水泥搅拌桩处理高速公路软基施工实践

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  摘要:本文结合某高速公路情况,针对该高速公路软基情况,对其采取水泥搅拌桩进行软基处理,以有效地确保公路路基沉降控制,详细地总结了水泥搅拌桩在软土路基中的处理技术,旨在能为同类工程提供参考借鉴。
  关键词:高速公路 软基处理 粉喷桩 试桩工程
  1.工程概况
  本高速公路某标段全线长11.53km,该公路软基主要存在软土问题,针对该公路的软基问题,为了有效地确保公路路基的稳定性,对其采取水泥搅拌桩进行软基处理。本高速公路软基处理所采用的水泥搅拌桩桩共计14498根。
  2.软基处理前施工准备技术
  (1)对软基处理的场地采取平整以及清除障碍物。首先用D60型推土机将整个需要加固的场地推平,并用机械和人工相结合的方法清除地面上的障碍物,局部不平整的地方用人工平整。
  (2)测量放线和桩位定测。通过采用全站仪来测定软基处理范围控制点(线),再用此全站仪和50m钢尺配合测定该范围内的每根桩的中心点位。并请监理工程师复核桩位,复核无误后方可进行下一步工序。
  (3)检查搅拌机就位、对中以及垂直度。搅拌机在自身的步履系统的辅助下,行走至将要施工的桩位处,再通过力轴的操作系统和步履系统复合操作,在对中员的指挥下,使搅拌头的锥尖正好与桩位标记点重合(在同一铅垂线上),完成了搅拌机就位和对中任务。最后通过采取液压系统来调整搅拌机力轴垂直度,以有效地确保其垂直度偏差不大于1.5%。
  3.水泥搅拌桩施工技术
  3.1 预搅下沉
  当桩机就位以及对中检查完成后,通过结合施工设计图纸检查该桩设计长度,同时做好记录。在确保无误的情况下,启动深层搅拌机电机、放松起吊系统(钢丝绳或链式传动系统),使搅拌沿导向架搅拌下沉。整个搅拌下沉速度通过由电气控制装置的电流监测表来采取控制,施工中应当确保工作电流不大于额定值;同时应当控制下沉速度应在1.0m/min--1.2m/min范围之间。结合工程实践,笔者认为对于淤泥层施工的工作电流应控制在25A~30A范围之间,对于砂层施工则控制在30A~40A范围之间,对于粘土层则控制在48A—65A范围之间。同时在预拌下沉过程中,搅拌机不得采用冲水下沉的方法,也严禁采用喷浆下沉的方法,以有效地防止因不同地层的下沉速度不同而产生喷浆量不均匀的现象。在预搅下沉过程中,工作电流突然增加到48A—65A时,下沉速度也减小,说明已进入粘土层,再预搅下沉1米即可达到设计要求。
  3.2 制备水泥浆液
  在深层搅拌机预搅下沉同时,后台拌制水泥浆液。拌制水泥浆液的掺入比应符合设计要求,水泥掺入比为加固土体重量的18%,水灰比为0.45,另外还要加两种外加剂,一种是高效减水缓凝剂FDN-5,其掺入比是水泥用量的0.6%,另一种外加剂是石膏粉(促凝剂),其掺入比是水泥用量的1%。水泥采用425#普通硅酸盐水泥。对于工程中所采用的各种原材料和水应当送检合格。拌制好的水泥浆液应在泵送压浆前倒入集料斗中。拌浆设备采用300L的水泥浆拌和机,以及采用400L的集料斗盛装制备好的水泥浆液。
  3.3 喷浆搅拌提升
  当搅拌桩的桩长达到设计要求时,迅速通知司泵员开启灰浆泵,泵送浆液,当水泥浆液到达喷浆口后,再按设计要求和工艺试桩总结的技术参数开始喷浆搅拌提升。喷浆提升速度应当控制在0.8m/min--1.0m/min范围之内,而且应当采取一边喷浆、一边提升以及一边搅拌。在整个提升施工中,后台供浆必须连续,当出现故障而停浆,则应当必须立即通知前台,同时为了有效地避免断桩和缺浆情况出现,宜将搅拌机下沉至停浆(断浆)点以下0.5米,待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。如因故停机超过3小时,则应当先拆卸输浆管路,并且采取清洗干净,以有效地避免浆液硬结堵管。
  3.4 重复搅拌下沉
  深层搅拌机喷浆提升至设计桩顶标高时,关闭灰浆泵,停止喷浆,再次将深层搅拌机搅拌下沉,下沉至预搅下沉深度时(通过深度计或搭架标尺来判断),迅速通知后台司泵工开启灰浆泵,泵送浆液,中止下沉。
  3.5 二次喷浆搅拌提升
