市政道路软土地基施工中水泥搅拌桩的应用

2022-10-28 08:18
四川建材 2022年10期
关键词:喷浆搅拌机水泥

龙 健

(中交四航局第三工程有限公司,广东 佛山 528322)

0 前 言

水泥搅拌桩是软土地基加固中的常见方法,以水泥、石灰等为原材料,按特定的比例掺入后,做充分的搅拌,与现场的软土均匀混合,在此期间发生物理化学反应,联合构成完整的、稳定的地基,有利于道路建设工作的高效开展。水泥搅拌桩技术的适用范围广,渗透系数较小。施工现场的软土在水泥、石灰等固化剂的作用下得到加强,稳定性大幅提升。加固期间的扰动作用较小,周边土体不存在异常状况。施工无明显环境污染问题,振动、噪声得到有效控制。相比地下连续墙等常规方法,效率高且成本低。

1 工程概况

德富路呈南北走向,道路全长1 598.339 m,宽度40 m,双向6车道,设计速度50 km/h,按城市主干路标准设计。沿线存在软土地基,为给市政道路施工创设良好的条件,并保证道路整体质量,采用水泥搅拌桩加固技术,具体视实际情况对施工方法做合理调整,其中桥涵基础软土地基以CFG(Cement Fly-ash Gravel,水泥粉煤灰碎石)桩加以处理,部分区域的空间受限,针对此类区域,用高压旋喷桩加固。

2 水泥搅拌桩施工方案

现场软土地基分布范围广,包含淤泥和淤泥质土等,此类土层含水量较高、强度不足,若直接进行道路施工,易影响道路结构的稳定性,随着使用时间的延长,在车辆荷载等外部因素的作用下,易发生不均匀沉降。为此,采用水泥搅拌桩加固的方法,以改善软土地基的力学性能。选择0.5 m的桩体直径,按1.5 m的桩距有序布设。

水泥搅拌桩施工中,按15%的比例掺入P·O42.5普通硅酸盐水泥,水灰比0.5~0.6,用喷浆法施工成型。桩身无侧限抗压强度R28≥1 MPa,经过处理后,固化剂和现场软土共同构成复合地基,要求其承载力标准值≤100 kPa。桩顶高程在现状路面以下0.3 m。为有效提升加固效果,挖除0.3 m原土至桩顶标高,于该处施作相同厚度的级配碎石垫层,并联合应用土工格栅。

对于雨污管槽部的软土地基加固,设高于管槽基础底面0.5 m的保护桩头,超出部分以空搅的方式加以处理,28 d后检查该部位的施工质量,若无误则组织基坑开挖作业,并将设置在上方的0.5 m桩头敲除,施作合适尺寸的管槽。

3 水泥搅拌桩施工技术

3.1 施工准备

1)用推土机或其他的机械设备整平现场,清理残留在施工现场的杂物。

2)恢复线路中线桩,根据设计要求准确测放桩位,并有序将水准点布置到位,设桩位标识。

3)在现场设置临时排水设施,减小水对施工的干扰。

4)配套搅拌机、压浆机等相关机械设备,检验其运行性能,确保无误。

5)开挖集浆坑,向其中放置1.5 m3的集浆桶。

6)准备适量质量达标的材料,例如水泥、外加剂,配套电子自动计量装置,用于控制材料的用量。

3.2 桩位布置

水泥搅拌桩桩位布置如图1所示。

图1 水泥搅拌桩布置

3.3 钻机就位

借助钻机塔身的垂直标杆,详细检查塔身导杆,根据实测结果安排校正,直至钻杆垂直对准桩位中心为止,必须确保垂直度偏差≤1%。根据标高控制要求,在桩旁的机架侧面刷涂红油漆,形成水平标高标志,以便有效控制钻孔深度;在钻杆上绑扎深度标志,随着钻进量的增加,待该标志与水平标志齐平时,则表明已经钻进到位。

3.4 制备水泥浆

以试验取得的水灰比为准,精准称量原材料,拌制水泥浆,过筛后转至集料桶内,以便用于水泥搅拌桩施工中。浆液不可离析,否则视为废料进行处理。由专员记录现场施工数据,包含水泥浆液的灌入数量、泵送浆液时间等。合理协调施工要素,保证供浆的连续性。

