水泥搅拌桩在高速公路深层软基加固工程中的应用

张建峰

前言

作为影响国民经济增长的重要因素，为推动社会经济的快速发展，必须重视交通基础设施建设，加大投资力度，特别是高速公路建设。在高速公路建设施工中，因涉及路线长、范围广，往往存在较多软土地基路段，为此，相关施工单位必须重视软土地基加固技术的选择，并有效结合施工现场具体情况，选择与之相适应的加固技术，如水泥搅拌桩技术，该技术具有良好的软基加固效果，为此在高速公路软基处理中得到了广泛地应用。本文主要对水泥搅拌桩加固机理、高速公路深层软基加固工程中水泥搅拌桩的施工准备、施工流程及质量控制进行了分析与探究。

一、水泥搅拌桩加固机理

相比混凝土硬化机理，水泥加固土物理化学反应过程与其存在极大的区别。混凝土硬化水解及水化反应主要是在粗填充料内进行，因此具有较快的凝结速度。但水泥加固土中忙音具有较小水泥掺量，水泥水解与水化反应可围绕土进行，因此，相比混凝土，水泥加固土具有较为缓慢的强度增长过程。氧化钙、二氧化钙及三氧化二铝等为普通硅酸盐水泥的重要组成部分。软土选用水泥加固时，水泥颗粒表面的矿物能够和软土内的水及时产生水解与水化反应，进而产生能够快速溶于水的氢氧化钙及含水硅酸钙，促使重新暴露出水泥颗粒表面，并和水再次产生反应，以此保证附近水溶液出现饱和状态，产生胶体。

作为软基处理的一种有效形式，水泥搅拌桩的固化剂主要成分为水泥，其作业原理就是选用搅拌桩机箱土体内进行水泥喷射，并进行均匀拌和，促使水泥和土之间产生各种反应，以此达到硬结软土及提升路基强度的作用。

二、工程案例

某高速公路具有较为复杂的地质情况，具有较多深层软基。按照设计规定，可选用水泥搅拌桩、塑料排水板及刚性预应力管桩三种施工方式进行深层软基处理其中水泥搅拌桩具有较大的工程量，50厘米为设计桩径，6到8米为处理深度，这也是软基处理的重要内容。

三、高速公路深层软基加固工程中水泥搅拌桩的施工准备

1、材料准备

选用普通硅酸盐水泥（32.5）作为水泥搅拌桩施工材料，为计量控制提供便利，可选用袋装水泥。应用前期，必须向中心实验室或监理工程师选定的实验室进行水泥样品的检验。加固料进场后，必须进行防雨料库的设置，避免使用过程中出现受潮、结块及变质材料。

2、机械准备

将电脑记录仪与打印机等合理配置到水泥搅拌桩施工机械组合中，为水泥浆用量、均匀喷浆情况进行有效控制。根据机械设备工作性能，进行水泥搅拌桩机械的选定，在钻机开启前，必须经监理工程师等负责人对钻机各项参数进行确定。钻機、粉喷机与空压机为水泥搅拌桩施工机械。钻机必须具有较大动力、能够灵活操作。根据不同速度进行正向均速钻进，反向提升，能够灵活移动。作为定量发送粉体材料的设备，喷浆机的组成部分包含储灰池、发送装置等。施工过程中完成桩机设备装配后，可遵循相应工作操作流程，对其桩位进行确定。

四、高速公路深层软基加固工程中水泥搅拌桩的施工流程

水泥搅拌桩技术作为高速公路深层软基加固施工的重要组成部分，其技术水平的高低将直接影响到高速公路工程的整体质量，甚至影响到公路事业的可持续发展。为此，在高速公路深层软基施工中，相关部门及施工单位必须重视水泥搅拌桩施工，规范施工流程，采取科学有效的措施，有效提升施工质量，实现公路建设的社会效益与经济效益。其施工流程如图1所示。

图1 水泥搅拌桩软基加固施工流程图

1、场地清理

清理高速公路深层搅拌桩施工场地，选用较为平整的场地，选用质量合格的黏土进行低洼位置回填，其具有较少杂质含量。地面积水在施工前期及时排出，同时应进行路面杂物清理干净，防止混合料内掺入杂物，并确保工程便道的畅通性。

2、测量放样

现场交接桩完成后，应测量中线并进行桩位放线。测量偏差应与施工规定相符合。

3、钻机就位

先进行架立水泥搅拌桩机组装，并对主机各部位联接、喷浆系统等调试安装工作进行检查，同时对灰池管路密封性等进行确定，在钻机组装就位后，应调试及稳固钻机，灰池料满后，必须密封进料口，避免各种不良现象的出现。按照测量结果进行粉喷桩钻孔对位施工，将其偏差控制在合理范围内。喷粉前对钻孔施工中的钻杆长度进行检查，确保粉喷桩长度符合施工规定，钻杆倾斜度必须控制在1%以下。

