论文部分内容阅读
威海市南海新区建设局 山东威海 264400
摘要：在软土路基施工中采用水泥搅拌桩技术进行软土施工处理，可以有效降低路基的总沉降量、增加市政带路的荷载承受能力、提高抗竖向变形能力及减少工期等，现阶段大量市政工程施工建设中都采用了这种施工方式。本文首先分析了水泥搅拌桩处理软土路基作用机理，然后详细阐述了水泥搅拌桩处理市政软土路基技术要点，最后探讨了水泥搅拌桩施工控制要点及特殊情况的处理。
关键词：水泥搅拌桩；软土路基；试桩；喷浆；搅拌
一、水泥搅拌桩处理软土路基作用机理
在软弱地基上进行施工时，最好的方法就是对软土地基进行加固，最大限度的利用原状土的承载力或其他力学性能，水泥搅拌桩既是这种原位的加固方法。具体加固机理如下：
（一）水泥的水解和水化反应
水泥加固土的物理化学反应过程，是通过专用机械设备——深层搅拌机械将固化剂（水泥）灌入需处理的软土地层内，并在灌注过程中充分搅拌，使水泥与土发生化学反应，形成凝胶体，将土颗粒凝结在一起形成一种稳定的结构整体，这就是水泥骨架作用，同时，水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子进行离子交换作用，生成稳定的钙离子，从而进一步提高土体的强度，达到提高其复合地基承载力的目的。
（二）粘土颗粒与水泥水化物的作用
水泥的各种水化物生成后与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生化学反应。这些新生成的化合物在水中和空气中逐渐硬化，而增大了水泥的强度。由于其结构较致密，水分难于侵入，从而使水泥土具有足够的水稳定性。
二、水泥搅拌桩处理市政软土路基技术要点
（一）施工准备
1、施工机械准备
目前水泥搅拌桩在市政软基处理中最常用的施工机械主要有钻机、粉浆机及压缩机。水泥搅拌桩成桩的主要机械就是钻机，这种机械的主要应用功能为动力大、操作方便、能在速度不同的情况下进行均匀地正向钻进或反向提升，同时还可以全方位地自行移动。作为浆体材料定量发送的主要机械设备，喷浆设备的组成部分分别为储灰罐、发送装置及计量控制装置等，这些部件都是市政软基处理的关键性施工设备。压缩机可以提供一定压力气源给水泥搅拌桩进行有效施工，促使水泥浆液突破喷浆口土体阻力向软土内进行喷洒。
2、施工设备及材料检测
在公路软基处理施工中每台桩机一定要配置相应的记录器，其主要功能为对每米樁身喷浆量进行记录及有效控制，在记录器上必须自动准确地对操作时间、深度、喷浆量、桩位编号、复搅深度、复搅次数等参数进行详细记录。必须标定桩机上的气压表、转速表、电流表、电子称等，当发现仪表不符合施工规定及质量不合格是可以更换仪表，只有这样才能确保施工的质量。分别把两个0.5kg 的吊线锤设置在桩机钻架两个垂直的面上，同时将垂直线画上。将钻进刻度线画在每台桩机的钻架上，明确标明其深度。
水泥搅拌桩所使用的施工材料主要就是水泥，在施工前必须在试验室对施工采用的水泥进行抽样检测。确保其符合施工要求时，才能施工。在水泥等施工原料的选择中，施工企业必须选择产量多、质量稳定的大规模水泥生产厂家。在存放水泥过程中，必须确保存在地点与防雨、防潮等施工要求相符合，杜绝在施工中使用过期、受潮等质量不合格的水泥。
3.水泥搅拌桩设计
（1）强度控制标准。设计要求施工完后，水泥搅拌桩桩身28d后的无侧限抗压强度不小于1.3MPa，单桩复合地基承载力不小于130KPa。
