水泥搅拌桩在高速公路软基处理的应用

水泥搅拌桩在高速公路软基处理的应用
刁焕林
摘要：文章以佛开高速公路为例，介绍了水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用，详细阐述了水泥搅拌桩的施工工艺以及质量控制，并对工程的质量进行了检测，实践证明，软基工程处理效果良好，强度均达设计要求，软基处理后沉降均在控制范围内，同时还节约了工程成本。
关键词：水泥搅拌桩、软基处理、施工工艺、质量检验
1 工程概况及软基处理方案
佛(山)开(平)高速公路是同三国道主干线中的重要组成部分，也是国家高速公路网规划“2纵”沈阳至海口主线的一段，FK-02合同段起址桩号K5+300~K10+680路线全长5.38km，按八车道标准扩建。该段路基位于低洼的水塘区域，属于软基路段，需要进行软基加固处理。经过专家研究决定，路基采用水泥搅拌桩进行加固处理，设计桩径为0.5m，三角型布置，桩距1.5米，减少路基的沉降，整个工程需打桩共计27233延米。
设计参数及要求如下：
(1)水泥掺入比>12%；
(2)室内配合比设计：7d无侧限抗压强度:qu≥0.8Mpa；28d无侧限抗压强度:qu≥1.6MPa；90d无侧限抗压强度:qu≥2.4Mpa；
(3)现场质量检测：28d取芯强度:R28>0.8MPa；90d取芯强度:R90>1.2MPa；单桩承载力>210KPa；复合地基承载力>170KPa。
2 施工技术分析
2.1 施工试桩
(1)水泥搅拌桩施工是藉搅拌头将水泥浆和软土强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也超高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
(2)本工程试桩了5根，且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检验可采取7天后直接开挖取出，或至少14天后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。
2.2 工程施工准备
(1)水泥搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍(包括大块石、树根和生活垃圾等)。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。
(2)水泥搅拌桩应采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。
(3)水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备下以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。监理工程师每天收集电脑记录一次。
(4)水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。
2.3 施工过程
2.3.1施工工艺流程
施工工艺流程：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。
2.3.2 工程施工质量控制
(1)项目经理部指派专人负责水泥搅拌桩的施工，全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。所有施工机械均应编号，应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。
(2)水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。
(3)为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。
(4)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。
(5)为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。
(6)水泥搅拌设计配合比:水灰比0.45~0.50、水泥掺量12%、每米掺灰量46.25kg 、高效减水剂5%。
(7)水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。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。
(8)为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒
(9)施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。
(10)施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内小时应采取补桩措施。
(11)现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括:a施工桩号、天气情况；提升速度；喷浆深度、停浆标高；c灰浆泵压力、管道压力；d钻机转速；e钻进速期、提升速度；f浆液流量；g每米喷浆量和外掺剂用量；h复搅深度。
3 水泥拢拌桩的质量检验和评定
3.1 检验方法
(1)水泥搅拌桩成桩7天可采用轻便触探法进行桩身质量检验。
1)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，是否存在水泥浆簇的“结核”或未被搅匀的土外。
2)触探试验:根据现有的轻便触探击数（N10）与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m。
(2)水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长真每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位禅实验室做（3个一组)28天龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1%~1.5%。
(3)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。
(4)对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
(5)在软土层深厚的地方，或对施工质量有怀疑时，需要在成桩28天后由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于桩数的0.2%，且不得少于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。
3.2 外观鉴定
(1)桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。
(2)搅拌均匀，凝体无松散。
(3)群桩桩顶齐，间距均匀。
3.3 实铡项目
水泥搅拌桩质量检测项目如表1所示。
表1 搅拌桩质量检查标准表

通过以上数据分析得出所有检测的水泥搅拌桩均为完整桩，强度均达设计要求。软基处理后沉降均在控制范围内。
3 结束语
公路软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工环节，严格施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。同时说明设计比较保守，原设计每米掺灰量50kg要求的强度我们在实际施工中每米掺灰量46.25kg就达到了，不仅方便了施工也节约了材料仅水泥就节约了1580吨，大约人民币47万元。

参考文献：
[1] 郝玉龙.深厚软土水泥搅拌桩复合地基沉降分析及控制[J].岩土工程学报2010(3).
[2] 龚晓南.复合地基理论及工程应用[M]，北京:中国建筑工业出版社，2008.
[3] 王宏伟，于超.地基处理手册(第二版)[M]，北京:中国建筑工业出版社，2005.