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中图分类号:U469.6+5 文献标识码: A
1 水泥搅拌桩法加固软土地基作用原理
水泥搅拌桩法是用压缩空气将水泥浆、水泥粉等固化剂喷入软土地基中采用搅拌机械将软土和固化剂强制搅拌使其产生一系列的物理化学反应而形成一定强度的桩体与桩间软土一起形成复合地基以起到提高地基承载力增强路基稳定性与减少地基沉降的作用[1]。
基于水泥加固土的物理化学反应过程,可通过专用机械设备将固化剂灌入需处理的软土地层内,并在灌注过程中上下搅拌均匀,是水泥与土发生水结和水化反应, 生成水泥水化物并形成凝胶体, 将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体,这就是水泥的骨架作用。同时水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的纳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, 达到提高其复合地基承载力的目的。
2 水泥搅拌桩法的适用范围
水泥搅拌桩法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基 。当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4、塑性指数大于25、有机质含量高、地下水具有腐蚀性等情况应慎重选用,必须通过现场试验确定其适用性[2]。
3 水泥搅拌桩法施工
3.1一般施工工艺流程
(1)清理整平施工场地,铺筑垫层,进行桩位放样、钻孔定位。
(2)下钻至设计深度。
(3)上提喷浆、搅拌,提升至地面以下1m时,宜用慢速(小于0.8m/分),提升至地表0.5m时,停止喷浆,搅拌数秒以保证桩头均匀密实。
(4)全桩复搅。
(5)成桩结束,施工下一根桩。
3.2施工控制[3][4]
水泥搅拌桩施工的关键是水泥用量的选择和控制。一般在水泥搅拌桩施工前应进行成桩试验,试验根数一般应不少于5根,通过成桩试验确定各项施工参数:钻进速度、提升速度、搅拌速度、搅拌编数、喷浆压力以及单位时间水泥掺加量等,并可以检验以及优化水泥配合比、水灰比等参数,最终形成试桩总结便于后续批量施工。
(1)水泥搅拌桩施工之前,需用清水冲洗整个管道井并检查管道中有无塞堵现象,待水排尽后才可以进行开钻施工。为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求,在主机上悬挂一吊锤, 通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。
(2)为了确保桩体每米掺合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。同时现场应配备水泥浆比重测定仪,以备监理工程师和项目经理部质检员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。
(3)水泥搅拌桩常采用“二喷四搅”工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻, 喷浆量应小于总量的1/2,严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低挡操作, 复搅时可提高一个挡位。每根桩的正常成桩时间应不少于40min ,喷浆压力不小于0.4Mpa。
(4)为保证搅拌桩的质量,施工中应严格控制钻机提升速度、搅拌旋转速度,并尽可能采用全桩复搅。常用的效果较好的水泥搅拌法施工工艺包括“二喷二搅”、“二喷四搅”等工法。
(5)搅拌桩施工时,桩端一般要求进入持力层0.5m以上,判断是否进入持力层可以根据前期试桩试验确定的搅拌桩钻进速度和电流表读数等参数进行判断。
(6)搅拌桩施工过程中采用“叶缘喷浆”的搅拌头。这种搅拌头的喷浆口位于搅拌叶片的最外缘, 当浆液离开叶片向桩体中心环状空间运移时 ,随着叶片的转动和切削,浆液能较均匀地散布在桩体的土中。长期使用证明, “叶缘喷浆”搅拌头能较好地解决喷浆中的不均匀问题。
(7)施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。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 50 kg。若储浆量小于上述重复时,不得进行下一根桩的施工。
(8)施工中发现喷浆量不足, 应按监理工程师要求整桩复搅, 复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因 ,喷浆中断时应及时记录中断深度。在12h内采取补喷处理措施 ,并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm, 超过12h应采取补桩措施。
4 水泥搅拌桩质量检验[5][6]
水泥搅拌桩的质量检验应贯穿整个施工过程。在施工过程中可通过随时检查施工记录和机械计量记录,通过标准的施工工艺或者是试桩总结对每根桩进行质量评定,并及时处理各类质量问题。可采用下列几种方法对水泥搅拌桩进行质量检验:
(1)施工现场常规检查主要包括:桩径、桩距、桩长、水泥掺入量、搅拌转数、提升速度、复搅次数、停浆处理方法等。采用现场开挖和施工记录检查,频率为总桩数的5%,且单点工程不少于3个点。
(2)成桩均匀性检查:成桩3d后,用轻便动力触探检查每米桩身的均匀性;成桩7d后,采用浅部开挖桩头深度宜超过停浆面以下0.5m,检查搅拌桩是否均匀、水泥土密实度、桩径等是否达到设计要求。
(3)桩体强度检查:成桩28d后随机钻探取芯,取芯位置为沿着桩径2/5轴线垂直钻进钻孔直径宜采用108mm,取芯后应用同等强度水泥砂浆回灌密实钻孔检查频率为桩总数的0.5%,且每项单点工程数不应少于3个点,无侧限抗压强度值不应小于设计要求。
(4)承载力检查:成桩28d后采用静载试验随机测定单桩承载力和复合地基承载力检查频率为桩总数的0.5%-1.0%,重要工程取高值,且每项单点工程不应少于3个点,复合地基承载力不小于设计要求值。
5 结论
大量工程实践证明,水泥搅拌桩法具有成桩速度快、工期短、对环境污染小、施工进度容易控制且施工技术成熟,是软土地基处理中使用较为普遍。文中在简要介绍水泥搅拌桩法加固软土地基作用原理和适用范围的基础上,进一步分析了水泥搅拌桩法施工工艺流程和施工控制要素,最后对水泥搅拌桩的质量检验进行论述。随着工程实践的不断深入,对水泥搅拌桩法在软土地基加固处理中的效果将逐渐提高。
参考文献:
[1] 龚晓南.高等级公路地基处理设计指南[M].北京:人民交通出版社2005
[2] JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S].
