂直度校正→预搅下沉→提升喷浆搅拌→重复下沉搅拌→重复提升搅拌。注意每次喷浆搅拌前应计算好水泥和水的比例，制备水泥净浆。
1.1水泥搅拌桩的类型
根据施工工艺的不同，水泥搅拌桩分为干法和湿法两种类型。干法以水泥干粉为主，将水泥粉末、水分别喷出，再与软基土搅拌均匀。该法水泥土硬化时间短，可以提高桩间强度，但水泥粉与软土搅拌的均匀性较差。湿法以水泥浆作为主要加固材料，预先调配好水泥浆，再将水泥浆液喷射软基中并与土体搅拌混合。这种施工方法具有搅拌均匀、质量便于控制的优点，但桩间土的多余孔隙水难以及时排出。
1.2水泥搅拌桩的加固机理
水泥搅拌桩法的加固机理：湿法以软土本身为材料，以水泥浆液作为固化剂，用钻头将水泥浆喷到软土地基中并搅拌，使固化剂与软土发生物理化学反应，硬化成强度较高的水泥加固土，从而提高软基承载力；干法虽然是喷水泥粉末，将水泥粉末、水及软土搅拌在一起，但其本质上也是通过水泥浆液加固软土，二者只是在施工方式上不一样。在此过程中伴随着硅酸盐水泥复杂的水解和水化反应。其硬化过程主要包括如下化学反应：水泥的水解和水化反应、团粒化作用、硬凝反应、离子交换及碳酸化反应。在此过程中，水泥以浆液的形式与软土混合在一起，不断产生新的水化产物并释放热量，增加整体抗压强度。
2.工程软基处理
2.1概述软土地基处理
软土地基由于其含有土质的不同，存在有别于其他土质的特征，主要具备土质不均匀、压缩性高、透水性低、沉降速度较快以及土质稳定性差等特征。充分了解软土地基的特征情况，才能在具体施工作业中，有效地解决出现的各种问题，才能合理采用解决方法，从而保证顺利开展作业工作。
2.2软土地基特征
2.2.1压缩性较高
软土地基内部存在较大的天然空隙，由于存在这些较大的天然空隙，软土地基因此具备较高的压缩性。通过仔细观察软土地基土质情况，由此发现，软土地基空隙程度会影响房屋稳定性。软土地基越容易产生形变，越容易造成房屋安全质量问题。
2.2.2土质不均匀
软土地基包含的饱和黏土主要成分是微细、分散的土。由于这种土质的情况，会使得软土地基出现不均匀的现象。土地地基受力不均匀，会导致公路工程裂缝现象发生。
2.2.3透水性较低
软土地基土质含水量较高，因此需要在处理软土地基之前，需要将土质中的水量全部排出，保证土质干燥状态。保证土质中间的含水量在可控范围之内，才能有效提高建筑工程施工的质量，从而有效延长公路工程的使用时间，避免增加土地沉降速度。
2.2.4稳定性差
由于软土地基富含饱和黏土，在受到外界影响下，土质本身物理状态会因此改变。如果在施工作业当中，受到的外界因素影响过大，软土地基会因此改变自身状态，出现土质稀释、流动、变形的现象，极大地影响了公路工程施工建设。
3.公路工程软基处理中水泥搅拌桩技术的应用分析
3.1施工准备
3.1.1平整场地
施工场地平整过程中，清理施工范围内的障碍物，按 30cm 厚度清除表土、树根、垃圾等。为避免雨季施工场地积水，在场地一侧开挖排水边沟。
为保证水泥搅拌桩的成桩效果，对低洼场地要运用黏土进行回填，对沟塘段，回填土每层厚度要控制在 50cm 以下，压实度要控制在 70% ～ 85%。
3.1.2标出钻孔位置
平整场地后，根据设计要求，标出水泥搅拌桩的具体位置并准确地测量出场地的高程，计算出喷浆和停浆的标高。
3.1.3 施工放样
在施工前复测导线点、水准点等，确定桥台钻孔桩的位置和水泥搅拌桩的布桩间距，对水泥搅拌桩施工段放样，画出施工细部设置图，确定钻孔灌注桩位置，保障施工作业顺利进行。
3.1.4钻机就位
