康凯
中铁北京工程局集团北京102300
摘要：水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土和砂土地基的一种方法,它将水泥作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处将软土和固化剂进行强制搅拌,利用固化剂和砂土之间所产生的一系列物理化学反应,使软砂土结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。水泥土搅拌桩在施工过程中很容易受到施工材料、施工机具、施工方法、地区环境特点等诸多因素的影响,因此产生了一些质量通病,给工程带来安全隐患。
关键词：水泥土搅拌桩；地基工程；质量通病；及预防措施
1工程实例
根据某铁路工程的施工建筑进行举例，该工程路基位于某冲击平原，砂土层厚度15米至31米不等，需处理软基路段全长17.3km。根据各种地基加固处理技术的分析之后，对于施工現场的土壤土质情况较为适合是水泥土搅拌桩技术，而且水泥土搅拌桩施工处理技术更加安全，施工的工序较为简单，可以有效的保证施工的时间，并且成本较少满足施工要求。最终设计搅拌桩施工长度1211185米。
2场地工程地质条件
经过对施工现场的调查报告，以及对施工的土质进行分析，需要注意的施工内容包括以下几点：（1）土质成分为粉细砂土，分布较为均匀厚度大致在22.5m，其承载力为fak=55kPa。（2）施工的现场由于地下水资源较为丰富，有一些淤泥存在大多为深褐色和褐色，通过对淤泥的检测发现淤泥大多为流塑状，其中的有机物质含量较少，不均匀分布在施工现场。（3）而且施工现场还有一定的粉质粘土，在现场平均分布。
3水泥土搅拌桩地基工程质量通病
3.1干法施工桩顶强度低
3.1.1现象
土方开挖后,桩顶部分水泥土呈粉状剥落。
3.1.2原因分析
桩顶在地下水位以上,喷入的水泥粉与沙子没有搅拌均匀,没有充分的水分促进水泥和土的水解水化反应。
3.2附加沉降量超出设计要求
31.2.1现象
地基未达到满荷载时,就出现较大沉降。
3.2.2原因分析
1)桩端没有座浆,浆液没有完全浸入桩端泥土桩端土已被搅拌头长的一轴搅松,且无充分的水泥浆液与之搅拌均匀。2)桩端没有增加搅拌时间,水泥土搅拌不均匀桩端水泥土强度差。3)停浆后恢复输浆前没有把搅拌轴下降0.5m,发生断桩所致。
4预防措施
4.1合理选择施工材料
4.1.1水泥
选用32.5级以上的普通硅酸盐水泥。
4.1.2外加剂
1)早强剂选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等材料,掺入量宜分别取水泥重量的0.05%、2%、0.5%、2%。2)减水剂可选用木质素磺酸钙,其掺入量宜取水泥重量的0.2%。3)石膏有缓凝和早强作用,其掺入量宜取水泥重量的2%。
4.2合理选择搅拌机械设备
4.2.1湿法施工机械
1)搅拌机、存浆桶:拌浆机以立式为宜,出浆孔在机身下部,拌浆翼片以双层多头为宜。存浆桶置于拌浆机下方,出口处配置过滤设备,存浆桶内装单层搅拌翼片,浆储入后,翼片不断转动以防止浆液沉淀。2)搅拌机应具备调速提升和自动计量喷浆装置。3)灰浆泵应有压力表和输浆流量泵装置,确保输浆压力和输浆量符合设计要求。
4.2.2干法施工机械(粉喷桩机)
1)粉罐前应有筛分装置,可把水泥内的杂物筛出,粉罐应有调节喷灰量的装置。2)应能调节搅拌轴转速和搅拌轴的提升。3)喷粉气压装置和喷粉流量装置应正确、灵敏。
4.3做好施工准备工作