[3] 刘先林,李晓锋,韦宇辉. 高速公路软基水泥搅拌桩处理关键技术探讨[J].西部交通科技,2013,(6):19-23.
[4] 翟步凯,翟泽冰. 水泥搅拌桩在软土路基处理中的应用[J]. 山西建筑,2009,(10):279-280.
关键词:软土路基;路桥施工;有效强化;处理措施
中图分类号:U448文献标识码: A
地基强度不足是路桥工程设计过程中常见的现象,因此对地基强度进行一定的处理时必须的。在路桥工程的施工过程中,存在很多处理地基的方法,其中有固结排水法、静载法、材料铺垫法、抛石挤淤法、换算法等,每种方法都有自己的特色也存在一些局限性。为了能够合理的选择并优化地基处理的有效方法,需要认真遵循各项工程本身的特点、处理要求、材料机具来源和路桥施工的总消费等方面的要求进行全面的考虑。
一、有效强化路桥施工中的软土路基处理措施中水泥土搅拌桩的设计
(一)水泥土搅拌桩有效的长度设计
目前,根据一些学术论文的相关推导得到有关水泥搅拌桩有效长度计算的公式即:Lc=1.6D*Ep/Es。该计算公式中,Lc表示的是水泥搅拌桩的有效长度,D表示的是水泥搅拌桩的直径,Ep表示水泥搅拌桩的压缩模量,Es表示水泥搅拌桩周土的压缩模量。
(二)设计水泥搅拌的桩参数
设计水泥搅拌桩的参数需要设计桩径以及桩长。桩长一般能够到达承载力很高的土层里并能很容易的穿透力度较弱的土层里,水泥搅拌桩主要根据本身结构承载力以及变形程度来定论,与水泥搅拌桩长有着直接关系的是水泥搅拌桩的承载力,加上水泥搅拌机本身高低不同的强度因素,可总结出,水泥搅拌桩承载力的大小与水泥搅拌桩的桩长没有直接关系,通常深度是用湿法加固的不应该超过20m,若是用干法加固的深度不应该超过15m。如果设置出的水泥搅拌桩需要增强自身的抗滑稳定性,那么,水泥搅拌桩的桩长应该以危险滑弧为标准设置为超过其以下的2m。
(三)设计水泥搅拌桩布桩形式
对水泥搅拌桩加固效果有很大影响的是水泥搅拌桩的布桩形式。水泥搅拌桩的布桩间距的制定需要依据拟建工程的地质条件、深沉搅拌工程的施工工艺以及工程项目负载力规范,并借助软土地层的深后饱和的特点。在设计水泥搅拌桩的布桩时需要注意的是基础宽度范围的控制,以便能够有效发挥水泥搅拌桩的作用。并在水泥搅拌桩的桩顶制作一个厚度约为300mm的砂石垫层,砂石比例应该设置为6:4,且不能使用粒经超过20mm的粗砂。
二、有效强化路桥施工中软土路基处理之水泥搅拌桩的应用
水泥搅拌桩的施工步骤如下:
(一)利用塔架或者起重机来悬吊搅拌机,并准确对准规定桩位。
(二)开启搅拌机需要在搅拌机冷却水的正常循环下进行,且起重机的钢丝绳需要被放松,促使搅拌机按照一定的规律有效搅拌。
(三)水泥浆的制作是搅拌机在到达一定深度后,便会依据已经设定好的比例进行搅拌,并且自动把制作好的水泥浆安放在集料斗里面。
(四)在深沉搅拌机抵达到设计好的深度以后就会自启灰浆泵将水泥压入软基中,且会边旋转边喷浆,同时为了深沉提升搅拌机的速度必须严格依据工程设计要求。
(五)不断进行上下搅拌,深沉搅拌机的速度达到一定的标高以后,可以通过多次搅拌使水泥浆与软土相互得到充分的搅拌,变旋转边喷浆的方式可以充分提高搅拌机的运行效率。
(六)应用完搅拌机后,一定要注意搅拌机集料斗的清洁。
(七)重复以上六个步骤,完全融入路桥工程的施工中。
