探讨软基处理施工技术――深层水泥搅拌法的应用

来源:用户上传      作者:

　　摘要：随着城市建设的不断发展，地基处理的施工方法使用越来越多，特别是新技术的运用加快施工技术的发展。虽然现代施工离不开新材料、新技术的运用，但是大多新材料、新技术的运用是离不开传统施工工艺基础的。本文探讨深层水泥搅拌法在软基处理的技术应用，并指出存在问题，以供参考。
　　关键词：水泥搅拌桩；软基；施工技术
　　1 定义与优点
　　深层水泥搅拌法是采用搅拌钻机，将预先制备好的固化剂(水泥浆等材料)，注入地基土中，并与地基土就地强制机械搅拌均匀，形成拌和土，利用水泥的水化及其与土粒间的化学反应获得强度而使地基得到加固的方法。其优点主要有以下几点：(1)环保性。采用深层水泥搅拌法处理地基，首先就拌和体本身而言，其开挖量几乎为零。施工时无振动、无噪音、无污染，对在密集住宅建筑群周围进行施工，其优点尤为突出。(2)安全性。不会因为深层水泥搅拌法的施工造成周围土体挤压而影响周围建筑物的安全，特别在城市建筑群中施工，在施工搅拌时不会使地基侧土挤出，对周围建筑物的影响很小。土体加固后宽度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降。(3)工艺普通。首先，深层水泥搅拌法常用固化剂材料为强度32.5以上的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥等，使用一般设备就能完成搅拌机的拆装，就位后没有钻孔灌注桩泥浆护壁等工序，施工速度快。(4)造价相对较低。由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因此最大限度地利用原土，减少外运土方的工程量，降低了工程成本。(5)后期强度仍会增长。对施工期较长的工程，由于满载的时间较长，采用120d龄期的强度作为设计强度的标准值，能充分利用拌和土后期强度的增长潜力，提高工程的保障系数。
　　2 工程概况
　　某道路工程区段地貌主要为滨海冲积平原，地形平坦，上部软土层厚度较大，基岩埋深大，一般大于50m。拟建道路沿线路段多为农田、河塘。根据地质勘察报告，道路沿线地基主要为不良地质，深厚饱和软粘土。该层软土含水量大、孔隙比大、渗透性差、压缩性高、强度低，易引起差异性沉降，且沉降量大，极易引起地基失稳。软土地基填土高度1m，沉降量达到30 cm。本次道路路面标高比现状地坪平均高出1.5m，若在天然地基上填筑路基，最终沉降可达60cm以上，路边红线离现有建筑物最小距离仅有1.5米。为保证工程质量，需审慎地选择软基处理方法，既不对现有建筑物影响又提高地基承载力以满足设计要求。
　　
　　3 软基处理设计
　　设计结合工程场地的实际情况和几种地基处理方案的比较，选用水泥搅拌桩对满路幅范围路基进行复合处理。
　　3.1强度控制标准。设计要求桩身28d无侧限抗压强度不小于1.3 MPa，单桩复合地基承载力不小于130kPa，。
　　3.2材料及配合比设计。设计要求采用325号普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于15%，水灰比为0.5-0.55，木质素为水泥重的0.2%，生石膏粉为水泥含量的2%。土工格栅采用经编高强涤纶丝土工格栅，纵向拉伸强度不小于80kN/m，横向拉伸强度不小于50kN/m，延伸率不大于15%；材料搭接宽度均不小于30cm。现场实际采用32.5R普通硅酸盐水泥，水泥用量根据室内配比试验，按50 kg/m，55 kg/m，60 kg/m现场试桩9根，最后确定施工配合比60 kg/m，水灰比0.5。
　　3.3孔位布置。按梅花形布置桩位，桩直径50cm，桩间距1.2m。
　　3.4桩长设计。根据钻孔地质资料，设计暂定桩长8m，实际桩长以打到砂砾持力层为准。
　　3.5工后沉降要求：一般路基S＜20cm。
　　3.6施工参数选择。设计要求施工参数通过工艺性试桩确定。现场试桩9根，取得如下施工参数：钻进速度V≤1.5m/min，提升速度V≤0.8 m/min；搅拌转速V=30r/min，喷浆管道压力为0.4 Mpa-0.6MPa；钻进复搅与提升时管道压力为0.1Mpa≤P≤0.2 MPa；搅拌钻头穿越淤泥层时电流表读数为15A-25A，进入砂砾层时突变为50A-75A。
　　4 水泥搅拌桩施工技术
　　4.1施工技术工艺
