软土路基水泥搅拌桩施工工法

软土路基水泥搅拌桩施工工法GGG（皖）A2001—2008李长斌魏英王洁陈刚张玉杰（安徽省路桥工程集团有限责任公司安徽建工集团有限公司）1前言软土路基水泥搅拌桩是一种深层搅拌桩，深层搅拌法加固软土地基是利用水泥或水泥浆作为固结剂，通过特制深层搅拌机械，在地基深部把软土与固结剂强制拌和，使其成为既具有较好整体性、水稳定性又能满足强度要求的加固土体。此工法对提高软土路基承载能力、减小地基的沉降量有明显效果。通过施工项目现场施工和管理，结合水泥搅拌桩成桩的理论知识，总结出高速公路桥坡段、河塘软基处理段、涵洞基础处理的水泥搅拌桩施工工法，有效控制深层水泥搅拌桩成桩质量，解决了水泥搅拌桩质量控制的难点，确保了软基处理的效果。2工法特点2.1适用范围广软土路基水泥搅拌桩适用于淤泥、淤泥质土、粉质薪土、粉土等软土地基，地基承载力标准值不大于120kPa的软土地基，施工深度通常可达20m。2.2处理可靠，渗透系数小采用双排梅花型的布置形式，处理更加可靠。2.3施工机具简单所用的施工机具比较简单，目前市场上有生产。2.4充分利用软土由于利用深层搅拌机就地将土体和水泥固化剂强制进行搅拌，充分地利用软土，避免了大量挖掘和弃土。2.5对周围环境无污染在加固过程中对周围土体无扰动，施工时振动小、对周围环境无污染。2.6节约资金与目前常用的其他软基处理技术相比较，处理费用低廉。3适用范围软土路基水泥搅拌桩技术适用于淤泥、淤泥质土、粉质豁土、粉土及饱和性土等软土地基，目前在软土地基中施工深度通常在4～20m。4工艺原理软土路基水泥搅拌桩是以水泥作为固化材料，通过专用的搅拌机械，将水泥浆喷到软弱地层中，凭借钻头叶片，在原位进行强制搅拌形成土和掺合料的混合物。软土路基水泥搅拌桩加固机理是通过水泥的水解、水化作用所生成的水泥水化物与土颗粒之间的离子交换和团粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列的物理—化学反应，从而产生一种特殊的具有较高强度、较好变形特性（整体性）和水稳定性的混合柱状加固体的水泥骨架；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，提高地基承载力。5工艺流程及操作要点5.1工艺流程采用搅拌桩专用机械设备，施工深度为4～20m。钻机钻孔时，回转转盘和加压机构通过钻杆向钻头施加作用力，钻头在轴压力和回转扭矩作用下切人土层并切碎土体到达深度后，然后反向旋转提升钻头，同时用压缩空气输入水泥浆，通过钻头的搅拌作用，使水泥浆和土体充分拌和，边提升钻头、边喷入液化料、边搅拌混合，直至钻头提出地面完成一根桩的施工。在实际施工过程中，计算机根据现场的操作作实际的记录，依此检验拟定的参数，以确定施工的技术参数。通过实践，采用2喷4搅法施工更能有效控制施工质量。施工工艺流程见图5.2操作要点5.2.1施工准备1)技术准备（1）做好技术交底、安全交底，熟悉施工图纸及设计说明和相关设计文件、施工规范，熟知质量要求，满足《软土地基深层搅拌桩加固技术规程》（YBJ225-91）和《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）的要求。（2）高程控制点、平面控制点布设完毕，导线、水准测设资料齐全且经过审批。对每一根桩进行编号，计算出桩位坐标，测出桩位处施工前地面高程。（3）现场技术员及钻机操作手、其他作业人员要熟知施工步骤，特别是工序间的衔接要顺畅。根据技术交底全交底进行各项施工准备。（4）施工前应检查水泥及外掺剂的质量，桩位、搅拌机工作性能、各种计量设备（主要是水泥流量计及其他计量设备）完好程度。2)作业条件（1）先平整场地，做好水泥储存场地，在一侧开挖排水边沟，保证雨季场地不积水。清除桩位处地上、地下一切障碍物（包括大块石、树根和生活垃圾等）。场地低洼时应回填黏性土料，不得回填杂填土，基础底面（设计高程）以上宜预留500mm厚的土层；开挖基坑时，将上部质量较差桩段挖去。（2）施工前在水泥浆罐的罐壁上用稍大的铁块或螺丝帽焊接出用水面和水泥浆面的准确位置以确保水泥浆配合比。标定深层搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管送达搅拌机喷浆口的时间和钻杆提升速度等施工参数。