三、控制施工工程的质量
要使软土与水泥浆能够同时得到均匀的搅拌,需要把软土完全的预搅碎,即保障预搅工程质量。在搅拌水泥浆时,必须要严格依据工程设计配合比来配置,并且要避免水泥中结块的阻碍和水泥浆离析情况的发生,注重水泥搅拌机对水泥浆搅拌的充分度,知道水泥浆完好流进集料斗中。为能够连续性且保障强度的加固,决不能出现压浆过程中的断浆状况,即保障输浆管的正常工作,避免堵塞现象的发生,并且要严格按照设计规范,设置搅拌机的搅拌速度和控制好搅拌机的提升,保证至多10cm/min的误差,保证每一深度在加固范围里被充分搅拌,也要严格根据施工设计数据控制好下沉速度以及重复搅拌机的提升。起重机的平滑度与导向机的垂直度得到保障就能够保证水泥搅拌桩与地面垂直。
四、有关质量的检验
依据路桥工程的施工设计,开挖一定数量的已经完成的桩体,然后直接观察加固桩体的外观加强对水泥浆与软土的搅拌状态、搅拌均匀性以及搅拌的整体性的客观认识。接着,利用最新引进的“钻探取芯”的方法,在水泥搅拌桩内进行,更深一步观察水泥浆与软土的搅拌程度,同时还可以检查出搅拌机的桩长是否符合路桥工程的施工设计要求。制作水泥土试件的水泥土式样也需要利用到钻探取芯技术,在实验室里完成的试块与钻探技术制成的试件在强度方面加以比较,确定复合型地基承载力是否可靠。我国目前在强化路桥施工中软土处理方面高科技手法颇多,其中原位测试技术应用也相当广泛。检查搅拌机搅拌出的水泥浆以及水泥土桩体是否均匀就可以通过规范贯入试验、轻便钎探等测试手法进行科学性检查,同时,桩体强度是否合乎路桥工程施工设计要求也可以通过规范贯入试验手段进行测试。定期观测水泥搅拌桩的侧向位移以及沉降等方面这一动作发生在水泥搅拌桩实施过程中被加固处理过的软基切实投入使用后,这种测验被称为直观性的检查,同时也是路桥施工过程中最后的检查。
结语
集复杂性、与多边形于一身的土地层次存在于大多数的路桥工程中,但是这种特点的土层根本满足不了经济快速发展的今天对路桥工程建设的严格需求,因为这种特点的土层对路桥工程建成后的隐患极大,路桥施工结束后很长一段时间仍然无法避免沉降问题,严重的还会出现不均匀的沉降现象,最终导致竣工后的路桥不能够正常被使用。所以有效强化路桥施工中的软土路基处理措施非常必要。对于不合格的软基必须采取相应的措施进行加固以及有效的改良。具有很好加固效果的水泥搅拌桩的成本相当低廉,因此,水泥搅拌桩在近些年广泛应用在路桥施工中软土路基的处理中,处理的最终效果也非常可观。路桥施工过程中,有效完善路桥工程中施工技术、施工时间、施工管理以及施工工艺,借助路桥施工过程中跟踪性检测,并科学化、理性化的施工指导保障路桥施工中软土路基处理措施得到有效强化。同时,在强化路桥施工中软土路基处理措施过程中累积了不少的经验,获得了一定的施工技术数据。从空隙水压力、水泥搅拌机的沉降以及水平位移试验数据与资料分析,我国大部分公路工程、桥面工程的软土路基沉降问题得以有效的控制,我国路桥施工工程中的软土路基处理达到了相对理想的效果。
参考文献:
[1]高田祥,卢霞.如何加强路桥施工中的软土路基处理[J].民营科技,2011,05:240.
[2]冯涌涛.浅议如何加强路桥施工中的软土路基处理[J].黑龙江交通科技,2011,08:97+99.