（2）水泥搅拌桩孔位布置。水泥搅拌桩孔位按正方形分布，桩直径为50cm，桩间距为0.8m～1.2m。
（3）水泥搅拌桩桩深设计。根据钻孔地质资料，设计暂定桩长9.5m，实际桩长以打到砂砾持力层为准。实际施工中，桩长在8.2m～11.3m之间，以9m左右最多。
（二）试桩
在进行大规模施工前需要进行试桩，通过试桩可以对搅拌桩施工过程中的各项最佳参数进行确定，对大规模施工具有较强的指导作用。对于需要进行试桩的数量则需要按照设计要求来进行确定，试验完成后要对地基土进行实验，而且需要桩身在28小时内侧向抗压强度小于设计要求，当试验检验合格后才说明试桩成功，才可以进入水泥搅拌桩的大规模施工阶段。
因此，现场安排9根桩进行试桩，取得如下施工参数：钻进速度V≤1.5m/min；提升速度V≤0.8m/min；搅拌转速V=30r/min；喷浆管道压力0.4MPa～0.7MPa；钻进复搅与提升时管道压力0.1MPa≤P≤0.2MPa；搅拌钻头穿越淤泥层时电流表读数为15A～25A，进入砂砾层时，突变为50A～75A。
（三）水泥搅拌机械安装、就位
现场拼装钻机、就位，对于首次进入施工现场时，则需要对桩机的各种仪表、测量仪和打印机进行标定，而且施工过程中要进行反复的检查施工过程中要特别注意钻头叶片磨损的程度，对于磨损超过规定限度的要对其进行及时补焊，从而使桩体的桩径得到保证，在移动钻机过程中，要确保孔位的正确，保持钻杆轴线和钻孔中心位置垂直，倾斜度不允许超过规定值。
（四）搅拌、喷浆
钻机启动后，钻杆则需要保持匀速、持续的下沉状态，在下沉过程中进行的搅拌切土，同时还要开启送浆泵，这样就边旋转搅拌边向土体内喷浆，直到设计的深度，而到达这个深度后则需要在这个位置停留三十秒以上，使其持续喷浆，从而确保水泥浆和土体能够充分的进行搅拌。
（五）提升搅拌
利用搅拌机提升，不仅可以有效的避免喷浆口出现被堵塞的情况，而且可以达到继续的混凝土水泥土的目的，而到搅拌机提升到桩顶时，需要在原位的搅拌二分钟以上。
（六）检测
水泥搅拌桩成桩七天左右，将桩头浅开挖约 1.5m，对搅拌桩的质量进行检测，同时采用触探仪对桩体直径进行测量及质量进行检测。水泥搅拌桩成桩三周左右时，芯样位置控制在桩径 1/4 处及桩长范围内，并对桩体的完整性等进行有效检验，芯样的无侧限抗压强度要与设计要求相符合。将芯样取出后采用水泥砂浆灌注将孔洞进行封闭。 三、水泥搅拌桩施工控制要点及特殊情况的处理
（一）施工控制要点
1、水泥搅拌桩开钻之前，先用水清洗整个管道，使整个管道畅通无阻，无堵塞情况，清洗后等水排尽后方可下钻。
2、桩机就位后，必须平整，仔细调整桩深垂直度，保证施工过程中不发生倾斜，移动，倒塌等，使搅拌轴保持垂直满足规范要求。
3、施工过程中，现在施工人员应做好施工记录，认真记录各项参数包括天气情况，施工日期，施工桩号，该桩各项技术参数及施工过程中遇到了各项问题及处理办法。
4、水泥搅拌配合比：必须严格按照设计要求配置浆液，施工中做好计量工作，水泥浆不能发生离析，必须连续泵送，配置专人进行记录。
5、泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。泵送浆液过程中，泵的压力必须保证足够稳定，供浆不能间断必须连续进行，拌和必须均匀。如遇到浆液硬结堵管，必须立即拆卸输浆管道，清洗干净。
