水泥搅拌桩处理道路软土地基施工实例分析

　　摘要:本文结合工程实例,介绍水泥搅拌桩在软土地基处理中的应用。深圳某市政工程项目,属滨海漫滩原始地貌,场区土质变化大，塘堰淤积，主要为淤泥地质,为保证道路工程地基处理的施工质量,在水泥搅拌桩处理的技术要求等方面采取了有效的措施。
　　关键词:水泥搅拌桩；软土地基处理；应用
　　当天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需要进行地基处理，形成人工地基，以保证建筑物的安全与正常使用。水泥搅拌桩使软土地基变成具有足够的强度和变形模量以及遇水稳定的、能适应上部结构对地基的各种要求的优质复合地基。
　　一、工程概况
　　某道路位于沿海地区，沿线地形地貌比较单一，原始地貌类型主要为滨海漫滩，总体地势较为平整、开阔。根据本工程沿线区域地质资料、沿线地质调查及勘探钻孔揭露，本次勘察揭露的主要地层自上而下为：人工填土层、第四系海相沉积层、第四系冲洪积层、第四系残积层，下伏基岩为震旦系云开群花岗片麻岩。需要处理的地层为人工填土层、第四系海相沉积层。场地人工填筑土厚度1.00～7.20m,海相沉积的淤泥层厚度1.20～7.20m,本工程软土地基平面上有显著差异，土质变化大；塘堰淤积，河道冲积或人工新近填土形成浅层、深层软弱土层分布不均，淤泥层深厚，有机质及含水率差异大等特点。水泥搅拌桩是介于刚性桩与柔性桩之间具有一定压缩性的半刚性桩，采用水泥搅拌施工，受地下土质、地下水等不确定因素的影响，施工质量难以控制，桩身压缩变形大，抗震动、抗剪切能力较差。如何采取有效措施，确保复杂地质情况搅拌桩成桩质量成了施工质量控制的关键。
　　二、软基处理设计
　　1搅拌桩设计
　　该道路软基处理设计采用抛石挤淤加强夯法和水泥搅拌桩两种方式，对于人工填筑土、淤泥等软弱土和薄层的松散状含有机质砂砾路段，采用水泥搅拌桩进行处理，组成人工复合地基，并按复合地基承载力与沉降计算指标指导设计。
　　水泥搅拌桩设计桩径为550mm,在机动车道下搅拌桩中心间距为1.2m，人行道下中心间距为1.5m,桩长根据不同路段不同的地质情况而定，进人持力层不小于lm，一般为5～10m，按三角形梅花桩布置；桩身采用425号普通硅酸盐水泥，按搅拌喷桩量65kg/m进行，设计要求水泥搅拌桩地基承载力不小于100kPa，桩体水泥土28天龄期的无侧限抗压强度≥1.3MPa，交工面复合地基承载力特征值)≥100kPa。
　　2搅拌桩作用机理
　　水泥搅拌桩处理软土地基，即以水泥浆作为固化剂，利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩，并吸收周围水分，经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体，它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量及保证桥头高填土路基稳定性具有明显的效果。水泥搅拌桩就其自身性质来说是一种介于钢性桩与柔性桩之间的一种桩型，其刚度、抗压强度和抗侧压力作用均小于刚性桩而大于柔性桩。由于水泥搅拌桩桩身强度较刚性桩低，在垂直荷载作用下有一定的压缩变形，在桩身压缩变形的同时，其周围的软土也分担一部分荷载，形成了柔性复合地基。水泥搅拌桩复合地基的承载力标准值可按下式计算:。
　　式中：—复合地基承包载力特征值（kPa）；—面积置换率；—单桩竖向承载力特征值（KN）；—桩的截面积((m2)；一桩间土承载力折减系数。
　　当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均