【关键词】软基加固;深层搅拌法;施工工艺;质量检验
0 引言
随着工程施工技术的发展,需要在滨海、湖沼、谷地、河滩等地开发建设。在各种软土中修建建筑物,首先要解决的是软土地基问题。软土地基主要是由粘土和粉土等细微颗粒含量的松土、空隙率的有机质土、泥炭或松散砂土等土层构成。相对来说,软土地基的地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且容易发生沉降,从而导致上层路基或建筑物不平整、开裂,造成大量的经济损失和资源浪费。因此,提高软土地基的处理技术是工程界所要解决的重要课题。
水泥深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种较新的方法,它是利用水泥等作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地与软土强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反映,最终使软土硬结成抗压强度比原状土高得多,并具有整体性、水稳定性和一定强度的优质复合地基,从而提高地基承载力,达到加固地基的目的,最终达到设计和使用要求。
由于水泥深层搅拌法加固地基具有施工工期短、施工简单、材料来源广、造价低和加固效果明显等特点,因此自20世纪80年代初进入我国以来,被广泛地应用于公路、水利、港口码头、机场等建设工程的软土地基加固。
1 水泥深层搅拌桩在我市沿江地区的应用
1.1 泰州市沿江地区地质水文情况
泰州市沿江地区位于长江北岸,是典型的长江漫滩地区,地势平坦低洼,软土分布广泛。根据地质勘测成果表明,本地区地下水水质良好,软土为淤泥质亚粘土及粘土,饱和,呈流塑状,高压缩性,高孔隙比,厚度较大,呈层状分布,层厚1.5~9.0m不等,最大达22m。
1.2 应用情况
近年来泰州在沿江地区陆续新建了一批公路工程项目,对深、厚软土地基的处理广泛采用了水泥深层搅拌桩技术。一般来说,当软基处理深度大于15m,均采用深层搅拌桩,桩径一般为50cm,呈梅花型布置,桩心间距根据置换率不同介于1.0~1.5m之间不等,水泥土无侧限抗压强度设计值≥1.5MPa。
2 水泥深层搅拌桩的施工
2.1 施工准备
深层搅拌桩是隐蔽工程,质量管理难度很大,其质量控制应贯穿在施工的全过程。施工单位在开工前,应根据工程地质勘察报告和搅拌桩的设计资料,在原投标文件的基础上,编制更为详细具体的施工组织设计,在质量控制、安全保障、工期、人员、设备、材料等方面提出完整的实施计划和措施。
2.1.1 设备要求
进场后,应对施工机械设备配套情况、完好率情况等进行检查,认真核查桩机的技术性能,确保所用机型能满足施工要求。施工机械动力应大于45kW,钻头叶片三层,每层两片,上下层间距300mm,水平两片叶片夹角30度,每片叶片宽100mm,并应配有电脑记录和打印喷浆量设备。
2.1.2 材料要求
水泥深层搅拌桩采用32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。使用前,承包人将水泥的样品送中心试验室(主要检验水泥标号、凝结时间、安定性等)或监理工程师指定的试验室检验,合格后方可使用。
2.1.3 技术准备
施工人员必须熟悉设计图纸、技术规范、施工方案、工艺要求等。按要求在室内进行配比试验,确定满足设计要求的最佳水灰比、水泥掺入量。应做好测量放样工作,绘制出水泥搅拌桩平面布置图,标出醒目标志以利查找。
2.1.4 场地准备
施工段落在清表后应将场地整平。当地基表层有淤泥或软弱层时,应清淤后回填。场地应做好排水坡,挖设排水沟,保证场外不积水。
2.1.5 室内配方试验
实际使用的喷浆量必须通过室内配合比试验确定,根据土样天然含水量,孔隙比的不同,应做不同配合比的试验,确定最佳喷浆量。喷浆量在室内试验的基础上,每米提高水泥用量5kg,并控制最小水泥用量≥50kg/m。
2.1.6 工艺性试桩
为确定各种技术参数,按首件工程认可制要求进行工艺性试桩,搅喷桩成桩工艺试验由施工单位进行,监理全过程旁站。试桩结束后由施工方对试桩进行总结,作出“湿喷成桩工艺的试验总结报告”(包含工程名称、参加试桩人员、工艺流程、施工参数等内容),上报监理组,批准后方可进行大面积施工。同时将取得的施工参数挂牌标明在机架上,以便执行及检查。