3.5 喷浆搅拌下沉

搅拌机缓慢放松起吊钢丝绳,钻杆沿导向架缓慢下沉,在此期间做适当的切土处理,根据电机电流监测表的显示结果灵活调控下沉速度。钻头入土后,启动泥浆泵,钻进和喷浆同步进行,期间视实际情况灵活控制自动流量计,保证喷浆量的合理性。钻进阻力偏大时,适当加大搅拌机压重,以便更好地下沉,必要时联合应用加压装置。喷浆下沉期间,加强对下沉速度和喷浆压力的检测与控制,要求喷浆压力≤0.4 MPa,下沉速度≤0.8 m/min。

3.6 喷搅提升

深层单轴搅拌机下沉到位后,用灰浆泵将制备好的水泥浆压入地基,在此过程中同步喷浆和旋转,并根据要求适当提升。经一段时间后,搅拌机提升至地面以下1 m的位置,此时需要在前述基础上放慢提升和旋转的速度;即将出地面时,暂时停止提升,搅拌机持续喷浆搅拌130 s再提升,经此施工后,保证桩头的密实性。

3.7 重复喷搅下沉、提升

为使软土与水泥浆搅拌均匀,需再次将深层搅拌机喷浆下沉,而后搅拌喷浆与提升同步,直至提出地面为止。复喷搅拌时,重点考虑的是离地面30 cm的部分,该区域以慢喷慢搅的方法为宜。技术员根据记录的信息确定水泥的用量,以此为参考,初步判断成桩质量。施工期间加强观察,若有不满足要求的情况,及时采取补桩或其他的处理措施。成桩施工遵循连续性原则,由于某些原因而停浆时,一方面需尽快处理异常状况,缩短中途间隔时间,另一方面则需在恢复施工时重叠接桩,长度至少为50 cm,以保证桩体的完整性。停机时间在3 h以上时,必须拆卸输浆管,将其中附着的泥浆清理干净,并于周边合适点位补桩。

3.8 清 洗

搅拌后,向集料斗内注入清水,运行灰浆泵,此举目的在于清理管道中的水泥浆,使内部保持干净。桩顶标高略高于设计值30~50 cm,而在基坑开挖环节,需要全面检查搅拌桩的施工情况,以人工挖除的方法处理质量较差的桩段。

3.9 移 机

钻杆提出地面后,检查成桩质量,判断其是否满足要求,若无误则移机,根据工程进度计划施工下一根桩。横向、纵向移机时,注重如下几点:将钻杆准确落位;针对机塔和底盘两部分做有效的加固处理,确保其具有足够的稳定性;适当向前后左右方向伸缩一定的距离,准确到位。

3.10 填筑碎石垫层、铺设土工格栅

水泥搅拌桩施工后,依据规范检验施工质量,确认无误后,在软土地基施工现场铺设碎石垫层,厚度30 cm,铺设后采取压实处理措施,保证该处的密实性;而后,将双向土工格栅铺设到位,搭接长度控制在30 cm,为保证土工格栅的稳定性,用铅丝绑扎、U形钉固定。垫层构造见图2。

图2 垫层构造

4 水泥搅拌桩施工质量检验

在现场选取具有代表性的试验段,共施工28根水泥搅拌桩。龄期达到28 d后,组织单桩复合地基载荷试验,试验期间持续增加荷载,密切观察压板的状态,可以发现其沉降量逐步增加,但均在可控范围内,不存在突变现象。根据设计要求,还需以取钻芯的方法检验成桩质量,钻芯数量取桩总量的0.5%,根据此关系,在施工段内取50个钻芯桩点,分别安排检验,根据实测结果判断成桩质量。

实际情况表明,水泥桩结构具有完整性,桩体的水泥以相对均匀的状态分布,诸如垂直度、桩径等基础参数也均满足要求。此外,为判断软土地基处理前后的沉降情况,在软土地基施工前布设观测站,以便加强观测,根据实测结果判断软土地基加固效果。根据施工记录可知,软土地基填筑至路基填土结束的时间为42 d,在此阶段产生的平均沉降量为45.6 mm;而在填土完成后,继续安排观测,每20 d观测1次,得到的沉降监测结果分别为9.3、5.8、2.4 mm。可以发现,在整个施工过程中,下沉量累计为63.1 mm,且随着时间的推移而逐步趋于稳定,填土100 d后基本无下沉的迹象。通过与设计要求的对比分析发现,工后沉降量达标,由此充分说明,以水泥搅拌桩加固软土地基的方法可行,能够取得突出的应用效果。

