摘要：本文介绍了衢宁铁路宁德站客整所淤泥固化软土路基采用双向搅拌粉喷桩加固处理，可以大大的提高软土路基的复合地基承载力，取得较为理想的加固效果。
关键词：双向搅拌粉喷桩；软土路基；淤泥固化
1.工程概况
宁德站客整所断面里程NDHGK0+000～NDHGK0+375，长375米，宽30～80米，位于滨海相沉积地貌，地形较为平坦，贯通线地跨越两个地貌单元，南侧为低山丘陵地貌单元，地势标高相差较大；北侧为池塘，池内淤泥已经固化处理。该软土路基采用双向搅拌粉喷桩加固处理，其中双向搅拌粉喷桩设计397113m，桩径0.5m，桩长10.0m～18.0m，桩间距1.3m*1.3m、1.5m*1.5m两种类型，采用梅花形布置。
2.设计参数及加固原理
2.1粉喷桩桩体设计28d无侧限抗压强度不小于1.0MPa，90d标准养护不小于1.5MPa。复合地基承载力设计值详见下表：
2.2粉喷桩加固原理系以水泥等粉体作为固体加固材料，利用压缩空气将固化材料呈雾状喷入软土层的深部，通过专用旋转的钻头在原位与土强制搅拌，使地基软土与水泥粉体得到充分混合、压密，同时水泥颗粒中的各种矿物很快与软土中的水发生水解、水化、离子交换和固结反应，产生各种氧化钙，水化酸钙化合物，直接减少了被加固土中的水分，增加了土颗粒间的粘结与固结，其混合物在软土中固结成具有整体性强、水稳定性好、强度高的水泥土桩体，从而使地基土的工程性质得到局部改善，形成由桩体和桩间土共同承担上部荷载的复合地基。
3.双向搅拌粉喷桩施工流程
3.1场地平整
双向搅拌粉喷桩施工区域处于鱼塘及农田，淤泥厚度深达10m～20m，施工前期对施工区域淤泥进行固化、平整，使之具有一定稳定性和强度，能承载钻机施工等要求。
3.2钻机定位
技术人员根据设计图纸放样桩位，并用竹签标记。移动钻机时，两线锤对准桩位定出施工桩位，钻机垂直度根据导向架线锤前后、左右距离相等控制。
3.3下钻
下钻时先启动内钻杆钻头（反转），后启动外钻杆钻头（正转），然后启动加压装置，加压装置中链条同时对内外钻杆加压，内钻头反钻先入土、切土，外钻杆正转入土、搅拌。
3.4喷粉、搅拌
开启喷灰装置，当水泥至喷粉口时内钻杆钻头（反转）入土，外钻头（正转）入土后，内外杆钻头开始喷灰并且同时搅拌。直至设计深度，停止喷灰。
3.5提升、搅拌
当达到设计深度后，先将外钻杆钻头换向（反转），反之内钻杆钻头同样换向（正转）。同时对加压装置换向，链条将钻杆提升至设计桩顶标高，完成双向搅拌粉喷桩施工作业。
4.施工准备
4.1工程资料收集
4.1.1施工区域详细勘测资料，必要时及时补充。
4.1.2双向搅拌桩设计说明、技术要求及平面布置图。
4.1.3测量控制点位置、坐标并及时复核。
4.2配合比选定
正式施工前需做试桩，选取有代表性桩位进行钻孔，取不同深度的土样测定其含水率、容重及天然孔隙比，根据不同土样配置水泥用量制备配合比试件，测其28d无侧限抗压强度，选取Rc＞Rd/（1-1.645Cv）的配合比作为生产配合比。
4.3材料及机械设备
4.3.1材料准备
根据设计要求选取P.O 42.5普通硅酸盐水泥作固化剂，对桩身强度要求高、受力条件不利或成桩龄期较短的桩体，宜选用高标号早强水泥。
4.3.2机械设备准备
施工设备需配备高效率、低污染的先进机械设备，以保护环境和改善作业条件，满足工期要求。对进场的机具设备进行组装和调试，确保机具的完好率，保证满足施工要求，计量设备应经计量检定合格。根据衢宁铁路宁德站客整所双向搅拌粉喷桩施工区域地层多变、桩长多变及长桩下部成桩不理想等情况，经过比选，最终采用PH-5D型深层搅拌桩机。桩长大于14m，采用主电机55kW；桩长小于14m，采用主电机45kW。其技术参数和施工机械配置见下表：
主要施工机械配置表
5.工艺性试桩
5.1试桩目的
5.1.1确定搅拌满足设计强度要求的水泥掺量。
5.1.2确定搅拌下沉、提升的速度和重复搅拌下沉、提升速度。
5.1.3检验施工设备及选定的施工工艺。