成桩试验应达到下列目标:(1)检验室内试验的水泥土的配合比,是否适用于现场。(2)满足设计水泥用量的各种技术参数,如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷浆压力、单位时间输浆量等。(3)检验桩身的无侧限抗压强度(28d)是否满足设计要求。(4)检验加固剂分布的均匀性和有效加固长度能否符合设计规定。(5)掌握下钻和提升的阻力情况,选择合理的技术措施。
2.2 施工工艺流程
水泥深层搅拌桩的施工流程为:场地平整施工放样钻机定位制备水泥浆预搅下沉提升喷浆搅拌重复喷浆搅拌成桩钻机移位。
2.2.1 钻机定位
钻机安装调试,检查转速、空压设备、钻杆长度、钻头直径等,并连接好输浆管路,将钻机移到指定位置;钻杆端必须对准桩位中心,垂直度偏差小于0.5O。
2.2.2 制备水泥浆
水泥浆液应按设计配合比拌制,水泥浆拌和时间不得少于5min,不得离析、沉淀,停置时间不得超过2h;灌入浆液时应加筛过滤。
2.2.3 预搅下沉
待搅拌机及相关设备运行正常后,启动搅拌电机,使搅拌机旋转切土下沉。钻进速度一般应控制在0.4~0.7m/min。拌机下沉时,开启灰浆泵将水泥浆压入地基中,边喷边旋转。
2.2.4 提升喷浆搅拌
提升喷浆搅拌,搅拌机下沉到达设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压入地基中,边喷边旋转;提升喷浆过程中的喷浆量应达到设计要求,并按以50~60r/min的转速和v=0.7~0.8m/min的速度,边提升边注浆,直至设计桩长。成桩要控制搅拌机的提升速度和转速,使连续均匀,以控制注浆量,保证搅拌均匀,同时泵送必须连续,喷浆压力应不小于0.4MPa。
2.2.5 复喷复搅
当钻头提升到距离原地面50cm左右时,再重新边喷浆边搅拌至桩底,在桩底搅拌、连续喷浆1~2min,搅拌头自桩底反转,边喷浆边旋转,并以50~60r/min的转搅拌轴转速和v=0.7~0.8m/min的速度提升搅拌机,最后搅拌提升至地面,并做好施工记录。
2.2.6 机具移位
钻机移位,重复以上步骤,进行下根桩的施工。
2.2.7 机具清洗
当施工告一段落后,清洗全部管路中的残存水泥浆,并将黏附在搅拌头上的软土清洗干净。
2.2.8 桩头处理
桩体强度达到设计强度70%后,人工对搅拌桩桩头超灌部分进行凿除,并清除现场多余土层;待满足各项检测设计要求后,填筑卵、砾石垫层。
根据本地区试桩结果,要高度重视复搅的作用。早期施工中,我们曾发现有桩体成型不好的情况,最初我们试图通过增加单位喷浆量来解决,但效果却并不理想,后来在并未增加单位喷浆量的情况下,通过增加复搅次数,取得了较好的成桩效果。本地区复搅次数一般都达到超过2次,有些段落复搅次数甚至达到6次。一般来说全程复搅次数越多,拌和越均匀,成桩效果也越好。
2.3 施工中的质量控制要点
1)进入施工现场的水泥应具备出厂合格证、质保书等质量证明文件。水泥的堆放必须符合防雨、防潮的要求,不使用过期、受潮、结块的水泥。
2)开机前必须先检查导向管的垂直度,施工中要随时观察和保持搅拌机底盘的水平和导向架的竖直。搅拌桩垂直度偏差≯1%,桩位偏差≯50mm,搅拌头的直径应每天检查一次,确保桩头磨损量不超过10mm,成桩直径和桩长不得小于设计值。
3)水泥浆液应按预定的配合比搅拌均匀,加入缓凝剂防止初凝现象,保证每根桩所需浆液一次单独拌制完成,并应有专人记录每根桩的水泥用量,制备好的浆液不得离析,倒入集料时应加筛过滤,以免结块,损坏泵体,泵送浆液前,管路应保持潮湿,以利输浆。
4)钻进喷浆搅拌至设计桩长或硬土层后,应原地喷浆搅拌30s。如局部位置存在喷浆不足的情况时,应在反转提升的过程中进行补浆。
5)钻头提升至地面后,应立即反向钻进复搅,复搅深度原则上应为桩身全长。在复搅拌过程中,应对局部喷浆不足的桩身部位进行补浆,并防止喷浆口堵塞。
6)严格控制钻机下钻深度、浆喷高程及停浆面,确保搅喷桩长度和水泥浆液喷入量达到设计要求,桩长不得小于设计桩长或监理工程师现场确认的施工桩长,全桩水泥用量不得小于试桩时确定的水泥用量,每米用浆量误差不得大于5%。
7)重复搅拌:在水泥掺入比达到一定程度时(一般为10%~15%),保证搅拌程度比增加水泥含量对承载力的提高更有效。为了保证水泥浆与土充分拌匀,在电动机功率允许的前提下,应尽量多装几把叶片。在水泥掺量、喷浆压力和机具转速相同时,提升速度慢的桩身强度较高。
8)深层搅拌桩施工完毕后需养生28d,达设计强度后才能填筑路基和进行构造物的施工。
3 质量检验
