公路软基处理中水泥砂浆桩应用分析

马东旭

(河北省唐山市交通运输局公路工程处)

1 引 言

水泥砂浆桩是采用水泥砂浆作为固化剂,即在纯水泥浆中掺入一定比例的粉细、中砂,增加地基土中的粗颗粒含量,降低地基土的塑性指数,改良土的物理力学性质指标,明显提高桩体无侧限抗压强度。该工艺攻克了常规水泥土搅拌桩在塑性指数高的粘性土层中成桩强度低的难题,可适用于塑性指数大于 25的粘土,同时在淤泥质土、淤泥层中成桩强度明显提高。因此可替代旋喷桩、低强度CFG桩,用于软土地基加固处理。

2 工程概况

某公路工程路基表层为人工填土,以下依次为淤泥、淤泥质黏土、一般粘性土,基岩为花岗岩。地基土大多为淤泥质土,具有含水量高、孔隙比大、液性指数大、有机质含量高,前期按常规搅拌桩试桩验证:本场地淤泥常规水泥土搅拌工艺不易搅拌均匀,桩体无侧限抗压强度、单桩承载力达不到设计要求。现将采用水泥砂浆桩,通过多向多轴、多层叶片同时搅拌,克服了常规水泥土搅拌桩的缺陷,成桩均匀性好,桩身强度明显提高。

3 施工总体方案

水泥砂浆桩也称为多向多轴搅拌水泥土桩,是采用水泥浆作为固化剂,加固原理与常规水泥土搅拌桩相同,在地基深处将软土和水泥强制搅拌后,水泥和软土将产生一系列物理和化学反应,使软土固结改性,从而改善软土地基物理力学性质,提高复合地基承载力。优点是克服了常规水泥土搅拌桩施工中搅拌不均匀、浆液上冒的缺陷,桩身强度有较大提高。经室内实验室配合比试验桩身 90d水泥土桩无侧限抗压强度可达1.2～2.0MPa。

采用由PH-5型粉喷桩机改进的“多向、多轴粉喷桩机水泥土(水泥砂浆)搅拌桩机”,下钻过程基本完成所需浆材(水泥浆或水泥砂浆)的喷射,多向、多轴、多层叶片同时搅拌,不进行复搅,仅需一喷二搅工艺施工。

施工可利用现有的PH-5型粉喷桩成桩机械作为机架,由位于钻机底部操作台的动力系统,通过外钻杆转递动力,再通过钻杆顶部配备的专用传动箱,采用同心多轴钻杆,在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口,在外钻杆上安装反向旋转叶片,通过外杆上叶片反向旋转过程中的压浆作用和内杆正向旋转叶片同时搅拌水泥土的作用,阻断水泥浆上冒途径,把水泥浆控制在最上、最下两组叶片之间,保证水泥浆液在桩体中均匀分布和搅拌均匀,确保成桩质量的施工方法。