5 水泥搅拌桩加固施工的质量控制措施

5.1 施工参数控制

水泥搅拌桩加固软土地基施工中,严格控制加固深度,为保证加固效果,要求其不小于设计桩长。地下水也有可能对桩体施工造成干扰,因此需注重分析,判断是否会腐蚀水泥混凝土。通过电脑自动记录仪的应用,实现对各项参数的精准记录,涵盖桩号、设计桩长、实际桩深等多个方面,以便技术人员根据参数对桩体施工情况加以判断,更为合理地施工。桩顶标高超过设计标高0.5 m以上为宜,桩头部分的处理采取的是人工凿除的方法。

5.2 水泥搅拌桩施工中质量控制技术

1)为给正式施工创设良好的条件,组织工艺性试验,确定合适的参数,生成完善的施工工艺方案,而后再依据该方案正式施工。针对局部承载力异常偏低的软弱土层,较为可行的方法是适当增加搅拌次数,或是在原有基础上提高水泥掺量,以保证该部位软土地基的处理效果。

2)喷浆提升速度≤0.8 m/min,泵送压力≥0.4 MPa。合理协调施工工序,控制好相邻桩喷浆时间,要求其间隔<24 h,以4次喷浆4次搅拌的方法施工较为适宜。经过多次处理后,保证搅拌的均匀性。根据搅拌头的回转数、搅拌轴的垂直夹角等,合理控制搅拌头翼片的参数,例如宽度、枚数,以便充分发挥出各类设备的应用优势,保证施工效果。施工期间,加强对搅拌桩的检测,要求桩位偏差<50 mm,垂直度偏差<1%,若实际偏差超出许可范围,则及时加以处理,此外诸如桩径、桩长也均要满足要求。

3)浆液随拌随用,尽可能缩短停放时间,以免固结,泵送应具有连续性。根据试验确定的参数,控制钻头起吊提升速度、灰浆泵输浆量等关键的参数。若由于某些原因而中断施工,适当使搅拌头做下沉处理,直至其到达停浆点以下500 mm处为止,后续恢复正常施工状态后,方可搅拌提升[1]。以桩顶设计标高为参照基准,要求停浆面高出500 mm,该部分在桩顶压梁时凿除干净。若由于某些特殊原因而导致停机时间>3 h,需将输浆管拆下,清理其中的浆液,避免固结。严格依据工艺要求控制喷浆搅拌次数、提升速度等关键参数,并安排专员记录。

4)随着搅拌桩施工进程的推进,桩顶接近设计标高时,需要高度重视桩头部位的施工。例如,桩顶1~1.5 m内增加喷浆搅拌1次。自地面以下1 m开始,向上喷浆搅拌提升时,保持相对较慢的速度,并避免速度忽快忽慢,喷浆口到达桩顶标高时应停止提升并做10~20 s的搅拌处理,以此来保证桩头的密实性。针对施工期间存在的输浆管弯折、漏浆问题,及时查明情况加以处理,有漏浆点应立即修补。

5)相邻两桩搭接间隔施工<24 h,尽可能缩短间隔时间,以免影响搭接的可靠性,若间隔时间偏长,需采用局部补桩或注浆的方法加以处理。桩身插筋时间应<24 h,同时每日做好记录。桩体达到28 d龄期时,强度应当满足>1 MPa的要求。

5.3 特殊情况的处理

钻进期间发生卡管事故时,以慢速的状态有效钻进;向上提出钻头,对其结构做合理调整。钻进位置偏浅时,先以可行的方式疏松施工范围内的土层,而后再施钻。钻杆过程中卡钻时,随即暂停喷浆,分析原因并妥善处理,确认无误后方可恢复喷浆。喷浆堵塞时,详细检查灰浆泵,判断其运行状态,适当调整喷浆压力[2]。固化料中含大颗粒或杂物时,及时将其清理干净。若存在喷浆不畅的情况,按照“由关到开、由开到关”的方式多次操作喷浆阀,直至喷浆恢复顺畅状态。

6 结 语

在软土地基的加固处理中,水泥搅拌桩是较为常见的方法。在顺德高新区市政道路软土地基施工中应用水泥搅拌桩的实践表明,合理设置水泥搅拌桩的密度,可以提高软土地基的稳定性,具有足够的承载性能,可减小路基沉降。

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