3.1 施工原始报表检查
施工原始报表应详尽、完善、如实地记录施工时间和工艺参数,完整地反映施工全过程。
3.2 人工开挖验桩
一般在每个段落最后一根桩完成一周后进行,开挖时对桩头必须小心处理,不准用重锤敲击。要求桩体圆匀,无缩颈和回陷现象;拌和匀称,凝体无疏松;群桩桩顶整齐,间距匀称。
3.3 钻孔取芯和标准贯入试验
钻孔取芯试验和标准贯入试验按照《岩土工程勘察规范》(2009年版)(GB50021-2001)、《软土地基深层搅拌技术规程》(YBJ225-1991)等有关规定执行。
3.4 载荷试验
桩的载荷试验是较接近桩的实际工作条件的试验,用以检查桩的沉降及地基承载力。是否进行载荷试验根据设计文件要求或现场实际情况确定。
4 结束语
从我市沿江地区公路工程项目的施工和运营期间地基沉降观测结果来看,水泥深层搅拌桩对我市沿江地区深、厚软土地基的处理达到了预期效果,取得了良好的社会经济效益。在多年工程建设实践中,通过对该项技术的质量管理,有如下几点建议供工程界同行参考:
1)软土地基处理在工程建设中为首要环节,软基处理属于隐蔽工程,且被构造物覆盖,构成隐患不便检查与补救。水泥搅拌桩是一种有效处理软基的办法,对工程建成后降低工后不均匀沉降有显著的效果。
2)根据水泥土反应机理和施工的实践结果来看,水泥掺入量达到一定值时,单纯提高水泥用量对强度提高不显著,提高搅拌的均匀性对桩的强度影响较大。对于不同的类型和不同性质软土,必须在现场采取有代表性芯样进行配合比试验,才可以达到设计的加固效果,如实反映设计要求。
3)施工前做试验桩是必要的,以此确定的施工参数对大面积施工的质量控制很关键。制备好的浆液不得离析,泵送必须连续。拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人真实记录。
4)施工过程中的搅拌质量(钻杆转速和复搅次数)对成桩质量影响大,作为质量控制的关键除了水泥用量以外,搅拌质量应作为重点来管理。因软土地基在不同地段、不同土层土质不同,为了能客观有效地评价深层搅拌桩施工质量和处理效果,质量检测宜采用多种方式综合测定、综合评分。
【参考文献】
[1]叶志敏.深层水泥搅拌桩在地基处理中的应用研究[J].科技传播,2011(13).
关键词:水泥搅拌桩;公路;软基加固
0 引言
我国软土分布广阔,这也是公路建设中不可避免的会遇上的问题。因此,为了保障公路路面的施工质量,就需要对公路的软基进行加固施工,而在公路软基加固的施工过程中,水泥搅拌桩有着广泛的应用。基于此,本文就水泥搅拌桩在公路软基加固中的应用进行了探讨,相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 水泥搅拌桩简介
1.1 水泥搅拌桩处理软土地基的适用范围
水泥搅拌桩处理软土地基,适用于含水量高、强度低、压缩性高的软弱土地基,并且该软弱土层的深度深、面积大。对于稳定安全系数小于1.2的路堤,水泥搅拌桩主要用在工后沉降不能满足表1要求的路段。
1.2 水泥搅拌桩的优点
水泥搅拌桩的施工工期短、效率高,在施工过程中,具有无振动、无噪声、无地面隆起、不排污、不挤土、不污染环境、施工简单以及加固费用低等优点。
2 水泥土的力学性质分析
水泥土的无侧限抗压强度一般为0.3~0.4MPa,不同水泥含量的水泥土90d龄期的无侧限抗压强度见表2。
2.1 水泥掺入比对水泥土强度的影响
水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大。当掺入比小于5%时,由于水泥与软土的反应弱,水泥土固化程度低,离散性也较大,故在水泥搅拌桩实际施工中选用的水泥掺入比必须大于7%,偷工减料将对搅拌桩的质量造成极大的影响。
2.2 龄期对水泥土强度的影响
水泥土的强度随着龄期的增长而提高,一般龄期超过28d后仍有明显增长。
2.3 外掺剂对水泥土强度的影响
不同外掺剂对水泥土的强度有着不同的影响,掺入合适的外掺剂,可以节省水泥用量或提高水泥土的强度。
3 水泥土搅拌桩工程实例
某公路项目,设计速度为120km・h-1,采用双向四车道标准公路建设,路基宽28m,路线全长27.25km。该项目穿越了大量的软土、软弱土和弱盐渍土等不良地质带。经理论计算,工程完工后沉降或路基稳定性验算的安全系数不满足规范要求的路段,需根据实际情况采取水泥搅拌桩进行加固处理。
3.1 施工设计