  当水泥浆液到喷浆口后,再次按设计要求和试桩总结的技术参数开始喷浆搅拌提升。提升速度仍控制在0.8m/min--1.0m/min之内。其工艺特点仍是一边喷浆,一边提升,一边搅拌。喷浆必须连续均匀。当深层搅拌机喷浆搅拌提升至设计桩顶标高时,集料斗中按桩长和设计配合比配制的水泥浆液应该正好全部用完,此时应停止提升,再在此标高处继续搅拌数秒,以保证桩头均匀密实。最后慢速搅拌提升,使搅拌头慢慢地提升出地面。
  3.6 施工记录
  在整个深层搅拌桩的施工过程中,应当采取专人负责填写施工记录表;同时在填写《深层搅拌桩施工记录表》时,重点是详细地记录搅拌机每米下沉或提升的时间,记录来浆与停浆的时间,记录浓度误差不得大于5cm,时间误差不得大于5秒钟。司泵工负责填写《深层搅拌桩供灰记录》时,应认真填写拌灰罐数,每罐水泥用量,水泥总用量和外加剂的总用量,还应认真填写泵送浆液的时间,开、停泵时间,总喷浆时间等。最后由专职的施工记录员将上述两种表格内容汇总,填入《深层搅拌桩施工记录汇总表》中。
  3.7 搅拌桩机移位
  对于本工程水泥搅拌桩施工完成后,则可以移动深层搅拌桩机到另一条桩位上,然后重复前述水泥搅拌桩的整个施工工艺过程,进行下一根桩的施工。
  4.软基处理施工质量控制
  本高速公路路基显著的特点是淤泥含水量较高,因此为了有效确保水泥搅拌桩在本工程中的施工质量,本工程对其采取相应的施工技术:
  (1)针对本工程场地地层结构分布不均匀的特点,为了有效地防止搅拌桩在各地层中由于钻进速度不同而导致喷浆量不匀均,因此在施工中采取2喷4搅工艺施工时,完全打破常规水泥搅拌桩施工方法。在选用搅拌下沉时不注浆,而是采取搅拌提升时再注浆。这主要是考虑到在钻进时,淤泥层的钻进速度最快,而砂层和粘土层钻进的速度较慢,如果采用搅拌下沉时注浆的传统工艺施工,那必然会使本来就硬的土层区的注浆量偏多,而本身十分软弱的淤泥层的注浆量反而减少,使得软基处理加固地基的作用不明显,桩身强度的离散性大。因此选用搅拌提升时再注浆的方法施工时,能有效地确保各种土层先挠动,同时提升速度相对均匀、以及注浆量和成桩质量也相对均匀。   (2)施工中为了有效地保证桩头成桩质量,本工程施工时,拟采用桩头座浆搅拌的施工技术措施。桩头座浆的桩长为0.5~0.8米,座浆时间为30秒钟左右。
  (3)本工程为了能准确地反映各根搅拌桩的桩端是否已经达到设计要求地层,即是否达到持力层(粘土层)。通过实地选取几个有代表性的位置,采取先进行补充地勘察,然后准确划分各地层的分布情况和各地层的厚度。再在勘探孔旁边先打试验桩,对照各点的地质勘察资料,观察搅拌桩机施工时在各地层的工作电流变化情况。结合以往成功的工程实践经验,对于淤泥层的工作电流最小,一般为25A~30A;砂层的工作电流居中,一般为30A~40A;残积层(粘土层)的工作电流较大,一般在此地层将发生电工作电流突变,工作电流将突变到48A~65A。通过对照地层桩试验的施工技术措施,能准确地判断桩端是否进入持力层,从而有效地保证本工程成桩质量。
  (4)搅拌水泥浆液的施工技术措施。为了使深层搅拌桩的水泥浆液搅拌均匀,外加剂均匀混合在浆液内,拌制水泥浆时采用先投放自来水,再投放FDN—5和石膏粉两种外加剂,FDN—5的使用量为拟掺入该桶浆中水泥用量的0.6%,石膏粉的用量为水泥用量的1%,充分搅拌40秒~60秒钟后,再投放拟投放的水泥,充分搅拌5~8分钟后方可出料。在出料口处设置一道钢丝网筛,筛网眼尺寸规格为3mm×3mm。过筛后的水泥浆流入集料槽中,再设二次搅拌,二次搅拌既可以用搅拌器(机)搅拌,也可以人工用搅拌棒搅和水泥浆,充分搅拌后方可由浆泵压入搅拌机中进行喷浆搅拌。
  (5)搅拌桩机成桩的施工技术措施。本工程施工不管采用何种型号的深层搅拌桩机施工,都要严格控制搅拌机提升以及下沉的速度,确保速度不能太快,同时结合本工程场地地质结构(地层)特点,要求搅拌下沉的速度不能超过1.2m/min,喷浆提升的速度不能超过1.0m/min。
  5.结语
  在高速公路软基处理中水泥搅拌桩的应用较为广泛,通过采取水泥搅拌桩处理公路软基后,可有效地提高地基承载力以及减小沉降;文章通过围绕搅拌桩在高速公路软基中的施工展开探讨,同时提出其有效质量控制技术,为同类工程提供参考。
  参考文献
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