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摘要：随着公路建设项目数量的增加，如何降低在沿海和内陆湖泊的沉积相软土地基的沉降已经成为困扰公路设计和施工的技术难题。我国水泥搅拌桩在软土地基处理是一种有效形式之一，本文介绍了高速公路软土地基水泥搅拌桩的质量检验方法及施工工艺参数。结合工程实例，水泥搅拌桩可大大提高地基承载力并达到预期的增强效果。
关键词：软基；水泥搅拌桩；高速公路
国家快速发展离不开公路工程事业的贡献，然而在公路建设中依然存在着许多技术难题，特别是在中国的沿海和内陆地区的沉积相软土地基的沉降问题。传统的软土加固技术往往存在施工周期长，工程造价高、地基沉降量大，承载力低、施工难度大等缺点。相比于传统的软土地基加固技术，水泥搅拌桩具有施工速度快、工期短，成桩后28d就能进行上部构筑物施工。同时施工过程中不会发生挤土效应，适用于大面积软土地基加固处理。实践证明，水泥搅拌桩处理后的复合地基承载力均能达到130kPa以上，且能够较好地控制工后地基沉降量，适用于道路、轨道、桥梁等工后地基沉降要求较高的构筑物，可有效减少地基病害，具有较高的应用与推广价值。
一、成桩原理
水泥搅拌桩软土加固技术采用水泥作为固化剂，再通过特制的搅拌机械和输浆泵，在地基深处将软土和水泥固化剂搅拌混合，使用固化剂和软土之间的一系列物理和化学反应。软土和水泥一起构成具有整体性强，良好的水稳定性和地基的承载力高的复合地基。该技术可广泛适用于软土层例如填充土壤，合并淤泥，粉土，土壤，细砂，中粗砂，淤泥和黄土。
二、工程案例分析
2.1 工程介绍
绍兴高速SZTJ01施工合同段工程起点桩号为K0+000，终点桩号为K3+000，技术等级为高速公路，设计速度为100公里/小时。工程K2+053~K2+800部分区域内存在大量软土、弱盐渍土等不良地质带，地基承载力低。表层2米厚度内淤泥质粉质粘土，特征灰色~灰黑色，软塑，含水率为51%~53.2%，夹有机质，粘粒含量高；摇振反应无，稍有光滑，干强度低，韧性低，有腐味；
根据项目基础条件，填料高度和工期综合考虑，经过多次技术方案比选，部分路段决定采用水泥搅拌桩技术，以加强公路路基基础薄弱问题。
2.2 地基设计
该高速公路标段内设计水泥搅拌桩采用湿喷法，单轴双向搅拌，设计桩的总数约为7216m，桩径是500毫米，布桩形式为等边三角形，桩间距为1.2米，地基处理深度为7〜12M，该项目将采用42.5R以上的矿渣硅酸盐水泥，设计水泥参入量是土壤质量的15%。设计水灰比0.5，桩体同配比的室内试块28d无侧限抗压强度不低于1.5MPa，复合地基承载力以下，单元复合地基承载能力不得小于130〜140kPa。
三、水泥搅拌桩施工工艺及步骤
3.1 施工流程
采用两喷四搅步骤：桩机就位——调平搅拌钻进至设计深度——喷浆、搅拌提升——提升至停浆面——复搅下沉至设计深度——喷浆提升搅拌至停浆面——关闭搅拌机械，桩机移位。
3.2 施工步骤
3.2.1 放样和钻机到位
施工开始前，应根据设计图纸定位放线，开挖沟槽利于排水。首先进行水泥搅拌桩机的组装，并对主机各部位的联接、喷浆系统、灰池管路密封性等进行检查。钻机组装后，必须要调试并稳固钻机。灰池满后，入口一定要及时密封。按照测量结果实施搅拌桩钻孔施工，喷浆前需对钻杆长度进行检查，同时钻杆倾斜度须控制在 1%以下。钻探钻井速度必须保持在0.8-1.5m /分钟。在到达较硬的地层后，应间歇一定时间，再提升钻具，为了保证有足够的灰在孔的底部，钻头的速度必须≤0.8m/分钟。
3.2.2 水泥浆下沉喷浆