该项目中水泥搅拌桩使用了32.5R及以上矿渣硅酸盐水泥,水灰比为0.4~0.5,水泥掺入量为加固土体质量的15%。桩体同配比的室内试块28d无侧限抗压强度不低于1.5MPa。复合地基承载力、单位复合地基承载力不小于130~140kPa。
3.2 施工要点
(1)施工前应平整场地,清除地上及地下障碍物。
(2)搅拌头的回转数、提升速度应匹配,确保加固深度范围内土体的任意一处均能经过20次以上的搅拌。地面以下在桩长的1/2且不小于5m的范围内必须进行复搅复拌,以保证水泥与软土拌和均匀。
(3)水泥土搅拌桩施工前应进行工艺性试桩,数量不少于5根,对软弱土、软土层应增加搅拌次数或增加掺灰量。并根据工艺性试桩结果确定施工参数及施工工艺。
(4)拌制水泥浆液、水泥用量以及泵送浆液的时间等数据应有专人记录。泵浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的检测仪器进行记录。
(5)搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求,并有专人记录。
3.3 施工准备工作及质量控制
3.3.1 施工准备
(1)修好施工机械进场的通道。
(2)供电设施应齐全。在没有外接电源的施工现场,应配备柴油发电机。
(3)查明施工范围内的障碍物。地下有无大块石及管线等,空中有无高压电线等。所有障碍物应事先清除或设立明显标志,确保安全生产。
(4)平整场地。在准备施工搅拌桩的地段,首先用推土机将地表粗平,然后回填中粗砂垫层,再用平地机精平。有条件的地方,可用压路机静压1~2遍。
3.3.2 原材料的质量控制
(1)水泥质量是关键,所用水泥品种和质量应符合设计及规范要求。水泥进场之前,必须抽样做安定性试验、胶砂强度等检验,合格后方可进场使用。进场水泥数量应能满足施工进度的要求,拒绝不合格或过期、受潮、硬化、变质的水泥进场。
(2)施工用水应为人畜饮用水。如为自然水源,应做水质分析,检验合格后才准使用。
3.4 施工过程中的工艺控制
3.4.1 工艺性试桩
在开展大面积施工之前,必须进行必要的水泥搅拌桩成桩试验,汇总试桩结果应得到下列要求及相关技术参数。
(1)满足设计的各种技术参数,如钻进速度、搅拌速度、提升速度等。
(2)确定均匀搅拌的必要步骤及程序。
(3)了解下钻和提钻的阻力以及地质变化情况,采取合理的技术措施。
3.4.2 制浆质量的控制
按设计给定的水灰比在制浆罐中进行拌制,备好的浆液应不停地搅拌,使其均匀稳定,不得产生离析或停置时间过长,其中超过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。
3.4.3 泵送浆液的控制
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。
3.4.4 水泥桩长的控制
(1)钻杆标线控制法。施工之前丈量钻杆长度,可用红色油漆在钻杆上划出桩长长度的明显标志,以便掌握钻杆钻入深度、复搅深度,确保设计桩长。
(2)度盘读数控制法。钻机上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。
3.5 成桩后检测注意事项
(1)搅拌桩应在成桩7d内用轻便触探器钻取加固桩土样,观察搅拌均匀程度,同时根据轻便触探击数用对比法判断桩身强度。检验桩的数量应不少于已完成桩数的5%。
(2)在成桩28d后需钻探取芯,抽检比例应达到总桩数的1.5%,取芯位置宜在桩直径2/5处。将芯样加工成50mm×100mm的圆柱体,进行无侧限抗压强度试验。
(3)在成桩28d或90d后进行载荷试验,检验单桩承载力和复合地基承载力,抽检频率应为总桩数的0.3%,且不少于3处。
4 结语
综上所述,公路软基加固施工一直都是要引起重视的,因为做好公路软基的加固,不仅可以延长公路的使用时间,还能提高路面的安全性。因此,我们就需要采取相应的措施,保障加固施工的质量,以确保公路工程的整体质量。
参考文献
【关键词】 水泥土搅拌桩;地基处理;固化剂
【Key words】The cement soil mix blend a stake;Foundation processing;Solid turn
水泥土搅拌法分为深层搅拌法(湿法)和粉体喷搅法(干法)。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土等软弱地基。它是利用水泥作为固化剂将软弱地基与固化剂强制搅拌,使软弱地基的整体性、强度得到极大的提高。水泥土搅拌法可根据实际需要,采用柱状、壁状、格栅状等。水泥土搅拌法具有最大限度利用了原土、污染少、成本较低等特点,在工程实践中得到了广泛应用。
