水泥搅拌桩在道路软土地基处理中常见的问题

　　摘要：目前在高等级道路中，采用水泥搅拌桩处理软土地基是常用的、较为成熟的处理技术之一，在长江、珠江三角洲等滨海和湖沼地带使用上尤为普遍。工程实践证明，对于深厚软粘土地基或粘性较大的软土地基的加固处理效果较好，但是由于地质情况复杂，施工机械性能及操作人员素质参差不齐，管理人员缺乏控制经验，使得实际处理效果很让人担心。结合本地区应用情况，对珠三角地区的软基采用深层搅拌桩加固问题进行探讨，以期能保证软土路基的质量要求。
　　关键词：水泥搅拌桩；加固机理；珠三角地区软基；现场质量控制
　　1水泥搅拌桩加固机理
　　水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。
　　水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度，但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。
　　2水泥搅拌桩的应用问题
　　根据水泥土的改善强度特征可以进行地基加固，提高地基的承载能力，但在应用时，特别是珠三角地区的软土地基加固，应注意以下问题。
　　2．1加固深度
　　虽然水泥搅拌桩加固深度曾有过60m甚至更长的记录，但根据使用目的的不同应有所限制。柔性桩和半刚性桩的单桩有效深度虽然随桩身强度的增大而增大，但基本在10m以内。对群桩作用的复合地基由于分层沉降和水平收敛深度在15m左右，桩加固深度以不超过15m~18m为宜。当软土层较深，需加固长度较大时，应考虑采用水泥搅拌桩加固的可行性。
　　2．2软土层性质及水质情况
　　有机质含量是影响水泥土搅拌桩加固效果的一个主要因素，珠三角地区软土地基主要由大量淤泥、淤泥质粘土等第四系海相沉积物组成，有机质含量及含氮量较多。因此在本地区采用水泥搅拌桩加固软土地基设计时，应进行有机质含量、可溶盐含量及总烧失量分析，以确定水泥的实用性。地下水酸碱度也是选择水泥种类的关键因素。
　　2．3软土层含水量情况
　　软土的含水量大小对水泥土强度影响较大，因此当软土呈流塑状态，含水量较高w>(80%~90%)，液性指数IL>（1.2~1.5）时，应考虑在自然状况下，水泥土强度的增长随深度、土层、含水量、温度的不同，存在差异的情况。
　　3施工过程中的现场质量控制的一般方法
　　3．1制浆质量的控制
　　按设计给定的水灰比(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，不得离析或停置时间过长，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。
　　泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。泵送浆液过程中，泵的压力必须足够和稳定，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。
　　3．2桩长的控制
　　3.2.1钻杆标线控制法：施工之前应丈量钻杆长度，可用红色油漆在钻杆上划桩长的明显标志(桩长应不小于设计要求)，以便掌握钻杆钻入深度、复搅深度、确保设计桩长。
　　3.2.2度盘读数控制法：钻机上还有一个控制钻杆钻入深度的圆盘，通过指针读数可直接反映出钻桩的长度。(注意开钻之前，指针读数必须为零)。
　　3．3桩机操作的控制
　　3.3.1桩机对位后，精调桩身竖直度，使搅拌轴保持垂直。
　　3.3.2启动搅拌钻机，钻头边旋转边向下钻进。同时，启动压力泵工作，边钻进边喷浆。
　　3.3.3钻至设计标高后停钻关闭搅拌钻机钻进结束。
　　3.3.4再次启动搅拌钻机，钻头呈反向边旋转、边提升、边喷浆使土体的水泥浆进行初步拌和。
　　3.3.5搅拌机提升至地面以下1.0m时宜用慢速；当喷浆口即将出地面时，应停止提升，搅拌数秒以保证桩头均匀密实。施工时因故停浆，应使搅拌机下沉至停浆面以下0.5m处，待恢复供浆后再喷浆提升。
　　3.3.6根据设计要求在地面下一定深度范围内进行重复搅拌。钻头边旋转、边钻进、边喷浆至设计要求复拌的深度后，再反向边旋转、边喷浆、边提升。使受到搅动的土块被充分粉碎，土体和水泥浆能充分拌和均匀。
　　3.3.7根据成桩试验确定的各项技术参数来指导施工。现场操作人员应详细记录每米下沉时间、提升时间，记录送浆时间、停浆时间以及施工桩长等参数的变化。
　　3．4水泥用量的控制。
　　3.4.1单桩水泥用量的控制。
　　3.4.2控制好水灰比。按单桩长和设计提供的每米水泥用量计算出单桩水泥用量，严格按设计给出的水灰比进行制浆，不得随意乱调水灰比。
　　3.4.3控制好输浆泵。泵必须有足够的压力和持久稳定的输浆能力，输浆量必须与桩机的钻进速度、搅拌速度及提升速度相匹配(这点是靠施工经验和试桩技术参数得来的)。
　　3.4.4控制好桩机的钻进速度、搅拌速度及提升速度。确保单桩桩施工完毕后，为该桩所配制的水泥浆能全部用完，不得有剩余。
