水泥搅拌桩配合比设计及应用

中铁二局集团有限公司，四川 成都 610000

1 工程概况

新建铁路玉溪至磨憨线站前工程22 标位于西双版纳勐腊县境内。标段属丘侵蚀剥蚀构造低-中山地貌，地势平缓，地形波状起伏，丘坡上覆土层较厚。上覆第四系全新统人工填土（Q4 m1）粉质黏土，冲洪积（Q4a1+p1）粉质黏土，细砂、粗圆砾土、坡残积（Q4d1+e1）粉质粘土等；下伏基岩为下第三系勐野井组（E1m）泥岩夹砂岩、盐岩含石膏。标段部分路基段采用水泥搅拌桩加固处理，设计桩径0.5m，桩间距1.1m、1.2m，胶凝材掺量不小于土体质量的18%，水泥：粉煤灰4：1，水胶比宜为0.45～0.55；要求28天后单桩承载力不低于100kN，复合地基承载力不低于150kPa，无侧限抗压强度不低于1.2MPa；搅拌桩采用正三角形布置形式，进入持力层不小于0.5m。

2 试配方案及参数确定

按胶凝材料掺量为12%、14%、16%、18%、5%、7%、9%、11%、19%、20%、23%、26%分别做十二个试配实验方案。已知设计搅拌桩直径为0.5m；通过试验取得土体天然含水为：22.6%，土密度为：1970kg/ m3；设定水泥：粉煤灰=4：1，水胶比为：0.5。以方案一胶凝材料掺量为12%时为例计算试配参数如下：

（1）胶凝材料用量=1970×12%=236kg/ m3；

（2）水泥=236×80%=189kg/m3；

（3）粉煤灰=236×20%=47kg/m3；

（4）已知水胶比为0.5，则用水量为：236×0.5=118kg/m3；

（5）因室内试拌与现场施工不一致，现场施工把天然含水加在土体里，室内试拌采用干土，则扣除了天然含水，现将土体里22.6%的含水加入用水量里，则得出：

1970/（1+22.6%）=1607kg/m3

W=236×0.5+1970-1607=481kg/m3

试拌10L，各材料用量为：

水泥=0.189 kg/ L×10L=1.89kg

粉煤灰=0.047 kg/ L×10L=0.47kg

水=0.481 kg/ L×10L=4.81 kg

土=1.970 kg/ L×10L=19.7 kg

每m 各材料用量为：

土体的质量=3.1415×0.25×0.25×1×1970=387kg

胶凝材料的掺量=12%×387=46kg

水泥=46×80%=37kg

粉煤灰=46×20%=9kg

水=46×0.5=23kg

3 水泥搅拌桩试验桩方案

试验桩采用“两喷四搅”施工工艺，打桩机搅拌下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，加至压浆压力，为保证桩底水泥土搅拌均匀、密实，桩底停喷30s 并喷嘴压力达到0.4MPa 后再匀速搅拌提升搅拌头。提升过程中始终保持送浆连续，中间不得间断，保持注浆泵压力为0.5MPa，提升速度控制在1.5m/min 左右，搅拌速度控制在40r/min，上升至桩头后持续搅拌30s，并搅拌喷浆至桩顶以上30cm。从开始提升至桩顶搅拌30s 结束，并记录钻桩时间［1］。

4 水泥搅拌桩试验桩检测

4.1 检测方案

综合现场情况确定采用单桩竖向抗压静载试验确定单桩竖向抗压承载力极限值，采用复合地基静载试验评判复合地基承载力特征值能否满足设计要求，采用无侧限抗压试验确定桩身强度。检测点位设置从最少水泥用量试桩组开始，逐步向高一等级水泥用量推进。

4.2 检测方法及操作

4.2.1 单桩静载检测

①加载分级：每级加载约为预估极限荷载的1/10，第一级按2 倍分级荷载加载。②沉降观测：每级加载后5、10、15min各测读一次，以后每隔15min 测读一次，累计1h 后每隔30min测读一次。③沉降相对稳定标准：每一小时的沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次（由1.5h 内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。④卸载与卸载沉降观测：每级卸载值为每级加载值的2 倍。每级卸载后隔15min 测读一次残余沉降，读两次后，隔30min 再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔3h 再读一次。

4.2.2 复合地基静载检测

（1）加、卸载等级划分：加载分8 级、卸载共分4 级进行。

（2）沉降观测：每加一级荷载，按10、10、10、15、15min读记压板沉降一次，以后按每半小时读记一次。

（3）沉降相对稳定标准：当1h 内沉降量小于0.1mm 时，并连续出现两次，认为该级已达到相对稳定，可进行下一级加载。

（4）卸载级数可为加载级数的一半，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。

4.3 检测结果

水泥搅拌桩试桩现场检测结果为：单桩竖向抗压静载力试验3 点（73kg/m 级胶材用量为19%的试桩1 根、77kg/m 级胶材用量为20%的试桩2 根）；复合地基静载力试验3 点（73kg/m 级胶材用量为19%的试桩2 根、77kg/m 级胶材用量为20%的试桩1 根），无侧限抗压试验3 根（73kg/m 级胶材用量为19%的试桩1 根、77kg/m 级胶材用量为20%的试桩1 根、89kg/m 级胶材用量23%的试桩1 根）。

根据规范要求取s/b ＝0.008 所对应的压力，各试验点复合地基承载力特征值应取s=8.8mm时所对应的荷载。本次试验选取3 根搅拌桩进行钻芯取样，桩号为90-8#、90-15#、90-17#，分别对应的胶材用量为73kg/m、77kg/m、89kg/m。现场观察芯样较完整、连续、均匀。每根桩截取上、中、下部芯样进行室内无侧限抗压，抗压强度代表值分别为2.0MPa、2.3MPa、2.5MPa，满足设计要求。

5 结论

玉磨铁路水泥搅拌桩严格按照配合比设计与施工工艺实施试验桩，以19%、20%、23%掺量试验桩检测结果验证了配合比参数和施工工艺。检测结果均满足设计要求，证明了配合比设计科学合理，为后续水泥搅拌桩大面积施工应用提供了可靠依据，大幅降低了工程造价成本，实现了资源利用率，同时确保了工程质量。