5.1.4根据复合地基承载力及水泥土无侧限抗压强度试验确定各施工参数，取得可靠的、符合设计要求的工艺控制数据，以便指导本标段粉喷桩大面积施工。
5.2试桩位置
施工前根据工程设计情况选取具有代表性地段进行工艺性试桩，本次选取试桩在NDHGDK0+325和NDHGDK0+400处进行工艺性试桩，NDHGDK0+325处桩长18m，桩径50cm，间距1.5*1.5m正方形布置。NDHGDK0+400处桩长14m，桩径50cm，间距1.3*1.3m正方形布置。
5.3试桩参数拟定
试桩按拟定参数55kg/m、60kg/m、65kg/m、水泥30kg/m+固化剂30kg/m、水泥42kg/m+固化剂18kg/m五组配合比进行实施。具体施工参数见下表：
5.4试桩工艺流程
双向搅拌粉喷桩试桩流程图
5.4.1双向搅拌桩施工采用“一喷四搅工艺”。第一次钻入带粉下钻，喷粉量应按拟定的55Kg/m、60kg/m、65kg/m、水泥30Kg/m+固化剂30Kg/m、水泥42Kg/m+固化剂18Kg/m五种含量进行控制，严禁带水下钻，钻进至设计桩底标高后，对桩底喷粉搅拌至少停留30s，进行磨桩底工作。
5.4.2钻进喷粉提升至桩顶，喷粉罐设计水泥量刚好喷完，关闭喷粉装置，桩顶搅拌30s进行磨桩头工作。
5.4.3复搅至桩顶以下3m。试桩各施工参数见5.3试桩参数拟定表。
5.5试桩质量控制
5.5.1粉喷桩采用干喷法施工，水泥进场须按批量检测合格，严禁使用过期、受潮结块、变质的劣质水泥。
5.5.2喷粉桩施工时对桩长、掺灰量、复搅长度、钻进速度、提升速度、电流控制、喷粉压力等关键指标严加控制，以确保满足设计及规范要求。
5.5.3为保证桩位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桩位。为使搅拌桩基本垂直于水平面，要注意搅拌桩机底盘的水平和导向架对水平面的垂直度，搅拌桩的垂直偏差不得超过1.0%，桩位的偏差不得大于5cm；成桩直径和桩长不得小于设计值。
5.5.4定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期检查，保证其直径磨耗量不大于10mm。
5.5.5每天认真校核桩机的领料数量及施工桩位，检查桩机的水泥施工数量，数量与该机完成的搅拌桩延米数量是否相符，并复核打印资料的准确性。每日的施工原始记录交现场施工负责人核查，正确无误后，交现场监理人员检查签认。
5.5.6严格控制钻孔下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度和喷粉量达到规定要求。
5.5.7钻机提升时管道压力不宜过大。
5.5.8在成桩过程中，如发生断电、卡钻等外在因素影响桩身质量时，第二次喷粉接桩时，补喷重叠长度不小于1.0ｍ。若停机超过3h，应在原桩位旁进行补桩处理。
5.5.9对送气（粉）管要经常检查，不得泄漏，不得采用受潮成块的水泥。
5.5.10粉喷桩施工通常是在灰罐处安装电子秤，电子秤可以显示灰量多少，而喷灰量是否均匀，每米的喷灰量的多少，只能依靠操作人员经验，这样极易造成喷粉不均，加大现场施工管理难度。为了解决此难题，我们采用带有深度传感器和重量传感器的喷粉记录仪，具有双位显示器。操作人员可观察每0.1m段喷粉量，由定性完全变为定量化，根据现场实际情况适时调整施工工艺，改变灰罐压力及提升速度等，复喷时每米的喷粉量自动累计至相应的记录，最后各种数据可通过打印机打印出来。这样可以确保每米喷粉量达到设计值。
5.6试桩检测要求、检测方法及结果
5.6.1检测要求
成桩7天后，浅部开挖桩头，深度超过停浆面下0.5m，目测成桩直径、均匀性。成桩28d后，进行复合地基承载力检测，采用平板载荷试验检验双向搅拌粉喷桩的复合地基承载力是否满足设计要求。成桩28d后，采用钻芯取样方法检验桩身完整性、均匀性、桩长、进入硬质持力层情况，及桩体无侧限抗压强度。
5.6.2检测方法
