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1、水泥搅拌桩加固软土地基应用常 宝（中铁一局兰渝项目经理部，广安 638003）摘要：水泥搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式。通过对兰渝铁路13标水泥搅拌桩施工适用条件、成桩原理，施工准备，施工工艺流程进行介绍，并对制浆质量、泵送浆液质量、桩机机身的垂直度、钻进和提升速度、桩长、单桩水泥用量等的质量控制环节进行阐述，为类似工程施工提供参考。关键词：水泥搅拌桩；加固；软土地基；质量控制 1 工程概况兰渝铁路南充东至高兴支线为时速160km/h的级铁路。线路路基全长66.6km，其中采用水泥搅拌桩加固埋深大于3m的软土和松软土地基长15.18km。地基承载力0=50120KPa。水泥搅拌桩累计桩长1
2、503274m，桩径0.5m，桩间距1.11.3m，桩长3.011.7m，正三角形布置，桩顶铺设0.40.6m碎石垫层，中间加铺双向PET聚酯土工格栅，幅宽5m，网孔110120mm，横向抗拉屈服强度80KN/m。2 适用范围及成桩原理水泥搅拌桩（湿法）适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、松软土、粉土、素填土、黏性土以及无流动性地下水的饱和松散砂土等地基。泥炭土、有机质土、塑性指数Ip25的黏土以及天然含水量大于70%或地下水PH值4.5的地基土均不适宜采用水泥搅拌桩处理。利用水泥作为固化剂，通过搅拌机的搅拌翼片，在翼片直径范围内将地基中软土和水泥浆液固化剂强制拌合，水泥和软土产生一系列物理和
3、化学反应，减少了软土中的含水率，增加了颗粒之间的粘结力和足够的水稳定性，使软土固结成具有一定强度和整体性的水泥土桩。桩顶铺设夹土工格栅的碎石垫层（图1），一方面加速软弱土层排水固结，不产生毛细现象，另一方面减少地基不均匀沉降，从而提高地基承载力。图1 水泥搅拌桩与夹土工格栅的碎石垫层示意图3 施工工艺3.1 室内配比试验采集各工点土样，当存在成层土时应采集各层土样，进行室内配比试验，测定各水泥土试块不同龄期、不同水泥掺入量、不同外加剂的抗压强度，选取最佳水灰比、水泥掺入量及外加剂品种、掺量。室内水泥土试块在标养条件下，28天龄期的立方体抗压强度平均值不小于1.5MPa，90天龄期的立方体抗压强
4、度平均值不小于1.8MPa。选定水泥掺入比15%，水灰比0.53。3.2 设备参数与安装调试水泥搅拌桩采用PH-5型，搅拌头翼片数4枚，宽度100mm，与搅拌轴垂直夹角60，搅拌头的转速39转/ min，搅拌头直径500mm。输浆泵压力控制在1.21.5 MPa。设备布置与安装调试：制浆点离桩机的水平输送距离不超过50米，以保证注浆出口压力保持在0.40.6Mpa。机具安装时应注意深层搅拌桩机的组装就位、水泥浆液制备系统安装、用压力胶管连接灰浆泵输出口与搅拌桩的压浆进口应准确、紧密、稳固、可靠。机械设备试运转时，应注意以下相关事项：电压保持在额定工作电压范围内，电机工作电流不得超过额定值；调试
5、搅拌桩机运转速度，使其达到规定的要求；调试输送浆的管路和供水水路通畅；各种监测仪表应能正确显示，监测的数据应准确可靠。3.3 主要施工方法施工顺序从中间向外围进行，或由一边向另一边的方式施工，喷浆与搅拌次数采用“四搅两喷”法。水泥搅拌桩施工工艺流程见图2。平整施工场地测量放样钻机就位调平搅拌钻进至持力层制备水泥浆喷浆、搅拌、提升开启灰浆泵复搅下沉至桩底清洗机具钻机移位喷浆搅拌提升关闭灰浆泵图2 水泥搅拌桩施工工艺流程图平整施工场地。平整施工场地并碾压，保证CFG桩机顺利就位，并开挖合适的排水沟。测量放样。根据设计的加固范围，及设计桩间距，布设水泥搅拌桩的点位并用竹片桩插设，用石灰圈点标识。对已
6、整平的地面要进行标高测量（特别是桩位处标高），并做好记录，以确定桩底相对于场平面的深度。钻机就位。搅拌机定位对中，保持设备水平，钻机主轴垂直误差不大于1%。制备水泥浆。按设计水灰比拌制水泥浆，水要清洁，酸碱适中；压浆前将水泥浆倒入集料斗中，开动搅拌机搅拌，并经过筛后放入灰浆池备用。搅拌钻进。启动搅拌桩机，钻头正向旋转，实施钻进作业：为了防止堵塞钻头上的喷射口、钻进过程中适当喷浆，同时可减小负载扭矩，确保顺利钻进。下沉的速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于40A。钻进喷浆至设计桩长或层位后，原地喷浆0.5min，再反转匀速提升。喷浆搅拌提升。搅拌头下沉到达设计深度后，严格按照设计确定的
7、提升速度匀速提升搅拌机，边喷边搅拌直至设计标高。重复喷浆上、下搅拌。搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，为使软土和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面，搅拌过程同时喷水泥浆。清洗机具。加入适量清水，清洗管路中的残浆和搅拌头上的软土。钻具提升地面后，钻机移位对孔，按上述步骤进行下一根桩的施工。4 质量控制及检测4.1 质量控制4.1.1制浆质量的控制按试验确定的水灰比（水和水泥按重量比严格控制）在制浆罐中进行拌制，备好的浆液还应不停地搅拌，使其均匀稳定，不得离析。停置时间超过2h的浆液应降低标号使用；浆液倒入集料时应加筛过滤，以免浆内结块，损坏泵体