　　值时，可取0.1～0.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.5～0.9，差值大时或设置褥垫层时均取高值；一桩间土承载力特征值(kPa)。
　　可见，地质资料确定时，水泥搅拌桩复合地基的承载力标准值跟水泥搅拌桩单桩竖向承载力及面积置换率有关。当桩身强度及面积置换率一定时，复合地基承载力由单桩竖向承载力确定，单桩竖向承载力越大，复合地基的承载力就越高;当桩身强度及桩长一定时，复合地基承载力由面积置换率确定，面积置换率越高，符合地基承载力越高。
　　三、搅拌桩质量问题及质量控制
　　(1)搅拌桩属于地下隐蔽工程，易受施工用材料、机械、工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响，因而其质量控制要贯穿于施工的全过程，必须坚持全方位的施工控制。
　　(2)施工过程中必须随时检查自动计量装置、水泥浆用量、成桩过程、桩长及施工中有无异常情况，并记录其处理方法及措施。
　　为了确保搅拌桩桩身的质量，施工过程中还应对影响搅拌质量质量的以下几个问题加以分析，并做好过程控制，保证施工质量:
　　1)针对地基土不同性质的特点，做好质量控制
　　搅拌桩质量的优劣主要反映在搅拌桩的强度指标上，这不仅与掺人固化剂的质量、施工工艺有关，还与地基土的性质有关，如软土含有机质的量有关。试验表明:有机质含量高的土样有较大的水容量和塑性，有较大的膨胀性和低渗透性，并具有酸性，这些因素都阻碍了水泥化学反应的进行，单用水泥加固的效果较差，对于这类软土可外掺生石膏外加剂来增强加固效果，同时可以节约水泥用量。
　　本项目地基软土含有机质较多，设计根据地质资料和施工前的水泥加固土的室内试验，确定每延米水泥掺人量65kg/m，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为0.5，石膏掺人占水泥重量的20%(13kg/m)。
　　2)桩土置换率及水泥掺人量对复合地基承载力的影响
　　在实际设计运算时往往提供所要求达到的复合地基承载力、拟定的搅拌桩的承载力及天然地基土的承载力来求桩土的置换率，计算出桩数，然后布置桩位，再作有关的验算。实践证明若置换率过低，如小于10%往往达不到设计要求，甚至全功尽弃。某高速公路采用水泥搅拌桩复合地基处理，置换率仅为6%一7%，当路堤填至设计标高后出现裂缝，不得不重新处理。这说明作为复合地基的桩土置换率必须大于一定值，否则起不到复合地基的作用。同样水泥的掺人量也需控制在一定值，规范定为除块状加固外宜为12%～20%。在实际施工中保证了搅拌桩的施工质量、桩长进人持力层，才能确保搅拌桩桩身强度、复合地基承载力，减少路基的沉降。同时，也必须切实核对地基土的性质是否跟实际相符，确定桩土的面积置换率是否达到设计要求，桩的布置数量是否得当，以确保复合地基承载力。
　　3)确保搅拌施工的均匀性
　　大量的施工实践已充分证明搅拌均匀与不均匀的质量相差甚大。搅拌均匀在于使水泥浆与软土得到比较完全的接触，使水泥能充分的产生化学反应，与软土共同形成良好的桩体。为确保搅拌施工的均匀性，必须做到:搅拌机械预搅下沉时应使土体充分搅碎，对遇到硬土，搅拌机下沉速度过慢时，可采用冲水下沉，但在喷浆提升前必须将输浆管中的存水排净;严格按设计确定的参数控制水泥浆的喷出量和搅拌提升速度;应控制重复时的下沉和提升速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。