⑴钻芯法：成桩28天后，依据TB10128-2008《铁路工程基桩检测技术规程》的有关规定，在偏离桩中心100mm处钻孔，采用金刚石钻头钻进和双管单动连续取芯，岩芯直径不少于89mm，钻进过程中采用带水钻进，严禁水冲钻进；自桩顶0.5m以下开始每隔2m取试样作无侧限抗压强度试验，桩身完整性通过钻孔取芯的水泥土样进行观察描述，判断桩体连续性、成桩状态、施工桩长、芯样性质（土/水泥土/水泥）、芯样的软硬程度（流塑/软塑/可塑/硬塑/稍硬/坚硬）以及搅拌的均匀性。
图-1芯样图-2桩头检测
⑵静载试验法：单桩复合地基静荷载试验加荷方式采用慢速维持荷载法。加荷等级分为十级，每级加载为最大加载量或预估极限承载力的1/15～1/10，最大加载压力不应小于设计要求压力的2倍。每级荷载施加后第一小时内按间隔15min观测一次，累计1h后，每隔0.5h测读记一次沉降量。当一小时内沉降量小于0.1mm时，即可加载下一级荷载。卸载应分级进行，按加载级数的一半，等量进行，每卸一级间隔半小时，读记回弹量，待卸完全部荷载后间隔三小时读记总回弹量。最大试验荷载值判定：其板顶累计沉降量均小于0.05B（B为载荷板的宽度或直径）且均已稳定；所检桩的Q～s曲线出现明显陡降段，取其明显陡降的起始点对应的荷载值；取s-lgt曲线尾部明显向下弯曲的前一级荷载值；桩顶沉降量大于前一级荷载沉降量的2倍，且24h未稳定，取前一级荷载值。
图-3单桩复合地基静载试验
5.6.3试桩结果
衢宁铁路QNFJZQ-5标，宁德站双向搅拌粉喷桩软土地基NDHGDK0+400试桩区2-1（水泥55Kg/m）、4-2（水泥60Kg/m）、3-3（水泥65Kg/m）、2-2（水泥30Kg/m+固化剂30Kg/m），NDHGDK0+325试桩区试桩区3-1（水泥55Kg/m）、3-2（水泥60Kg/m）、4-1（水泥65Kg/m）、2-3（水泥42Kg/m+固化剂18Kg/m），所检测的桩复合地基承载力和28d无侧限抗压抗压强度，结果如下：
从上表数据中，复核地基承载力和无侧限抗压强度数据结果分析表明均为合格，合理的选用水泥掺量，优中选优，发现在桩长14m和18m双向搅拌粉喷桩水泥掺量为60Kg/m时为最合理，原因有二：一是在双向搅拌粉喷桩水泥掺量为55Kg/m时，复核地基承载力已达到设计值的临界值，受现场施工过程影响，很容易造成不合格；二是从经济角度为出发点，水泥掺量在65Kg/m、水泥30Kg/m+固化剂30Kg/m、水泥42Kg/m+固化剂18Kg/m时，无侧限抗压强度值数据均过于保守，结合上述两点的原因，综合因素考虑后，确定为掺量水泥60Kg/m为最理想的施工用量。
6.成果
通过科学合理的检测方法对试桩进行检测，能为双向搅拌粉喷桩的设计、施工提供可靠的试验数据，以便施工人员确定正确的设计参数及施工人员确定合理的工艺参数；通过便捷、有效的检测方法及对施工好的双向搅拌粉喷桩进行检测，并提出准确可靠的检测数据，以便监理及施工人员对双向搅拌粉喷桩施工质量做出正确的判断和评价，对合格的桩及时认可其质量；对不合格的桩及时采取有效措施，以便指导双向搅拌粉喷桩大面积施工。经后期计算成桩共计40万米，成桩数量2万多根，无侧限抗压强度和复合地基承载力合格率100%，此次试桩给后期成桩奠定了有效的指导数据。
7.结论
双向搅拌粉喷桩在软土地基加固中具有施工简便、速度快、无污染、造价低等优越性，推广应用前景广阔。通过宁德车站客整所淤泥固化软土路基加固处理施工实践证明：根据不同的水文地质情况，合理地选择施工工艺参数及机械设备，控制好每道工序质量，加强工艺性试桩及检测，可以有效地提高软土路基的复合地基承载力，对后面开展的加固工作提供了有效的的加固效果，对类似工程具有重要的指导意义。
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论文作者:于鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
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