　　3．5水泥用量是现场质量控制的关键
　　按目前的质量控制情况来看，水泥用量不足是带有普遍性的问题，也是影响工程质量的关键因素。原因可概括为以下几点：(1)个别劳务队伍被利益所驱使，人为的减少水泥用量，大发不义之财。(2)个别承包商不同程度的以包代管，在施工管理工程中的不作为是造成偷工减料行为发生的根源。(3)在大面积施工时往往是多台桩机24小时不停作业，监理人员数量不足以做到一机一人、全天候盯岗导致监督管理存在严重漏洞。
　　为了弥补水泥搅拌桩施工过程中的监管漏洞，在实施监理的过程中，可采用了水泥交接制，对“偷”水泥现象，取得了很好的遏制效果，从而确保了工程质量。
　　通过水泥交接单的使用，可以宏观的控制住每个工作班的水泥用量，从而确保了设计水泥用量不打折扣的用于工程，结合着常规的监理旁站、巡视等检查方式，就能够堵住监督管理的漏洞，有效的保证搅拌桩工程质量。
　　4水泥搅拌桩施工中经常发生的问题及对策
　　4．1水泥搅拌桩的钻进速度与喷浆速度
　　水泥搅拌桩的正常钻进速度采用Ⅲ挡(1.47m／mjn)，进入硬土层用II挡(0．8m／min)。钻进深度由电流值的大小来控制，正常钻进时电流值30～40A，当电流表读数明显上升或电流突变达到100A时说明已进入硬土层。钻进过程中，送浆管道压力控制在0.1~0.2Mpa范围内，喷浆时管道压力0.25~0.40MPa。
　　一般情况下，喷浆提升采用II挡速度(0.8m／mjn)，假若采用70kg／m以上的大掺灰剂量时，应采用二次喷浆。为了保证桩底的喷浆量，根据管道的送浆时间，在提升钻具前，应提前喷浆，不允许先提升钻具，后喷浆。
　　4．2关于粉喷桩的“堵管”问题
　　堵管是粉喷桩喷灰过程中出现的喷粉不畅和不喷粉的现象。堵管的原因有：
　　4.2.1水泥过筛不细，造成的粗颗粒堵塞管路。
　　4.2.2灰管压力过小，造成水泥粉淤积或搅拌钻头的喷灰口被土块堵塞。
　　4.2.3孔内压力过大，造成喷灰管扭“麻花”。
　　4．3对以上问题采取以下方法解决：
　　4.3.1水泥严格过筛。
　　4.3.2适当调高管道压力。
　　4.3.3自调整钻进速度。
　　4．4关于粉喷桩的“沉桩”问题
　　粉喷桩复搅结束，搅拌头升离孔口的瞬间，大块泥团从桩头射向空中。紧接着水泥桩体向下紧缩，孔口留一圆柱体空洞，这一现象称为“沉桩”。“沉桩”深度一般为0.5m～1.0m，最大可达2m。
　　4．5沉桩原因分析
　　造成“沉桩”现象的地层原因是地基土天然含水量过大。实践证明，水泥搅拌桩有一定的适用范围，天然含水量大于85％的软土路段应慎用水泥搅拌桩。一般而言，随着地基土天然含水量的增加，水泥搅拌桩的掺灰量也需增加。但是实际的地基土各个地层的含水量并不是均匀的，软土有些部位的淤泥含水量可能很大，喷粉过程一般速度较均匀，这样就有可能导致这些部位喷粉量不足。软土中的高含水量淤泥结构形式常为海绵状或蜂窝状，疏松多孔，经扰动后结构破坏呈流动状态，导致桩体下沉。施工工艺和施工机械的一些问题也可能导致“沉桩”，具体如下：
　　4.5.1孔底或某些部位喷粉量不足，底部喷粉不及时，甚至没喷粉就提升钻具，地基土被扰动强度降低，有些施工单位考虑到桩头部分要进行抽检，所以喷粉量有意识上超下欠，下部喷粉量不足，底部空气压力过大也可造成喷粉量不足。灰量不足起不到固化作用，侧壁磨阻力又小，抵抗不了水泥土的重量造成向下压缩，导致桩体下沉。
　　4.5.2钻进或提升速度过快，喷灰压力过大，使孔内产生高压气团在喷粉上升的过程中搅拌头处土体松动，造成桩体部分土体被甩在外侧，孔内土体不足，导致桩体下沉。
　　4.5.3设计或施工桩长不够，没有打入硬层，也是造成“沉桩”的原因。
　　4．6沉桩的预防措施
　　4.6.1增大掺灰量。
　　4.6.2减慢钻进和提升速度(宜采用0.8m／min)。
　　4.6.3减小气体流量和管道压力(压力宜控0.25MPa)。
　　4.6.4提前送灰。考虑到送灰管道约60米，从开始喷粉到灰进入孔底有一个时间差，所以钻进底部后，先喷粉1～2分钟，然后再提升钻具。
　　4.6.5改进钻头的形状或尺寸。减小钻头钻头叶片的倾角，减小径向推力，从而减小了对孔壁的挤压作用。也有施工单位采取减小钻头直径的方法，水泥搅拌桩正常的桩径为50cm，如发生“沉桩”，可把钻头改为45～48cm，就可以避免由于桩径过粗而造成喷粉量不足。
　　4．7沉桩的补救措施
　　4.7.1对于较浅的沉桩，可用8％的水泥土回填夯实。
　　4.7.2对于较深的沉桩，可在沉桩处用素土回填，然后用粉喷桩机进行补桩，要求补钻至沉桩空洞下1.0m，喷粉量与正常施工相同。
　　5结语
　　综上所述，水泥搅拌桩加固地基作为一项地下隐蔽工程，目前技术成熟，施工难度不大。应用得当，对软弱地基的处理效果显著，但在施工中应加强施工质量控制，以保证工程质量。

《水泥搅拌桩在道路软土地基处理中常见的问题》

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