8、。4.1.2泵送浆液质量的控制泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。泵送浆液过程中，泵送压力必须足够和稳定，泵送时间必须有专人记录。供浆必须连续，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。一旦因故停浆，为防止断桩和缺浆，应将搅拌头下沉到停浆点50cm以下，待恢复供浆后再喷浆搅拌；如停工40min以上，必须立即进行全面清洗，防止水泥在设备和管道中结块，影响施工。4.1.3桩机机身的垂直度控制调整机身两边的拉杆，使机身纵向竖直；调整机身下边的四个带液压装置的支撑脚，使机身横向竖直；纵横向都竖直后，钻杆上的悬锤线就会指向中心刻度并紧靠在中心度盘处。4.1.4钻进和提升速度控制
9、钻进和提升速度控制：喷浆搅拌提升速度为0.8m1.0m/min，并应使搅拌桩机提升速度与压浆速度同步，搅拌桩机下沉速度控制在1.62.0m/min。以确保加固深度范围内的土体任何一点均能经过20次以上的搅拌。桩体搅拌应均匀、连续、全桩长须复搅一次。当钻进搅拌过程中发现地层某深度出现硬层时，可根据地质资料和桩机电流表读数判断，并进行相应的处理：当此段硬层小于50cm时，若钻进相对比较容易，可稍稍放大回浆量，短时间内穿透此硬层。若钻进比较困难，一方面要及时增大回浆量，另一方面要在搅拌机上增加配重，并在最下面的两个横向搅拌刀片上焊接锋利的破土刀片，然后启动加压装置加压，同时钻进过程中适当喷浆，使其能
10、够迅速穿透此段硬土层。一是防止此段过多浪费水泥浆，造成水泥浆冒出地面而流失，且使整根桩体的喷浆量严重不均匀；二是提高施工工作效率。当此段硬层大于50cm时，可将此土层作为持力层，无须继续钻进。防止此段土层难于拌碎，水泥浆渗入困难，底部无法成桩，最终造成此处出现断桩或造成桩体整体不合格的情况。4.1.5桩长的控制钻杆标线控制法：施工之前应丈量钻杆长度，确保设计桩长,用红色油漆在导向架的正面用红油漆标出刻度，每0.5m标注一次刻度，施工中通过刻度确定进尺深度。以便掌握钻杆钻入深度、复搅深度；电脑监测记录法：施工前对桩深、喷浆量进行标定。深度检验分辨率可达到0.1m，可全面反映成桩过程中桩深、喷浆量
11、数据，并对水泥浆垂直分布均匀性进行监控、记录，为达到设计要求提供了有利保障。同时可预置最大工作深度，在制桩过程中达到预置深度后提示操作人员，及时提杆。4.1.6单桩水泥用量的控制控制好桩机的钻进速度、搅拌速度及提升速度，确保单桩施工完毕后，为该桩配制的水泥浆能全部用完，不允许出现搅拌头未到桩顶，浆液已用完的现象。4.2 质量检测水泥搅拌桩桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度，在搅拌桩完工后28天，在每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内钻孔取芯，观测其完整性、均匀性，取不同深度的3个试样作无侧限抗压强度试验，抽取不少于总数0.2%的桩，且每检验批不少于3根。设计无侧限抗压强度为10kPa。水泥搅
12、拌桩桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。载荷试验必须在桩身强度满足试验载荷条件时，并宜在成桩28天后进行，检验数量为总桩数的0.2%，且每检验批不少于3根。设计水泥搅拌桩复合地基承载力不小于150kPa；个别矮路堤工点设计水泥搅拌桩复合地基承载力不小于180kPa。水泥搅拌桩桩位（纵横向）允许偏差50mm，桩身垂直度允许偏差1%，桩体有效直径不小于500mm。检验数量按成桩总数的10%抽样检验，且每检验批不少于5根。通过I2DK800+630ID2K800+691水泥搅拌桩试验段检测结果显示，随着荷载的逐级增加，压板的沉降量逐渐递增，没有出现突变现象。在各级荷载作
13、用下，沉降均能达到稳定标准。在最大试验荷载300kPa达到稳定标准时，压板的总沉降量在8.9411.57之间，沉降量都不大，承压板周围土体未出现挤出和隆起现象。根据试验的各p-s曲线，各点的单桩复合地基承载力均达到150kPa，均满足设计要求。从钻取的芯样中可见：芯样颜色为灰色，水泥土基本连续，完整性较好（个别完整性一般），水泥分布较均匀（个别局部水泥分布均匀性一般），芯样多呈短柱状、块状，芯样整体质量较好。检测的实际桩长与施工桩长基本相符。芯样无侧限抗压强度在1.92.5MPa。从现场开挖水泥搅拌桩剖面可见：水泥搅拌桩整体性较好，水泥分布较均匀，桩身直径、桩位符合设计要求。5 结语水泥搅拌桩具有适用范围广、效率高的特点；在施工过程中，无噪音、无振动、不排污、不挤土以及施工机具简单、加固费用低廉等优点。当软土和松软土埋深大于3m时，采用水泥搅拌桩复合地基加固处理措施应该是经济、科学的施工方案。参考文献1TB10414-2003 铁路路基工程施工质量验收标准 S.北京:中国铁道出版社，20092TB10035-2006 铁路特殊路基设计规范S.北京:中国铁道出版社，20093TZ202-2008客货共线铁路路基工程施工技术指南S.北京:中国铁道出版社，20084新建铁路兰州重庆线路基工程设计专用图