水泥搅拌桩施工及质量控制

孙永峡

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,成都,610091)

1 工程概况

本段水泥搅拌桩处理属于新建汉宜高速铁路荆州段,桩号为 DK217+262.9m～DK217+315m。水泥搅拌桩桩径0.5m,桩长至硬底以下0.5m,且最小桩长不小于4m,桩间距1.1m,按等边三角形布置,单桩及复合地基承载力分别为58.9kN、173kPa。

2 施工质量控制

2.1 施工准备

平整施工场地。该段原为稻田,地势较平,清除桩位以上的杂草、种植土即可,四周做好排水沟,并挖一蓄水池及沉淀池。

建水泥库。将平整场地的弃土整理成平台,压实并硬化,水泥用彩条布覆盖,能保证库存量,确保水泥的检验周期及防止雨季由于水泥进场困难而导致的停工情况。

在钻头落地的情况下,准确标示出钻杆“零”起点的位置,然后在桩机的钻杆上准确画出每米的深度标示线,并在设计桩长处做醒目标志。

水泥搅拌桩施工机械必须具备良好稳定的性能,所有钻机开钻之前应组织检查验收,电脑记录仪、压力表、密度计等各种仪器仪表必须进行标定。

试桩是寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数,以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。

2.2 施工技术

2.2.1 工艺流程

桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

2.2.2 施工方法

①桩位放样。测量放出桩位轴线和高程,基础的轴线和高程的控制桩,应设置在不受打桩影响的地点,并应妥善加以保护。根据桩位布置图布桩。

②钻机就位。打桩机就位时,应对准桩位,机身垂直,保证施工时不发生倾斜。

③正循环钻进至设计深度。为防止堵管,可带浆下钻,喷浆量应小于总量的1/2,严禁带水下钻。

④第一次提钻喷浆。到达设计高程后,开启浆泵将水泥浆压入地基内,先原地空转几圈后,再边喷浆边提升搅拌,提升速度严格按试桩确定的速度提升。

⑤重复搅拌下沉和提升。为保证水泥浆和土搅拌均匀,将钻机重复搅拌下沉,至设计高程后再提升搅拌。为保证桩头受力后不损坏,在重复搅拌的过程中,可在桩头1m的范围内二次喷浆加固。

⑥成桩结束,移至下一桩位重复②至⑤步骤。

3 现场控制

安排专人负责水泥搅拌桩的施工,全过程旁站水泥搅拌桩施工。现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处,确保人员到位,责任到人。水泥搅拌桩开钻之前,用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象,待水排尽后才下钻。

为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足要求,在主机上悬挂了一吊锤,通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。对每根成型的搅拌桩质量检查,重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求,机械配备了电脑记录仪,同时现场配备了水泥浆比重测定仪,以供监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查水泥浆水灰比是否满足设计要求。

水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时带浆下钻,避免堵管,喷浆量小于总量的1/2。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作,复搅时视情况提高档位。每根桩的正常成桩时间不少于40min,喷浆压力不小于0.4MPa。为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量,第一次提钻喷浆时在桩底部停留30s,进行磨桩端,余浆上提过程中全部喷入桩体,且在桩顶部位进行磨桩头,停留时间为30s。

施工时严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业,储浆罐内的储浆不小于一根桩的用量加50kg。当施工中发现喷浆量不足,要求整桩复搅,复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因喷浆中断时,及时记录中断深度,在12h内采取补喷处理措施,并将补喷情况填报施工记录。补喷重叠段大于100cm,若超过12h采取补桩措施。

现场施工人员认真填写施工原始记录,记录内容应包括:(1)施工桩号、施工日期、天气情况;(2)喷浆深度、停浆标高;(3)灰浆泵压力、管道压力;(4)钻机转速;(5)钻进速度、提升速度;(6)浆液流量;(7)每米喷浆量和外掺剂用量;(8)复搅深度。

4 质量检验

水泥搅拌桩成桩7d,可采用轻便触探法进行桩身质量检验。检验搅拌均匀性用轻便触探器中附带的勺钻,在搅拌桩身中心钻孔,取出桩芯,观察其颜色是否一致,是否存在水泥浆富集的 “结核”或未被搅匀的土团。

触探试验是根据现有的轻便触探击数(N10)与水泥土强度对比关系来分析,当桩身1d龄期的击数N10大于15击时,桩身强度已能满足设计要求;或者7d龄期的击数N10大于30击时,桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m。

水泥搅拌桩成桩28d后,用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位,送实验室做 (3个一组)28d龄期的无侧限抗压强度试验,留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验,以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1%～1.5%。

如果某段或某一桥头水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%,则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求;如果不合格率大于10%小于20%时,则应在该段同等补桩;如果不合格率大于30%,则该段水泥搅拌桩为不合格。

对搅拌桩取芯后留下的空间,应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。

在特大桥桥台或软土层深厚的地方,或对施工质量有怀疑时,可在成桩28d后,由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于桩数的0.2%,且不得少于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。

5 施工质量分析

5.1 桩的质量评定

5.1.1 单桩评定Ⅰ类桩 (优良桩)。①桩长、桩径满足设计要求,整体喷浆均匀,无断浆现象;②复搅段的桩芯完整且连续,呈柱状,复搅段以下,能取出完整的柱状芯样;③桩身上、中、下段强度均满足设计要求。所取芯样的柱状加块片状取芯率大于80%。

5.1.2 单桩评定Ⅱ类桩 (合格桩)。①桩长达到设计要求,整桩喷浆局部不均匀,但无断浆现象;②复搅段的芯样大部分完整,呈现柱状,可制成等高试件做无侧限抗压强度试验,局部松散呈块片状;复搅段以下,能取出芯样,芯样不完整,呈可塑状;③复搅段强度满足设计要求,复搅段以下有一定的强度;所取芯样的柱状加块片状取芯率大于65%;当取芯率小于65%时,标贯击数须大于设计要求。

5.1.3 单桩评定Ⅲ类桩 (不合格桩)。①桩长达不到设计要求;②桩体喷浆不均匀,有断浆现象,复搅段的芯样松散无粘聚,大部分呈块片状,不能制成等高试件;③复搅段以下呈软塑、流塑或取不出芯样,所取芯样的柱状加块片状取芯率小于65%,且标贯击数小于设计要求。

5.2 综合评定

优良单桩评定均为Ⅱ类桩以上,其中I类桩占85%以上,且复合地基承载力满足设计要求,其它指标合格。合格单桩评定均为II类桩以上,其中I类桩应占60%以上,且复合地基承载力满足设计要求,其它指标合格。

5.3 外观鉴定

桩体圆匀,无缩颈和回陷现象,搅拌均匀,凝体无松散。群桩桩顶齐,间距均匀。

6 结语

水泥搅拌桩施工方法适应于处理软弱地基,对于淤泥质土、粉质粘土即饱和性土等软土地基的处理效果显著,工期比较合理,施工时低压操作,安全可靠,少污染,无振动,无噪声,对周围环境及建筑物无不良影响。如增加软土地基的承载力、减少软土地基的压缩量等指标,重点就是控制好水泥搅拌桩的施工质量。

软基处理属于隐蔽工程,一旦被路堤等构筑物所覆盖,便构成隐患且不好检查及补救。所以,必须根据不同地区的地质条件和土质成份,通过试验的办法来确定不同的配合比。对同一地区的总结和不同地区的对比,来不断地积累和总结施工经验,建立有效的施工及其质量监控体系,才能保证工程质量。