4 施工方法及工艺

4.1 施工工艺流程

4.1.1 柱形桩工艺流程

柱形桩工艺流程如图 1所示。

图1 柱形桩工艺流程图

水泥砂浆桩进入已整平的场地和测放了桩位的地段准备施钻,施钻程序如下。

(1)搅拌桩机就位、调平,钻头对准桩位。

(2)搅拌、喷浆下沉:启动搅拌机,使其钻杆沿导向架向下搅拌切土,同时开启送浆泵向土体喷水泥浆,此时双轴上的多层叶片同时正、反向旋转搅拌直到设计深度。

(3)达到预定设计深度后,在桩端就地持续喷浆搅拌30s以上,使桩端水泥土充分搅拌均匀(下沉喷浆为总浆量的90%以上)。

(4)搅拌、喷浆提升:此时喷浆目的是为了避免喷浆口被堵塞,同时多向、多轴搅拌桩机钻杆上叶片正、反向旋转,继续搅拌水泥土。

(5)搅拌完毕:搅拌、喷浆提升到地表或设计标高(提升喷浆量为总浆量的 10%以下),完成单根多向多轴搅拌水泥土(水泥砂浆)桩的施工。

4.1.2 T形桩工艺流程

T形桩工艺流程如图 2所示。

图2 T形桩工艺流程图

(1)搅拌桩机就位、调平,钻头对准桩位。

(2)搅拌喷浆下沉:启动搅拌机,使其钻杆沿导向架向下搅拌切土,同时开启送浆泵向土体喷水泥浆,此时双轴上的多层叶片同时正、反向旋转搅拌直到设计深度。

(3)达到预定设计深度后,在桩端就地持续喷浆搅拌30s以上,使桩端水泥土充分搅拌均匀(下沉喷浆为总浆量的90%～95%以上)。

(4)搅拌、喷浆提升:此时喷浆目的是为了避免喷浆口被堵塞,同时多向、多轴搅拌桩机钻杆上叶片正、反向旋转,继续搅拌水泥土,直到扩大头设计深度。

(5)搅拌提升扩孔:改变内外钻杆的旋转方向,将外钻杆搅拌叶片伸展至扩大头直径,继续搅拌、喷浆提升。

(6)搅拌完毕:搅拌、喷浆提升到地表或设计标高(提升喷浆量为总浆量的 5%～10%以下),完成单根多向多轴搅拌水泥土(水泥砂浆)桩的施工。

4.2 试验参数选择

下钻钻进速度:钻进速度1.0～1.2m/min,转速60～100r/min。

喷浆量不小于 30L/m,下钻喷浆量占总浆量的 90%～95%以上。

提升速度1.5～1.8m/min;,转速80～120r/min。

喷浆量不大于10L/m,提钻喷浆量占总浆量的 10%以下。

浆喷压力0.4～1.0MPa,喷水泥浆采用泥浆泵,浆喷压力采用0.4～0.6MPa,喷水泥砂浆采用砂浆泵,浆喷压力采用0.6～1.0MPa。

配合比:严格按设计配合比拌制浆液,施工应根据浆液浓度、泵送情况实时调整配合比。

5 质量控制措施

施工前应认真检查相关设备及管路系统。设备的性能应满足设计要求。管路系统的密封必须良好,管道必须畅通。钻机就位必须正确,其孔位偏差不得大于 50mm,钻杆垂直度偏差不得大于 1%。钻机开钻前,现场施工员必须进行检查,及时调整。

浆液的拌制严格按设计配合比控制,严格监督浆液的制作,搅拌时间必须达到要求,浆液的密度采用浆液比重计检测,不得采用一只桶边拌边抽的方式施工,在喷浆过程中浆液应连续搅动,防止浆液发生离析,确保成桩质量,每根桩检验的次数不得少于 2次。搅拌机钻头下沉和提升速度、供浆与停浆时间,下钻深度、喷浆高程及停浆面、单桩喷浆量应符合施工工艺的要求,并应有专人记录。多向多轴搅拌水泥土(水泥砂浆)桩到达桩端时,应原位喷浆搅拌 30s,桩底水泥浆与土体充分搅拌均匀,再开始提升搅拌头,确保成桩质量。

成桩过程中,如因故停浆,继续施工时必须重叠接桩,接桩长度不小于0.5m。接桩时间不得大于 24h,否则应重打该桩。施工中若发现喷浆量不足时,应按要求复搅,复喷的喷浆量不小于设计用量。现场各项原始记录必须真实、齐全。

6 结束语

成桩后3d内,采用轻型动力触探(N10)检查桩头每米桩身的均匀性和强度。成桩 7d后,采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆面下 0.5m),目测检查搅拌的均匀性,量测成桩直径。试桩完成28d以后,选择2～3根桩于桩径 1/4处、桩长范围内垂直取芯,观察其完整性、均匀性并拍摄照片,判断成桩效果,每根桩在不同深度处取 3组试验样品作无侧限抗压强度试验。试桩完成 28d以后,在桩身强度满足荷载试验条件时,采用单桩载荷试验验证单桩承载力能否满足设计要求。通过一系列成桩效果质量检验,桩身完整性较好,总体上达到了优良桩水平。

[1] 罗志生.水泥砂浆桩在向莆铁路软基处理工程中的应用[J].江西建材,2009,(6).

[2] 浅谈水泥土搅拌桩加固软土地基[J].路基工程,2006,(1).