组装搅拌桩机前，检查钻头直径及钻杆长度是否满足设计要求、水泥料罐是否通畅、输灰管是否通畅、有无漏气、空压机是否能正常工作，做好必要的调整和加固，排除异常情况后进行操作。在料罐装满后，对进料口进行加盖密封。安装钻机时，将钻机对准桩位，调平机身，锁定液压腿。钻机就位后，调整桩位偏差在 50mm 内，用吊线锤调整垂直度偏差，使垂直方向的偏差不大于 1%。根据各部位水泥搅拌桩处理范围的横断面宽度和沿主线临时变压器架设情况，每个施工部位同时横向布置 2 ～ 4台水泥搅拌桩机沿路线纵向推进，为后续的路基填筑施工提供完整连续的作业面。
3.1.5 试桩
选取地基原状土，进行室内配比试验现场工艺性成桩实验，将水泥搅拌桩抗压设计强度控制在 2500k Pa 左右，保证施工技术参数满足规定。
3.2施工流程
3.2.1拌制水泥浆
首先，严格控制水泥、外加剂及掺合料等施工材料的用量以保障水泥浆配合比的准确性，并在配置中加入 4min 左右的搅拌期作为控制浆液含量的时间。在水泥浆施工过程中，不采用已出现初凝情况的水泥浆，确保搅拌均匀，避免出现团块，在成桩施工中，保证足够的水泥浆用量。
3.2.2钻进
调正桩机后，启动主电机开始钻进施工，当搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，根据钻探确定深度尺盘，保证其数值等于设计加固深度加上桩机横移槽与地面高度的总和。确定完毕，停止作业，将钻头反转，不进行提升，进行送料施工和加固浆液喷送。
3.2.3搅拌及提升搅拌
钻机施工时，匀速下沉钻杆进行切土搅拌，同时开启送浆泵，使水泥浆喷洒在土体上，此时双轴上的多层叶片可以往正反两个方向旋转搅拌至设计深度。达到设计深度后，持续喷浆搅拌 30s以上，然后提升搅拌机进行喷浆，喷浆过程中将喷浆量控制在 10% 以下，待提升至桩顶位置时，持续搅拌 2min 以上，关闭搅拌机，驶离路面。
3.2.4成桩
在施工成桩时，控制喷粉长度在 1.5m之上以确保成桩效果。当作业过程中出现问题时，应立刻停止施工，避免过度喷粉。成桩后，及时检查成桩直径规格及各项指标是否符合施工设计时的数值标准。
3.2.5尾气处理
施工前，于施工范围外挖设长宽深均为 1m 的放气池并注水待用。施工完毕后，关闭灰管阀门，将管道插入放气池内放出管道内尾气，以有效减少粉尘飞扬。
3.2.6养护
施工完毕后对成桩进行洒水养护，提高桩顶部 3m 范围内的含水量，养护7d，保持地面湿润，并用土工布覆盖。当桩体施工完成 14d 后，挖除桩顶至工作基面之间的青砂，做好路基的原地面清理和填前压实。
3.3水泥搅拌桩的检测
成桩 7d 后，采用浅部开挖桩头，开挖 1.5m 深，检查总数量 1% 的桩头，目测桩的均匀性，测量成桩的直径。桩头须圆匀，无缩颈、凹陷、松散现象，拌和均匀、间距均衡。成桩 28d 后进行钻芯取样和标准贯入试验（CPT），选取在横断面桩径 2/5 处且芯样 28d 龄期无侧限抗压强度不小于 1MPa 的芯，整齐摆放在标有深度的芯样盒内，将芯样还原桩体内在形状并留影像资料备查。
结束语
综上所述， 软土地基由于其含有土质的不同，存在有别于其他土质的特征，主要具备土质不均匀、压缩性高、透水性低、沉降速度较快以及土质稳定性差等特征。如果软土地基施工过程无法保证，整个公路工程的质量都无法达到标准。 利用水泥作为固化剂，水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土低地基的一种方法。布设水泥搅拌机、软基土地变形监测、施工工艺参数设定以及全程质量控制。
参考文献：
[1]徐丽玲.水泥搅拌桩技术在公路工程软基处理中的应用[J].交通建设与管理， 2015，(Z2):107-108+111.
[2]王佳伟. 公路软基水泥搅拌桩应用探讨[J]. 华东公路，2017（2）：93-94.
[3]陈龙.水泥搅拌桩在城市道路软基处理中的应用[J].黑龙江交通科技,2016,39(5):35- 35.