6、为保证水泥搅拌桩是施工质量，施工过程中第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s缓慢钻进，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。
7、为确保桩体水泥摻入时均匀、连续，要求前台与后台操作人员相对固定、密切配合。后台供浆停机时，应及时通知前台以防止断桩和缺浆。
（二）特殊情况处理
1、在钻进过程中，当卡管时，采取实行慢速钻进；提出钻头，改进钻头；钻进位置较浅时，改用其他方法疏松土层后再钻；如果是提升钻杆时卡钻，则暂停喷浆，待正常后再复喷等措施。
2、在喷浆过程中，噴浆不畅或堵塞时，应该采用检查灰浆泵运行情况，调整喷浆压力；提出钻头清理喷嘴；清除固化料中的杂物和大颗粒；喷浆不畅时，操纵喷浆阀门由关到开，由开到关，反复多次等方法处理。
3、当搅拌机遇到较大阻力下沉困难时，出现电机跳闸等情况，这是排除电压低的原因外，则可能是由于圭质硬或是遇到石块所导致的，需要利用冲水或是挖除石块等措施来进行处理。
4、对于土质粘性较大的情况，这时搅拌机自身的重量则无法使其沉到设计的深度，在这种情况下，则需要对搅拌机的自重进行增加，或加设加压装置来加快搅拌机下深的速度。
5、如果在投料时不准确，则会导致灰浆泵出现漏浆及输浆量大的情况发生，这样则会导致没达到设计高程时浆液已全部喷空，所以需要对其投料量、输浆量进行重新设定。
6、当搅拌加水过量或输浆管部分堵塞时，会导致剩浆过多，此时要采取重新标定用水量和清洗输浆管的措施来解决。
参考文献：
[1]李睿，张海霞.水泥土搅拌桩在高速公路软基处理中的应用[J].露天采矿技术.2011（04）
[2]林勋祝，杨培弘.深层水泥搅拌桩在高速公路软土路基处理中的应用[J].四川建材.2008（04）
摘要：在软土路基施工中采用水泥搅拌桩技术进行软土施工处理，可以有效降低路基的总沉降量、增加市政带路的荷载承受能力、提高抗竖向变形能力及减少工期等，现阶段大量市政工程施工建设中都采用了这种施工方式。本文首先分析了水泥搅拌桩处理软土路基作用机理，然后详细阐述了水泥搅拌桩处理市政软土路基技术要点，最后探讨了水泥搅拌桩施工控制要点及特殊情况的处理。
关键词：水泥搅拌桩；软土路基；试桩；喷浆；搅拌
一、水泥搅拌桩处理软土路基作用机理
在软弱地基上进行施工时，最好的方法就是对软土地基进行加固，最大限度的利用原状土的承载力或其他力学性能，水泥搅拌桩既是这种原位的加固方法。具体加固机理如下：
（一）水泥的水解和水化反应
水泥加固土的物理化学反应过程，是通过专用机械设备——深层搅拌机械将固化剂（水泥）灌入需处理的软土地层内，并在灌注过程中充分搅拌，使水泥与土发生化学反应，形成凝胶体，将土颗粒凝结在一起形成一种稳定的结构整体，这就是水泥骨架作用，同时，水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子进行离子交换作用，生成稳定的钙离子，从而进一步提高土体的强度，达到提高其复合地基承载力的目的。
（二）粘土颗粒与水泥水化物的作用
水泥的各种水化物生成后与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生化学反应。这些新生成的化合物在水中和空气中逐渐硬化，而增大了水泥的强度。由于其结构较致密，水分难于侵入，从而使水泥土具有足够的水稳定性。
二、水泥搅拌桩处理市政软土路基技术要点
（一）施工准备
1、施工机械准备