1)施工现场事先应予整平,必须清除地上、地下的一切障碍物。潮湿和场地低洼时应抽水和清淤,并分层夯实回填黏性土料,不得回填杂填土或生活垃圾。开机前必须系统地调试成套机械设备,检查机械运转是否正常、计量装置是否正确和输料管的畅通情况。2)作为承重水泥土搅拌桩施工时,设计停浆面应高出基础底面标高300~500mm,在开挖基坑时,应用手工挖除该施工质量较差段,以防止发生桩顶与挖土机械碰撞断裂的现象。3)为保证水泥土搅拌桩的垂直度,要注意起吊搅拌设备的平整度和导向架的垂直度,水泥搅拌桩的垂直度应控制在≤1.5%范围内,桩位布置偏差不得大于50mm,桩径偏差不得大于4D%(D为桩径)。
4.4合理控制施工过程
42.4.1干法施工质量控制
1)干法施工程序:桩架就位→正旋钻头喷气下沉预搅地基土到桩端设计标高→反旋钻头喷水泥粉搅拌提升至设计停灰面,在桩头、桩端等关键部位应复喷和复搅→测量检查料罐喷出的粉量,对喷粉量不到设计要求的桩位应立即复喷复搅→桩机移至下一桩位。2)为保证成桩搅拌均匀,应解决提升速度与搅拌头转速匹配的问题,粉喷桩机应保证每提升15mm搅拌一圈,若有自制设备,应经制桩试验合格后方可使用。3)对于地下水位以上的桩,在施工后应在地面浇水,帮助水泥水解水化反应充分。
4.4.2湿法施工质量控制
1)湿法施工程序。(1)一喷二搅施工程序:搅拌机械就位→预搅下沉→喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉→重复搅拌提升至孔口→关闭搅拌机械→移至下一桩位。(2)二喷三搅施工程序:搅拌机械就位→预搅下沉→喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉→二次喷浆搅拌提升→二次重复搅拌下沉→再次搅拌提升→关闭搅拌机械→移至下一桩位。2)搅拌头切土下沉到达桩端前,把拌好滤净的水泥浆液输送到桩端,灰浆泵压力控制在0.4~0.6MPa范围内,搅拌提升速度应与输浆速度同步。3)为了保证桩端施工质量,当浆液到达出浆口时,搅拌头不要提升,在桩端喷浆座底30s,使浆液完全到达桩端。4)水泥土强度与水泥土搅拌均匀程度成正比,所以最后一次提升搅拌宜采用慢速提升。当喷浆口达到桩顶标高时,宜停止提升,搅拌数秒,保证桩头均匀密实。5)每天开机前,应先测量搅拌头刀片直径是否达到700mm,搅拌刀片有磨损时应及时加焊,防止桩径偏小。6)预搅下沉时不宜冲水,当遇到较硬土层下沉太慢时,方可适当冲水,可应用缩小浆液水灰比或增加掺入浆液等方法来弥补冲水对桩身强度的影响。7)施工时若因故停浆,应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处,待恢复供浆时再喷浆提升。若停机3h以上,应拆卸输浆管路,清洗干净,以防止恢复施工时发生堵管。8)壁状加固时,桩与桩的搭接长度宜取200mm,搭接时间不大于24h,如因特殊原因超过24h时,应对最后一根桩先进行空钻,留出榫头以待下一个桩搭接;如间隔时间过长,与下一根桩无法搭接时,应在设计和甲方认可后,采取局部补桩或注浆措施。9)拌浆、输浆、搅拌等均应有专人记录,桩深记录误差不得大于100mm,时间记录误差不得大于5s。
结论
综上所述，在路基工程的施工过程中，对软土地基进行加固是施工的重点和难点。实践证明，水泥搅拌桩适用于对软土和砂土的加固，尤其在路基软基的处理中效果极为显著。值得注意的是，为了使路基地基得到更好的加固，在施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定，严把设计关和施工关，采取有针对性的质量控制措施，保证工程建设安全、可靠、节能、经济地高效开展。
参考文献：
[1]郑志.水泥搅拌桩在路基软弱地基处理中的应用[J].城市建设与商业网点，2017（23）.
[2]黑东平，马晓慧.水泥搅拌桩在路基软弱地基处理中的应用探讨[J].科技研究，2017（7）.