水泥搅拌桩在高速公路上的应用

水泥搅拌桩在高速公路上的应用
曾敬阳
建筑设计,职称评审,高级工程师职称评审
1工程概况
新疆“吐乌大”高速公路盐湖段，位于盐湖沼泽地边缘，属乌鲁木齐南部的水源地，这里低洼水区多，地表排水困难，地质条件差，均属软弱地基。
(1)地质特点：沿线软土埋深较浅，厚度一般为5—10m，最薄的为3m，最厚的达25m。
(2)地质参数：含水量39.9%；孔隙比1.1；饱和度98%；压缩模量2.63—2.70Npa；承载力65—80kPa；抗剪强度12—21MPa。
(3)处理原因：在填筑高速公路路堤前，为避免路堤滑移、沉降过大、差异沉降和沉降延续时间过长，必须对软土地基进行处理。
(4)处理内容：处理里程为5km，其中采用水泥搅拌桩加固的地段共1km，施工搅拌桩102根，累计长度约为753m。
2.加固方案
水泥搅拌桩呈梅花形布置，设计问距为1.1—1.5m，5种，L为搅拌桩处理深度，横向布置至路堤坡脚；桩体设计直径为50cm，设计掺灰量为每米45kg，材料采用425号普通硅酸盐水泥，水灰比为1：(0.45—0.5)；桩体的设计强度为0.9Mpa，要求28d强度大于O．6Mpa；路基填筑必须在搅拌桩施工完毕养护1个月后进行，桩顶60cm厚的填筑材料宜采用含泥量小于15%的岩渣。
3 加固施工
3.1施工设备
主要有：深层搅拌桩机，灰浆泵，75kW发电机，灰浆搅拌机，灰浆料斗等。
3.2施工材料
加固料，采用425号普通硅酸盐水泥；浆液，配制时应严格控制水灰比，搅拌时间不得少于3min；外加剂，木质素磺酸钙掺人量为水泥用量的0.2%，另可掺入水泥重量2%的生石膏粉作为塑化剂。
3.3试桩施工
(1)搅拌桩机上安装调试电脑计量设备，选用不同的钻进速度、提升速度、喷浆压力和浆液流量等工艺参数进行试桩，以掌握成桩工艺及各项技术参数。
(2)每台桩机试桩数不少于5根。成桩7d后开挖，目测检查桩体成型情况和搅拌均匀程度，检查深度0.5—1.0m；成桩28d后对桩体钻芯取样，截取上中下3个部位的芯样，进行无侧限抗压强度试验。
(3)本公路工程搅拌桩试桩分别采用：不同的灰水比(0.40，0.45，0.50，0.55)；不同的水泥用量(每延米45，50，55，60)kg；不同的喷浆方式(一次性喷浆)与喷浆次数(分两次喷浆)的组合试验。
(4)试桩未达到设计要求时，要改进施工方法，直到取得了成功。
3.4施工工艺
清理平整(清除杂物，平整场地)——确定桩位(按图纸进行，轴线偏差不大于50mm)——调平钻机(钻杆导向架与地面保持垂直)——钻进喷浆(钻进30cm后，开始喷浆，边钻边喷，直至设计标高)——提升搅拌(匀速，直到离地面50cm处)——重复操作(下沉搅拌、喷浆、提升搅拌)——桩机移位(顶部50cm范围内用人工搅拌)——到达目标(搅拌桩必须穿透软土层，以打到相对硬层作为桩长的控制指标)
4质量控制
水泥搅拌桩是地下隐蔽工程，必须按试桩确定的工艺流程与工艺参数操作，确保工程施工质量。
(1)密度控制：根据试验结果采用的水灰比配制水泥浆，具体做法是将一定数量的水泥、外加剂和掺和料加入到相应体积的水中，用搅拌器充分拌和，直到水泥浆均匀一致，用比重计检测水泥浆稠度，以控制水泥浆液的质量。
(2)浆量控制：对每根水泥搅拌桩，根据设计深度计算出水泥用量，再根据选定的水灰比配制出水泥浆，用控制总浆量的方法保证每根搅拌桩都达到设计要求的水泥用量。
(3)喷速控制：在钻机钻进过程中，保证喷浆的均匀性。钻机在不同土层中的钻进速度不同，在硬土层中钻进速度慢应调低喷浆流量，在软土层中钻进速度快应加大喷浆流量。
(4)管理控制：搅拌桩的施工，需要现场监理和施工单位完善的自检体系严格把关。
(5)仪器控制：应用电脑计量装置，确保桩基的工程质量。如：采用SJC型水泥土搅拌桩浆量监测记录仪，监测成桩的3个主要质量参数；采用监控仪器，反映钻头每次的钻入深度、注入水泥浆的总量和水泥浆沿垂直方向分布的均匀性；采用监测记录仪，可提供完整的实时数据和最终的数据，记录鲜明直观的桩形曲线。
5质量检验
5.1钻芯取样
为了检测桩身的完整性、桩土搅拌的均匀程度、桩的施工长度、桩的强度，根据交通厅工程质监站的要求，搅拌桩钻芯取样。钻孔取芯频率为3%—5%，截取桩体不同的部位(上、中、下)作为芯样进行无侧限抗压强度试验，检验工程桩是否满足设计强度要求。
5.2静载试验
在某些特殊地方成桩28d后，由监理工程师随机抽检搅拌桩的单桩或复合地基承载力，随机抽查的桩位不宜少于总桩数的0.2%并不得少于3根。
(1)单桩承载力，6个标段的单桩承载力试验表明，所有搅拌桩的单桩极限承载力都在150kN以上，大部分在160—180kN之间，达到了设计要求。
(2)复合地基承载力，当桩间距为1.5m时，复合地基极限承载力最低值不小于200kPa；桩间距为1.4m时，不小于210kPa；桩间距为1.2m，不小于238kPa；桩间距为1.1m，不小于258kPa。这表明，所有检测点的极限复合地基承载力都满足设计要求。
6应用效果
(1)搅拌桩地基处理地段月观测沉降，每米路堤荷载产生的沉降量约为110㎜，趋于稳定的时间为1-2个月，其后的工后沉降在30㎜以内；塑料排水板软土地基处理地段月观测沉降，每米路堤荷载产生的沉降量约为190㎜，趋于稳定的时间是3—4个月，其后的工后沉降在50㎜左右。
(2)在进行软基础处理时，水泥搅拌桩与塑料排水板相比，工程造价每1000㎡约增加12万元，但软基的预压期缩短8—10个月，工后沉降要小，地基侧向位移减小，路堤的稳定性增大。