目前水泥搅拌桩在市政软基处理中最常用的施工机械主要有钻机、粉浆机及压缩机。水泥搅拌桩成桩的主要机械就是钻机，这种机械的主要应用功能为动力大、操作方便、能在速度不同的情况下进行均匀地正向钻进或反向提升，同时还可以全方位地自行移动。作为浆体材料定量发送的主要机械设备，喷浆设备的组成部分分别为储灰罐、发送装置及计量控制装置等，这些部件都是市政软基处理的关键性施工设备。压缩机可以提供一定压力气源给水泥搅拌桩进行有效施工，促使水泥浆液突破喷浆口土体阻力向软土内进行喷洒。
2、施工设备及材料检测
在公路软基处理施工中每台桩机一定要配置相应的记录器，其主要功能为对每米樁身喷浆量进行记录及有效控制，在记录器上必须自动准确地对操作时间、深度、喷浆量、桩位编号、复搅深度、复搅次数等参数进行详细记录。必须标定桩机上的气压表、转速表、电流表、电子称等，当发现仪表不符合施工规定及质量不合格是可以更换仪表，只有这样才能确保施工的质量。分别把两个0.5kg 的吊线锤设置在桩机钻架两个垂直的面上，同时将垂直线画上。将钻进刻度线画在每台桩机的钻架上，明确标明其深度。
水泥搅拌桩所使用的施工材料主要就是水泥，在施工前必须在试验室对施工采用的水泥进行抽样检测。确保其符合施工要求时，才能施工。在水泥等施工原料的选择中，施工企业必须选择产量多、质量稳定的大规模水泥生产厂家。在存放水泥过程中，必须确保存在地点与防雨、防潮等施工要求相符合，杜绝在施工中使用过期、受潮等质量不合格的水泥。
3.水泥搅拌桩设计
（1）强度控制标准。设计要求施工完后，水泥搅拌桩桩身28d后的无侧限抗压强度不小于1.3MPa，单桩复合地基承载力不小于130KPa。
（2）水泥搅拌桩孔位布置。水泥搅拌桩孔位按正方形分布，桩直径为50cm，桩间距为0.8m～1.2m。
（3）水泥搅拌桩桩深设计。根据钻孔地质资料，设计暂定桩长9.5m，实际桩长以打到砂砾持力层为准。实际施工中，桩长在8.2m～11.3m之间，以9m左右最多。
（二）试桩
在进行大规模施工前需要进行试桩，通过试桩可以对搅拌桩施工过程中的各项最佳参数进行确定，对大规模施工具有较强的指导作用。对于需要进行试桩的数量则需要按照设计要求来进行确定，试验完成后要对地基土进行实验，而且需要桩身在28小时内侧向抗压强度小于设计要求，当试验检验合格后才说明试桩成功，才可以进入水泥搅拌桩的大规模施工阶段。
因此，现场安排9根桩进行试桩，取得如下施工参数：钻进速度V≤1.5m/min；提升速度V≤0.8m/min；搅拌转速V=30r/min；喷浆管道压力0.4MPa～0.7MPa；钻进复搅与提升时管道压力0.1MPa≤P≤0.2MPa；搅拌钻头穿越淤泥层时电流表读数为15A～25A，进入砂砾层时，突变为50A～75A。
（三）水泥搅拌机械安装、就位
现场拼装钻机、就位，对于首次进入施工现场时，则需要对桩机的各种仪表、测量仪和打印机进行标定，而且施工过程中要进行反复的检查施工过程中要特别注意钻头叶片磨损的程度，对于磨损超过规定限度的要对其进行及时补焊，从而使桩体的桩径得到保证，在移动钻机过程中，要确保孔位的正确，保持钻杆轴线和钻孔中心位置垂直，倾斜度不允许超过规定值。
（四）搅拌、喷浆
钻机启动后，钻杆则需要保持匀速、持续的下沉状态，在下沉过程中进行的搅拌切土，同时还要开启送浆泵，这样就边旋转搅拌边向土体内喷浆，直到设计的深度，而到达这个深度后则需要在这个位置停留三十秒以上，使其持续喷浆，从而确保水泥浆和土体能够充分的进行搅拌。