　　4)当搅拌桩打穿软土层进人较硬的持力层沉降很少;若未打穿软土层，成为悬浮式时沉降就大。地基的过大沉降，说明桩尖下卧软土层的沉降还相当大，而且持续时间较长，将不得不重新进行处理甚至报废。搅拌桩宜尽量打至持力层上，并且进人持力层50cm以上。在施工过程中，桩底设计标高往往与持力层并不一致，施工单位容易出现桩长以设计标高控制的现象，如在桩尖下尚留几米软土，根据科研成果，则会有较大的工后沉降量，由于排水不畅，预压很长时间也很难稳定。故搅拌桩实际施工桩长应按进人持力层控制。判别是否进人持力层的方法可由钻机钻到最深时的下钻速度和电流表的读数来判定，这两个参数是在工艺试桩时确定，一般是下沉和提升速度1.0m/min，工作电流值不超过70A。
　　四、质量检测
　　(1)质量检测方法
　　搅拌桩主要有以下几种质量检测方法:
　　1）浅部开挖:本条措施属自检范围。各施工机组应对成桩质量随时检查，及时发现问题，及时处理。开挖检查仅仅是浅部桩头部位(深度宜超过停浆面下0.5m)，目测其成桩大致情况，例如成桩直径、搅拌均匀程度等。检查量为总桩数的5%。
　　2)轻型动力触探法:轻型动力触探(N10)仅适用于3d的桩身均匀程度检验，由于每次落锤能量较小，连续触探一般不大于4m，故对搅拌桩深层质量无法测定，测定结果无代表性。检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。
　　3)钻孔取芯法:钻孔取芯法采用地质钻机对搅拌桩进行全程钻孔取芯样(龄期一般为28d)，这是目前搅拌桩质量检测中常用的方法，测定结果能较好地反映搅拌桩的整体质量，但该方法也存在检测时间长、钻孔费用高，钻孔取芯时间一般需在28d以后，难以对搅拌桩质量实施动态控制等问题。检验数量为施工总桩数的0.5%,且不小于3根。
　　4)静载试验法:静载试验法能根据桩承载力的大小定性地确定桩身质量，但由于测试费用较高，每个工程只能抽检很少数量。检验数量为总桩数的0.5%一1%，且每项单体工程不应少于3点。
　　5)动测法主要是指低应变动测法，它是基于一维波动理论，利用弹性波的传播规律来分析桩身完整性。检测速度快，测试简单，但国内大量资料表明，搅拌桩桩身强度与波速之间关系离散，桩端阻抗与周围介质没有明显变化，桩底反射不明显，因而难以用动测法评价桩身质量。
　　(2)本工程项目搅拌桩质量检测
　　1)对成桩7d后的搅拌桩，破去桩头0.3一0.5m表层水泥土，进行外观检测，检测外观是否圆顺、水泥土是否密实、搅拌是否均匀，测量成桩直径。经检测，质量满足设计和规范要求。
　　2)对成桩3d后的搅拌桩进行轻型动力触探检验桩身均匀程度。检验数量为总桩数的1.2%。经检测，质量满足设计和规范要求。
　　3)成桩28d后，经触探检验后对桩身质量有怀疑的搅拌桩钻孔取芯做无侧限抗压强度试验，检验数量为总桩数的0.8%，其中0.4%施工跟踪检查，另0.4%用于28d龄期检测。经检测无侧限抗压强度值在1.8～4.6Mpa，满足设计和规范要求。
　　4)成桩28d后对复合地基进行了载荷试验检测，经检测各个压板点的复合地基承载力特征值均达到100kPa，满足设计要求。检测数量为总桩数的0.5%。
　　5)本工程搅拌桩的质量由业主委托有资质的质检部门进行检测。检测采用轻型动力触探法、钻孔取芯法、复合地基载荷试验进行，检测结果桩身比较完整，28d无侧限抗压强度值在1.8～4.6Mpa，复合地基承载力特征值
　　均满足设计和规范要求。
　　五、结束语
　　通过水泥搅拌桩施工及检测、观察,该道路完成通车已一年多，在有水泥搅拌桩处理软基的地段，未出现路基异样沉陷情况，也未见有由于路基原因影响而引起路面面层开裂的现象，可见该项目的软基处理施工方案可行。因此,道路施工在采取合理的技术措施、严谨的管理和科学的组织情况下,完全可以避免道路沉降过大的发生、加快施工进度,从而达到满意的施工效果。

《水泥搅拌桩处理道路软土地基施工实例分析》

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