4、喷粉、搅拌、提升

利用计量装置进行喷粉量有效控制的过程为喷粉。要求具体喷粉量在设计喷粉量以上，并对加固料质量进行随时检查，避免受潮、结块等情况的出现。输浆泵开启后，当浆液由喷嘴喷出时，应及时将桩机启动。可同时进行送浆与搅拌作业，并向土层钻进，确保其达到卵石层，随后进行1到2分钟旋转喷射，在均匀搅拌后，才能进行提升作业，应严格控制提升速度。应进行2次重复搅拌下沉及提升，每分钟搅拌提升速度可控制在0.9到1.1米之间，每分钟转速可控制在60r到70r范围内，并在1到1.5Mpa范围内有效控制喷射压力，每分钟喷浆量则定为25到35升。水泥土混合料在配合比试验过程中，可选用多种土质的水泥进行制作，室内标准养护应在圆柱型石坚制成后进行。通常在完成配合比试验后进行，根据该工程施工情况，一般选用“两搅一喷”与“四搅四喷”作为水泥搅拌桩施工的工艺性试桩方式，其中本工程设计工艺为“两搅一喷”，在搅拌机冷却水循环正常后，进行预搅拌下沉施工，分为4档进行下沉施工，每分钟将其下沉速度控制在0.73米内，沉至试桩深度确定后，可进行提升施工。选用3档进行提升施工，每分钟提升速度控制在0.45米左右，向地面位置提升后，再反复进行该工序。其搅拌方式如图2所示。

图2 水泥土搅拌法施工工艺流程

5、成桩

喷粉成桩施工中，如出现意外必须及时停止喷粉作业，第二次喷粉接桩时，要求喷粉重叠长度在1米以上，并随时检查成桩的直径，保证成桩直径在设计直径以上。喷粉停灰面必须进行标高的严格控制，以此保证粉喷桩长符合施工要求。

6、制浆打桩

桩点通过小木桩进行定制，在钻机调平后，应确保钻杆垂直度在1%以下。搅拌钻机启动后，应对钻进速度进行有效控制，确保每分钟钻进速度在1.2米以下。粘土层穿越时，每分钟钻进速度必须控制在0.8米以下，钻进50米后，开动空压机喷压缩空气，避免钻进时对喷浆口产生堵塞现象，并利用空气压缩对负载扭矩现象进行有效降低，以提升钻进施工的质量。制浆施工中，根据水泥搅拌桩单桩的需求，必须确保水泥浆量符合施工要求，为稳定每根桩的掺合比及浆量充足，每根桩正常成桩时间必须控制在40分钟以下，喷浆压力必须控制在0.5mpa以下。

7、钻机移位

施工人员通过对液压操纵杆的控制，向指定桩位进行钻机移位，并对以上施工流程进行重复，随后顺利施工下一桩。

四、高速公路深层软基加固施工中水泥搅拌桩的质量控制

1、施工前期遵循施工规定，通过小木桩标定每根桩的桩位，施工过程中，要求钻头与定位小木桩对准，确保在施工允许范围内合理控制桩位偏差。搅拌施工中，要求匀速进行，一般遵循土层具体情况或施工现场实际情况进行有效控制。成桩施工中，钻头提升速度应结合喷灰量进行有效控制，确保掺加水泥的量符合施工规定。并准确标定计量装置，并定期校验其准确性。

2、桩体质量提升的主要方式就是复钻搅拌，应在允许范围内，对其进行合理复钻搅拌，以此充分搅拌及压实水泥土。钻机转盘在整个钻进及提升过程中，必须保持水平，垂直机架、平稳机身，将桩体垂直度偏差控制在允许范围内。通过室内试验确定水泥质量符合施工要求后才能使用。应连续进行送灰作业，避免停断情况的出现。要求钻孔深度与直径在设计要求以上。同时做好施工原始记录工作，如出现任何问题，都应在该记录内得到充分反映，如水泥搅拌桩施工不符合施工规定，必须及时选用合理方式进行施工。

五、结束语

综上所述，近年来，随着社会经济发展速度的不断提升对公路工程建设提出了新要求，要求通过创新体制、完善政策，进一步提升基础工程建设力度。水泥搅拌桩技术作为高速公路深层软基加固工程施工的重要方式，其施工效果是否良好直接影響着高速公路工程的整体质量，为此，施工单位必须重视水泥搅拌桩技术的应用，在规范施工工艺的同时，不断改进技术，提高高速公路建设的整体质量，推动交通经济的高速发展，为国民经济增长提供一份力量。