水泥用量采用设计标准，为土体质量的15%，水灰比1：0.5。当施工过程中加入水，水的量必须通过使用定量容器来控制。水泥搅拌桩机的冷却循环水系统正常工作后，搅拌桩机的马达启动，并且搅拌桩机的吊带松弛，使搅拌桩机沿导向架切土下沉。下沉速度应≤0.8m/min，搅拌机工作电流不得大于70A。与此同时，搅拌浆料和水泥浆在喷涂过程中持续搅拌。随时观察设备运行及地层变化情况，待钻头下沉至设计标高位置时，停止钻进。
3.2.3 提升、搅拌、喷浆
钻头下沉至设计标高后，为了避免偏析现象，应稳步提升搅拌机钻头并不断喷浆，喷浆过程中须不断搅拌水泥浆。在提升至地面以下1m 时，宜放慢钻杆提升慢速，当喷嘴即将暴露于地面，应停止提升钻头，但还需继续搅拌30s 以上，以保证桩头水泥的均匀压实搅拌。重复搅拌下沉和喷浆，再次搅拌提升，直至距离地面0.3～0.5m。对全桩进行复搅，复搅时钻杆提升速度须≦0.8m/min，在喷浆过程中应尽可能保证各段喷浆量相等，且水泥浆刚好喷完为宜，如水泥浆还有剩余，须重复以上步骤直至水泥浆喷完。桩基施工完成后，清理、整平宕渣面，必要时采取补充填筑，压实后，铺设土工格栅和5cm的砂砾材料层以形成具有高承载能力的复合基础。
四、成桩质量检测
由于其特殊的施工工艺，水泥搅拌桩的水泥搅拌技术往往难以保证。当遇到一个饱和土壤层并具有较大的可塑性，造成水泥淤浆，难以注入到土壤中的空隙，而是沿着钻杆和土壤返回至表面，从而导致桩体中水泥含量不足并影响成桩质量。如果水泥浆和土壤没有在施工过程中搅拌均匀，两者之间的固化反应将受到影响，从而使桩的强度不能满足设计要求。这要求桩施工完成后，有必要采用一个合适的检测方法来检测桩的质量。常用的方法包括芯检查和复合地基承载能力的检测。
4.1 取芯检测
取芯检测是指在成桩后28d 沿整桩长度方向连续钻探取芯，取芯时采用双管单动钻具，取芯位置宜控制在桩径2/5 处，应尽量降低对芯样的扰动，抽检比例为总桩数的1.5%。每1m 可取1 个芯样，将芯样加工成50mm×100mm 的圆柱体，进行室内无侧限抗压强度试验。其中桩身强度检测应满足 90d 龄期无侧限抗压强度平均值跃1.5MPa，但考虑到施工期间，可以在5—90d 内取芯，进行短期强度试验，即可推测是否满足90d 龄期的强度要求。强度要求工程中取用28d桩体做无侧限抗压强度试验，结果表明：其无侧限抗压强度≥1.7MPa，参照水泥土无侧限抗压强度标准，可知其结果满足设计要求。
4.2 静荷载试验
水泥搅拌桩的静载荷试验是指28D或90D之后单个桩和复合地基的承载能力，《建筑地基处理规范JGJ79-2012》规定静荷载试验抽检数量为总桩数的1%，且不少于3根。工后对单桩及复合地基加载静载试验，结果表明：该工程中水泥搅拌桩的单桩竖向承载力特征值Ra≥180kPa，其复合地基承载力特征值fspk≥200kPa，地基沉降量为 25.3cm，根据项目设计要求单桩及复合地基承载力不得小于130~140Kpa，并参照工后容许沉降值范围表（见表 1），可知其结果满足工程设计要求。
表 1 工后容许沉降值
五、结束语：
经济建设的不断发展提出了更高的公路建设要求。应通过体制创新、完善相关政策，进一步提升基础工程的建设质量，工程实践表明，水泥搅拌桩的软土加固技术是加强高速公路深厚软土基础的重要途径。它在各种软土加固技术中效果显着，可有效减少软土地基的沉降和减少路基病害的发生，保证高速公路的正常运行，为国民经济增长提供一份力量。
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论文作者:张康康
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
标签：水泥论文; 地基论文; 水泥浆论文; 抗压强度论文; 技术论文; 钻杆论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第34期论文;