深层水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用

　　摘要：本文在论述水泥搅拌桩在加固处理以及应用过程中、讲述了施工工艺、施工过程中的控制、和施工过程中的常见的防治措施问题、质量监测等；为确保工程的质量，并且要求严格控制施工环节，采取各种有效的防治措施手段，使之能达到设计完美的要求。
　　1工程概况
　　在福建厦门海翔大道通过多段软土路基地区，该区域地势平坦低洼，地貌形态简单，河渠纵横。土层结构上部多为砂性土，下部多为淤泥质土。这种土质含水量一般在25%左右，pH＜4，因此该段公路软土地基处理采用湿法水泥搅拌桩加固地基，属于深层处理方法。
　　2深层水泥搅拌桩加固机理
　　水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过控制水泥深层搅拌机械，将固化剂和地基土的强制搅拌，使软土硬结成具有整体性的、和水的稳定性一定强度的桩体。
　　2.1水泥的水解和水化反应
　　一般在普通硅酸盐水泥的主要成分是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、三氧化硫等，这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物。使用水泥加固软土时，使得水泥颗粒表面的矿物很快就与软土中的水发生水解和水化反应，生成了氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙以及含水铁配钙等化合物。
　　2.2粘土颗粒与水泥化合物的作用
　　2.2.1团粒化作用
　　粘土和水结合时就会表现出一种胶体特征，使得较小的土颗粒形成较大的土颗粒，从而使得土体的强度大大提高，从而达到提高其复合地基承载力的目的。使水泥水化生成的凝胶粒子具有强烈的吸附性，能使较大的土团粒进一步结合起来形成水泥土的团粒结构，使水泥土的强度大大有所提高。
　　2.2.2硬凝反应
　　随着水泥水化的反应深入，逐渐形成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。
　　2.2.3碳酸化作用
　　当水泥水化物在游离的氢氧化钙，能有效地吸收到水中和空气中的二氧化碳，发生了碳酸化反应时，生成了不溶于水的碳酸钙，从而使水泥增加了强度，但是增长的速度较慢幅度较小。从水泥土的加固机理分析中，由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上留下一些未被粉碎的大小土团是不可避免的。在拌入水泥后将会出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以搅拌越充分，土块被粉碎的越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也会越高。
　　3水泥土的室内配合比试验
　　3.1试验目的
　　了解加固水泥的品种、掺入量、水灰比和水泥土的强度。
　　3.2水泥土配合比
　　按照设计要求，水泥掺入量为15.2%，每米不小于60kg，其龄期强度达到1.2MPa，现场取土，在原地表3m以下取土，测得含水量为25%，干密度为1.6g/cm3。水泥采用龙岩远超水泥厂生产的P.O32.5水泥。
　　 1m桩身的干土重：0.252×3.14×1×1.6=314kg；
　　湿土重：314×(1+25%)=393kg
　　水泥掺入量：393×15.2%=60kg
　　水灰比采用：1:0.5
　　用水量：（60/0.5）+393-314=199
　　配合比：
　　水泥:干土:水=60:314:199=1:5.23:2.32。
　　根据配合比分别称量土、水泥和水，将粉状土料和水泥放在搅拌器内拌和均匀，然后将水用喷水设备均匀喷洒在水泥土上进行拌和，直到均匀。在试模（70.7mm×70.7mm×70.7mm）内装入1/2试料，放在振动台上振动min后，装入其余的试料后再振动1min；最后将试件表面刮平，盖上塑料布防止水分蒸发过快。2d后拆模，装入塑料袋内，封闭后塑置入水中，进行标准养护。90d龄期强度：3.8MPa，3.8MPa，3.8MPa，3.8Mpa3.6MPa，4.4MPa；平均强度：3.9MPa＞1.2MPa满足设计要求，可以用于生产。
　　4水泥搅拌桩的施工技术及质量控制措施
　　4.1水泥搅拌桩的施工技术
　　4.1.1试桩
　　当水泥搅拌桩在施工前要进行施工工艺性试桩时，数量绝对不能少于5根，目的就是为了寻求最佳的施工工艺、最佳的搅拌次数、以能确定出水泥浆的水灰比、泵送压力、泵送时间、下钻的最快速度、搅拌提升速度、复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
　　4.1.2施工工艺流程（二喷四搅）
　　 ⑴桩位放样：放出各控制点的位置并测出各控制点的标高，用钢尺标出横排、纵排每根桩的具体位置，桩位按正三角形梅花形状布置，桩距1.2～1.5m，排距为1.299m。在桩位处打入长度不小于50cm的竹签。钻机就位后，在钻杆上做出桩顶、桩底位置的明显标记。在钻进过程中与钻机自带的测探仪相互核对，以满足设计桩长的要求。
　　 ⑵水泥浆制作：制作水泥浆要严格控制水灰比，浆液不得有离析现象。
　　 ⑶预搅下钻喷浆：在预搅下钻过程中，钻机电流在60～90A范围内，钻机转速为80～135r/min，钻进速度为0.8～1.0m/min。一边下钻一边喷浆。
　　 ⑷提升喷浆、复搅：在预搅喷浆后，提升继续喷浆，送浆泵出口压力保持在4～6MPa。提升速度为0.8m/min，提升至原地面30cm停浆。
　　 ⑸复搅下沉：为了保证桩身质量，复搅的长度必须是从桩底到桩顶全程复搅。
　　 ⑹复搅提升：复搅提升时，边提升边搅拌，当钻头到达原地面30cm后，在桩头处搅拌30s使桩头搅拌均匀后，再开始提升搅拌头。
　　 ⑺成桩，移动钻机。重新就位施工下一根桩。
　　4.2施工过程中的质量控制措施
　　监理组、项目经理部应指派专人负责全过程的旁站水泥搅拌桩施工，和所有施工机械均应的编号，应将现场的技术人员、施工负责人、监理工程师的名字和设计桩长、水灰比、水泥用量等材料制成标牌悬挂于桩机的明显处。以确保人员到位，责任到位,主要控制措施如下：
　　 ⑴水泥搅拌桩开钻前，应用水清洗整个压浆管并检查压浆管中有无堵塞的现象，待水排尽后方可下钻。
　　 ⑵为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，桩施工技术机上悬挂一吊锤通过吊锤控制钻杆与井架是否垂直（垂直度偏差不得超过1.5%，桩位偏差不得大于50mm）。
　　 ⑶打桩过程中因停电或桩机损坏中断打桩而继续打桩时，为防止断桩或缺浆，应使搅拌轴下沉至停浆面以下50～100cm，待恢复供浆后再继续喷浆提升。
　　 ⑷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。同时现场应配备泥浆比重计，以备监理工程师和项目部质检人员随时抽查检测泥浆比重是否满足设计要求。
　　 ⑸严格控制桩头质量，喷浆搅拌应高于设计桩基顶30cm，且当喷浆提升至设计桩顶时，应稍有停滞。
　　 ⑹制桩完成后，必须达到要求的龄期后方可进行开挖，清理桩头时不得使用重锤或重型机械，宜用小锤、短钎等轻便工具操作，以免损坏桩头。
　　 ⑺对施工中出现的问题应及时分析原因，提出处理办法,现场施工人员、监理人员应认真填写原始记录。
　　5水泥搅拌桩的质量检测
　　水泥搅拌桩施工完毕后随机抽取10号、26号和50号桩进行单桩静载荷试验，抽取8号，32号和56号桩进行复合地基静载荷试验，试验压板尺寸为1.5m×1.5m正方形钢板，地锚式反力加载，并在每根复合地基桩的压板下分别埋设4个钢弦土压力盒，2个在桩顶，2个在桩间土中。
　　采用慢速维持载荷法，分级加荷载。对于单桩静载荷试验，图1中的p-s关系曲线无明显陡降段，在300kPa荷载作用下，按沉降比为0.01确定单桩容许承载力，表1试验结果表明单桩容许承载力在150kPa以上，满足设计要求。