（3）根据设计要求通过成桩试验，确定最佳的搅拌次数、水泥浆的水灰比、泵送时间、平整场地桩位放样钻机就位调整钻机检验调整预搅下沉反转提升喷浆搅拌下沉喷浆搅拌反转提升搅拌整理桩头成桩结束清洗设备设备进场复测钻头位置配制水泥浆泵送水泥浆泵送水泥浆取样备检移至下一桩位图1软土路基水泥搅拌桩施工工艺流程图泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。每个标段的试桩不少于5根，必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检验可采取7d后直接开挖取出，或至少14d后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和桩体强度。（4）施工使用的固化剂和外掺剂必须通过室内试验检验方能使用。比拌制。制备好的浆液不得离析，泵送必须连续，拌制浆液的罐数、固化剂浆液应严格按预定的配的时间等要有专人记录。（5）施工时应严格控制喷浆和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg，若小于上述质量，不得进行下一根桩的施工。3)施工技术参数（1）钻进速度:v≤1.0m/min。（2）提升喷灰速度:0.5～0.8m}min。（3）喷浆量:根据设计要求和成桩试验确定。（4）搅拌转数:根据成桩试验确定。（5）送灰管的长度应控制在60m内。（6）湿喷桩送灰管内空气压力一般为0.2～0.4MPa，搅拌时P=0.3MPa，对含水率较大的软土压力应降低至0.25MPa。（7）停浆面:搅拌提升至距原地面30cm时，发送器(泵)停止向孔内喷浆。5.2.2桩位放样根据计算出的各个桩位坐标，用经纬仪或全站仪放出各个桩的中心桩，同时设立控制桩，以利于及时校核桩位，以及恢复被桩机移动所破坏的中心桩。用石灰线从两个方向将中心桩连接，利于现场保护及确定桩位，控制桩机行走，避免漏桩。5.2.3桩机定位（1）平面就位。放好桩位后，按桩的施工顺序移动搅拌桩机到达指定桩位，钻头对中。（2）调整桩机。双向控制导向架垂直度，在桩机井架的正面和侧面均应吊挂垂球，垂球质量不小于2kg。根据导向架的吊锤偏移，用米尺测定搅拌轴垂直度，通过间接测定导向架垂直度来监测桩身垂直度，可及时发现施工时桩机是否倾斜。调整导向架垂直度，按设计及规范要求，一般竖直度小于1.5%桩长。（3）桩位复测。桩机就位调整好后，根据控制桩检查钻头位置。（4）确定起钻点、终钻点。平面位置无误后，进行高程测量。在钻头落地的情况下，在桩机井架上准确画出每米的深度标示线，标示出“零”起点的位置，根据设计桩长资料，计算出终钻时钻杆长度，确定终钻位置。5.2.4预搅下沉（1）水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。（2）启动搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，方可使钻杆沿导向架边下沉边搅拌。下沉速度可通过档位调控，工作电流不应大于额定值。5.2.5拌制浆液（1）单根桩所需的水泥浆尽量一次拌制完成。一次拌不完的，根据总量分次拌制完成6深层搅拌机预搅下沉的同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放人集料斗中。每根桩每次所使用的水泥浆量要均匀充足，使用时根据在水泥浆罐罐壁上焊接的每根桩(或每次)需用水泥浆的刻度线确定用浆量，确保水泥浆满足配合比要求。通常水灰比控制在0.45～0.50范围，水泥浆相对密度要符合要求。（2）确定每米喷浆量。根据设计文件对水泥含量、桩径的要求，通过成桩试验，确定水泥浆的最佳水灰比、泵送时间和压力、搅拌机提升和下钻速度等参数，确定每米喷浆量。5.2.6喷浆反转搅拌提升下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，通过管路送浆至搅拌头出浆口，出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置，按设计确定的提升速度，边喷浆反转搅拌边提升钻杆，使浆液和土体充分拌和，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s，进行磨桩端，提钻至工作基准面下0.3m处，持喷30s后，停止搅拌和喷浆。