　　水泥搅拌机就位时，应调整钻机平台、导向杆，使钻机倾斜小于1.0%，钻头对中桩位误差不大于1cm，同时检查钻头直径，测定钻杆长度，记录集料斗中水泥浆初始读数及钻杆初始标高。下钻时使钻头边旋转边钻进，保持速度1.5 m/min，转速30r/min,下钻到离桩底1m时，调整钻速，保持0.3 m/min，使压浆前的土体充分松动、粉碎，有利于第一次压浆。钻杆提升过程必须保持与喷浆一致，喷浆过程中，如发现套管漏浆或堵管则应立即停止喷浆。经常观察供浆计量仪的数字变化，若发现明显减少或突然停止，要立即记录，以利于补浆或复搅。供浆必须连续，拌和必须均匀。保证水泥用量，控制钻头提升速度，并保证钻杆转速，同时喷浆管道压力应保持在0.4 Mpa-0.6 MPa之间。每打完一根桩后及时计算该桩实际所用水泥量是否与60 kg/m的水泥用量标准相符。水泥搅拌桩必须确保进入砂砾持力层。成桩后，必须用人工凿桩头以免损坏桩身。
　　
　　4.2特殊情况下的处理措施
　　钻进过程中卡管时，采取慢速钻进；提出钻头，改进钻头；钻进位置较浅时，改用其他方法疏松土层后再钻；如果是提升钻杆时卡钻，则暂停喷浆，待正常后再复喷。喷浆过程中，喷浆不畅或堵塞时，应该检查灰浆泵运行情况，调整喷浆压力，提出钻头清理喷嘴，清除固化料中的杂物和大颗粒；喷浆不畅时，操纵喷浆阀门由关到开，由开到关，反复多次处理。
　　5 效果检验与评价
　　工程段试验桩数为28根。水泥搅拌桩龄期达28d后，监理在施工段范围内选择28根桩，由质量安全检测中心做单桩复合地基载荷试验。在试验过程中，随着荷载的逐级增加，压板的沉降量逐渐递增，没有出现突变现象，在各级荷载作用下，沉降均能达到稳定标准。设计要求钻芯数量为桩总量的0.5%。施工结束20d后，监理在施工段范围内选择50个钻芯桩点，由勘察设计院进行钻孔取芯。从现场开挖水泥搅拌桩剖面可见，水泥搅拌桩整体性较好，水泥分布较均匀，桩身直径、桩位符合设计要求。
　　本软基处理段在进行路基填土施工前，按照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》对路基的沉降与稳定观测的要求布设观测站，对处理后的软土地基的下沉量进行观测。软土地基开始填筑到路基填土完成，时间约42d ,测得的平均沉降量约45.6mm，填土完成后，每20 d再观测一次，共观测3次，沉降量分别为：9.3mm，5.8mm，2.4mm。从测得的数据看，下沉量累计只有63mm，并在填土100d后，基本不再下沉。工后沉降量完全满足设计要求(一般路基S＜20cm)，说明水泥搅拌桩加固处理对控制沉降效果良好。
　　从上述效果检验分析可见，经水泥搅拌桩加固处理后，地基土强度和变形模量提高，地基稳定性增强，复合地基承载力明显提高，达到了控制沉降、稳定路基的目的。
　　6 深层搅拌法施工存在问题
　　(1)虽然施工中采取较完善的质量保证措施，但由于水泥土强度与土质的关系非常密切，同样的掺入比，同样的工艺在淤泥中和砂类土中的水泥土强度可相差一倍以上。当桩穿越不同的土层时，很难避免桩体强度的差异，这种差异处理不当时往往造成不良后果。(2)深层搅拌桩对桩端土的处理不力，其端阻力仅能取端上承载力标准值的三分之一左右，当桩端存在较好的土层时也不能有效加以利用，此种情况下，其他桩型往往优于搅拌桩。(3)搅拌桩桩径与承载力不匹配，大于 500mm的桩径给基础布桩带来困难，在一定桩距的条件下，它要求很宽的基础，从而降低了经济效益。(4)加固深度不大，如果采用深层水泥搅拌法，根据相关规范规定，深度一般不大于20m，同时竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值必须通过现场荷载试验确定，对于竖向承载的水泥土强度宜取90d龄期试块强度平均值，相对于其他地基处理，其试验时间较长。
　　7 结束语
　　水泥搅拌桩应用于道路工程软土路基处理，在技术上可行，在施工质量和处理效果上良好，能有效控制沉降、稳定路基，有效提高路基的承载力和稳定性。
　　虽然采用深层水泥搅拌法处理软土地基存在着一定的缺陷，但其环保性与安全性是优于其他基础处理形式的。在不同的环境采用什么样的施工方法，应根据搅拌桩施工的各方特点，因地制宜制定科学可行的工作方法才能得到较好的效果。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-601736.htm