水泥搅拌桩静载荷实验结果

水泥搅拌桩符合地基静载荷实验结果
　　 3根试验桩的复合地基荷载-沉降（p-s）关系曲线如图2所示。从图2可以看出，复合地基在300kPa荷载作用下，3条曲线都没有出现明显陡降形态（极限破坏状态），按沉降比为0.01确定复合地基容许承载力，表2试验结果显示单桩复合地基承载力均在160kPa以上，满足设计要求。
　　从图2表2可知，在300kPa荷载作用下，随机抽取的3根桩的复合地基静载荷试验结果中的p-s关系曲线都没有出现明显的转折点，桩复合地基承载力均在160kPa以上，其沉降量分别为17.1mm，18.7mm，17.9mm，均满足设计要求。另外，在成桩7d内，利用轻便触探进行检测（贯入深度不小于1m），从桩身中取出的芯样可知，其颜色一致，未见水泥富集成“结核”。
　　6结语
　　综上所述，在高速公路施工中，难免遇到软土地基，采用水泥搅拌桩处理软基，可以加快施工的进度，减少因弃土造成的征地费用和环境污染，且经过水泥搅拌桩处理后的复合地基承载力有所大大提高，满足了高填土的施工要求。但是如果施工质量不好，一旦路堤等构筑物被覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。
　　【参考文献】
　　[1]王晓谋,袁怀宇,高等级公路软土地基路堤设计与施工技术[M],北京,人民交通出版社.2001。
　　[2]JTJ017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].
　　[3]王军.水泥土搅拌桩中垫层设置的试验研究[J]；工程建设与设计2004（1）。
　　[4]张晓军，孟庆碧，刘晨光等.喷射搅拌水泥土桩复合地基承载力特征值研究[J].河南科学，2003（5）
　　