1. 工程概况
1.1拟建场地位于东营市黄河路北侧,为某单位综合商业楼,高4层,地下1层。该楼采用独立柱基,基础埋深-4.0米,采用粉体喷搅法进行加固处理,水泥土搅拌桩共1200颗,有效桩长10米。复合地基承载力特征值不小于160KPa。
1.2地层情况及各地层物理力学参数。
2. 地基处理设计参数
本工程采用粉体喷搅法进行施工,桩径500mm,桩长10米,采用正方形布置,面积置换率20%,即桩间距1.0米。每延米掺入水泥50Kg,桩身上部3米增加15Kg进行复喷复搅,地基处理后承载力特征值不小于160KPa。
3. 施工工艺及控制要点
3.1施工工艺。根据施工图要求,本次施工采用复搅复喷二次成桩工艺即:钻进、提升粉喷、再钻进粉喷、提升搅拌。具体工艺流程见图1。
图1施工工艺流程图
3.2质量控制要点(见表7)。
3.3施工机具安排(见表8)。
3.4关键工序控制。粉喷桩施工关键工序为搅拌与送灰两道工序,为保证施工质量,采取控制措施如下:
3.4.1搅拌
(1)为使桩体搅拌均匀、保证桩、土强度充分发挥,搅拌过程中,当遇到软粘土层应加大搅拌次数;硬土层时减少搅拌次数。
(2)桩顶1.00~1.50m间提升喷粉时,放慢提升速度;下沉复喷灰时,提高沉入速度,避免出现“冒灰”和“隆土”。制桩结束后,利用桩机自重,压实桩头,以防止出现“软桩头”和“空心桩”。
(3)在制桩过程中,中断喷灰后,重新起动时,应复沉1.00m继续搅拌,然后提升喷粉制桩。
3.4.2送灰。
(1)水泥标号与稳定性必须符合设计要求,没有合格标识的水泥不准使用。
(2)根据设备电子称重控制,送足50Kg/m。
(3)随时注意空压泵压力变化,空压泵压力一般保持0.2~0.3MPa,当喷灰压力低于0.20MPa时,停机检查,若由地层引起的继续施工;属空压机原因,检查维修。当喷粉压力大于0.6MPa,立即停机,查找原因。
4. 质量检验
(1)按照规范要求及当地质检部门规定,本工程采用了两种方法进行检测,即复合地基载荷试验和低应变动力检测。
(2)本工程低应变动力检测240颗的桩身质量,其中I类桩200颗,占检测总数的83.3%, II类桩30颗,占检测总数的12.5%,III类桩10颗 ,占检测总数的4.2%。根据上述检测结果来看,满足规范要求。
(3)复合地基静力载荷试验6组,由于工程桩没有做破坏性试验,根据最大加载压力和曲线特征,6组复合地基承载力特
征值分别为:157KPa、170 KPa、170 KPa、170 KPa、170 KPa、160 KPa。根据试验结果,满足规范要求。
5. 经验总结
5.1水泥土搅拌桩是介于刚性桩和柔性桩之间具有一定压缩性的桩,经过试验证明,它的力传递特性同刚性桩有很大相同之处,所以水泥土搅拌桩复合地基的承载力主要受桩身强度控制。
5.2水泥土搅拌桩在软弱地基处理中得到了广泛的应用,但在设计时应该根据地层情况充分考虑复合地基承载力、单桩竖向承载力、桩间土、桩长、桩径的最优匹配,不能盲目加大安全系数,造成浪费。
5.3结合多个工程的实践,根据受力曲线得知,在正常使用状态情况下水泥土搅拌桩符合地基主要受力部分在桩身上部30%~50%长度范围内,因此在设计过程中对上部桩身要进行复喷复搅处理。
5.4水泥土搅拌桩的质量控制一定要贯穿在施工的全过程,重点要控制水泥用量、桩长、桩径、搅拌头转数和提升速度、复搅次数、停浆处理方法等。为使桩体搅拌均匀、保证桩、土强度充分发挥,搅拌过程中,当遇到软粘土层应加大搅拌次数;硬土层时减少搅拌次数。
5.5桩顶1.00~1.50m间提升喷粉时,放慢提升速度;下沉复喷灰时,提高沉入速度,避免出现“冒灰”和“隆土”。制桩结束后,利用桩机自重,压实桩头,以防止出现“软桩头”和“空心桩”。
5.6当粘土塑性指数大于25时,水泥土拌和效果极差。当地基土含水量小于30%时,由于不能保证水泥的充分水化,不得使用干法。
5.7从承载力角度提高置换率比增加桩长的效果好。水泥土桩是半刚性桩,桩越长,对桩身强度要求越高,但是过高的桩身强度对提高复合地基承载力是不利的。
5.8某一地区的水泥土桩,其桩身强度是有一定限度的,单桩承载力在一定程度上不随桩长的增加而增大。
参考文献
[1]《工程地质手册》(第四版 常士骠、张苏民 主编)中国建筑工业出版社