（五）提升搅拌
利用搅拌机提升，不仅可以有效的避免喷浆口出现被堵塞的情况，而且可以达到继续的混凝土水泥土的目的，而到搅拌机提升到桩顶时，需要在原位的搅拌二分钟以上。
（六）检测
水泥搅拌桩成桩七天左右，将桩头浅开挖约 1.5m，对搅拌桩的质量进行检测，同时采用触探仪对桩体直径进行测量及质量进行检测。水泥搅拌桩成桩三周左右时，芯样位置控制在桩径 1/4 处及桩长范围内，并对桩体的完整性等进行有效检验，芯样的无侧限抗压强度要与设计要求相符合。将芯样取出后采用水泥砂浆灌注将孔洞进行封闭。 三、水泥搅拌桩施工控制要点及特殊情况的处理
（一）施工控制要点
1、水泥搅拌桩开钻之前，先用水清洗整个管道，使整个管道畅通无阻，无堵塞情况，清洗后等水排尽后方可下钻。
2、桩机就位后，必须平整，仔细调整桩深垂直度，保证施工过程中不发生倾斜，移动，倒塌等，使搅拌轴保持垂直满足规范要求。
3、施工过程中，现在施工人员应做好施工记录，认真记录各项参数包括天气情况，施工日期，施工桩号，该桩各项技术参数及施工过程中遇到了各项问题及处理办法。
4、水泥搅拌配合比：必须严格按照设计要求配置浆液，施工中做好计量工作，水泥浆不能发生离析，必须连续泵送，配置专人进行记录。
5、泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。泵送浆液过程中，泵的压力必须保证足够稳定，供浆不能间断必须连续进行，拌和必须均匀。如遇到浆液硬结堵管，必须立即拆卸输浆管道，清洗干净。
6、为保证水泥搅拌桩是施工质量，施工过程中第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s缓慢钻进，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。
7、为确保桩体水泥摻入时均匀、连续，要求前台与后台操作人员相对固定、密切配合。后台供浆停机时，应及时通知前台以防止断桩和缺浆。
（二）特殊情况处理
1、在钻进过程中，当卡管时，采取实行慢速钻进；提出钻头，改进钻头；钻进位置较浅时，改用其他方法疏松土层后再钻；如果是提升钻杆时卡钻，则暂停喷浆，待正常后再复喷等措施。
2、在喷浆过程中，噴浆不畅或堵塞时，应该采用检查灰浆泵运行情况，调整喷浆压力；提出钻头清理喷嘴；清除固化料中的杂物和大颗粒；喷浆不畅时，操纵喷浆阀门由关到开，由开到关，反复多次等方法处理。
3、当搅拌机遇到较大阻力下沉困难时，出现电机跳闸等情况，这是排除电压低的原因外，则可能是由于圭质硬或是遇到石块所导致的，需要利用冲水或是挖除石块等措施来进行处理。
4、对于土质粘性较大的情况，这时搅拌机自身的重量则无法使其沉到设计的深度，在这种情况下，则需要对搅拌机的自重进行增加，或加设加压装置来加快搅拌机下深的速度。
5、如果在投料时不准确，则会导致灰浆泵出现漏浆及输浆量大的情况发生，这样则会导致没达到设计高程时浆液已全部喷空，所以需要对其投料量、输浆量进行重新设定。
6、当搅拌加水过量或输浆管部分堵塞时，会导致剩浆过多，此时要采取重新标定用水量和清洗输浆管的措施来解决。
参考文献：
[1]李睿，张海霞.水泥土搅拌桩在高速公路软基处理中的应用[J].露天采矿技术.2011（04）
[2]林勋祝，杨培弘.深层水泥搅拌桩在高速公路软土路基处理中的应用[J].四川建材.2008（04）