5.2.7重复搅拌下沉启动搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，开始喷浆，同时使钻杆沿导向架边下沉边搅拌，下沉速度按设计要求进行，重复搅拌下沉至设计深度。下沉到达设计深度后，停止喷浆。5.2.8重复搅拌提升重复反转搅拌提升，一直提升至底面5.2.9取样，做好样品标志保存养护好样品，备检。整理好桩头。5.2.10桩机移位施工完一根桩后，移动桩机至下一桩位，重复以上步骤进行施工。6材料与设备6.1材料性能6.1.1水泥满足设计要求，应采用合格的R32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便计量，出厂日期不超过三个月。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。6.1.2外加剂所采用外加剂须具备合格证与质保单，满足设计要求，并应做复试。6.2主要设备深层搅拌机（KTZ-21搅拌机或其他型号桩机）、灰浆搅拌机、集料斗、压浆泵、发电机（120kw）、电脑记录仪。施工前应检查机械工作性能、各种计量设备（主要是水泥流量计及其他计量设备）完好程度，组织验收合格后方可开钻。7质量控制7.1质量控制要点7.1.1钻机垂直度的控制测量放线布桩时要重点对控制性轴线、桩位进行复查，满足要求后方可开钻。根据5.2.3双垂球调整导向架垂直度，将钻机平面调平以使钻杆相对地面保持垂直，按设计及规范要求，一般垂直度小于1.5%桩长。7.1.2桩长、桩位、桩径的控制（1）桩长的控制。要在桩机的井架上准确标示出“零”起点，根据起钻点、设计桩长资料。确定终钻位置。（2）桩位控制。放出各桩中心桩的同时设立控制桩，以利于校核，见5.2.2。（3）桩径控制。要求不小于设计直径，且直径磨损量小于1cm，经常检查钻头，发现磨损超限时及时焊补。7.1.3水泥计量的控制为确保桩体水泥每米掺入量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。同时，现场搅拌浆液应用比重计控制水泥浆稠度。应做到一桩一配浆，一桩一清灰（灰浆池），并用水泥砂浆抹面进行防水处理；同时安排专人负责，全过程旁站。7.1.4桩头的复搅为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s，进行磨桩端，当提升至地面以下lm时宜用慢速；提钻并喷浆升至工作基准面以下30～50cm时，持喷30s水泥浆，保证桩的上部密实度和强度。7.1.5喷浆时间控制施工时应严格控制喷浆时间，钻进速度、提升速度可以根据设计或地层的不同选用，但是不大于0.8m/min。7.1.6工艺流程控制根据成桩试验确定的技术参数，并严格2喷4搅法进行施工，并控制钻头下沉和提升速度以及喷浆和停浆时间，保证加固范围内每一深度都得到充分的搅拌，按要求进行复核。7.1.7施工原始记录随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量控制。现场施工人员填写记录内容应包括：①施工桩号、施工日期、天气情况；②喷浆深度、停浆高程；③灰浆泵压力、管道压力；④钻机转速；⑤钻进速度、提升速度；⑥浆液流量；⑦每米喷浆量和外掺剂用量⑧复搅深度。7.2质量验收7.2.1主控项（1）水泥和添加剂质量和水泥用量满足设计要求和本工法规定性能。（2）桩体强度和地基承载力满足设计要求。7.2.2一般项目桩底、桩顶高程、桩位偏差、桩径、竖直度等符合《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1—2004)中规定(见表1)。实测项目及检验方法表1项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1桩距（mm）±100抽查2%2桩径（mm）不小于设计抽查2%3桩长（m）不小于设计检查施工记录4竖直度（%）1.5检查施工记录5单桩喷粉量符合设计要求检查施工记录6强度（kPa）不小于设计抽查5%7.2.3检验方法1）人工直接观察桩体圆匀，无缩颈和回陷现象；搅拌均匀，凝体无松散；群桩桩顶齐，间距均匀。2）静力触探（1）水泥搅拌桩成桩7d可采用轻便触探法进行桩身质量检验。（2）检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”