1、引言:
水泥土搅拌桩的主要用途是处理饱和软粘土低地基的, 确保处理之后能达到规范的要求, 具体的操作是使用专用搅拌设备将混有水泥的软粘土进行充分的搅拌, 其中水泥的作用是固化的, 它会同软土发生某种反应, 地基会逐渐的固化进而变为一种有强度且综合状况趋向于规范要求标准建筑用地。
水泥能够将软土固化, 其主要机理在于这种固化的过程是一种物质化学反应, 相比于混凝土的硬化而言是有差异的, 因为水泥的用量不同而致, 硬化所用水泥较少, 且在硬化的过程中, 水泥要借助某种活性物质并且要包裹于土中才可进行反应, 进行中硬化用时久, 反应中水泥会相继出现诸如水解和水化等变化, 最终会出现不同类别的水化物, 对于部分水泥在发生反应中, 会出现离子交换或者团粒效应, 从而实现硬化的效果, 提升土体的强度。
2、工程概况
国盛路南起和平大道, 北至临江大道, 道路全长724米, 红线宽度20米。设计场区靠近长江, 位于长江一级阶地, 场地地下水主要为赋存于填土层中的上层滞水及下部砂土层中的承压水。
地质勘察显示:根据地层岩性和工程地质特征, 在钻探深度范围内地层自上而下可分为4层: (1) 杂填土; (2) 淤泥质粉质粘土夹粉土; (3) 粉土、粉砂夹粉质粘土; (4) 粉细砂;上层滞水水位在地0.9—2.6米, 承压水赋存于 (3) 层粉土、粉砂夹粉质粘土视为中等透水层, (4) 粉细砂可视为强透水层。
3、软基处理设计
3.1 搅拌桩设计
根据地勘报告, 本次道路沿线有杂填土层分布, 表层杂填土厚度在1.20~4.80m, 杂色, 松散, 稍湿, 由建筑垃圾、生活垃圾及粘性土组成, 所含硬质物含量约20~45%, 粒径1.0~6.0cm, 局部钻孔由中细砂及少量灰褐色黏性土组成, 褐灰色, 软塑, 湿, 含少量铁锰氧化物, 土质不均匀, 刀切面粗糙, 局部夹杂薄层粉土、粉砂, 不可作为路基持力层。根据道路沿线土层厚度及埋置深度情况, 本工程路基采用换填法与水泥土搅拌桩 (干法) 相结合的路基处理方式。
3.2 搅拌桩作用机理
借助这种桩, 将软土变得强度符合规范要求, 它的具体操作是, 借助深层搅拌桩设备, 对加入水泥的软土进行充分的搅拌, 加快水泥与软土的反应, 进而使处理后的土体变为具有一定强度、有良好的变形特征和水稳性的柱形体, 这种反应后形成的结构有较好的强度、能提升土体的承载能力和降低地基的沉降。从水泥搅拌桩的特性讲, 此种桩属于一种介于刚性与柔性间的混合桩, 它所具有的刚度、抗压强度机器抗侧压力是介于两种桩之间的。因为这种桩有差于刚性的强度, 当承载一定量的竖向载荷时会出现形变, 一经出现会伴随着附近土体相应的承担一定量的荷载, 此时便出现了柔性复合地基。水泥土搅拌桩复合地基的承载力标准值可按下式计算:
式中:Fspk—复合地基承载力特征值 (KPa) ;
m—面积置换率;
Ra—单桩竖向承载力特征值 (KN) ;
Ap—桩的截面积 (㎡) ;
β—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;
Fsk—桩间土承载力特征值 (KPa) 。
由此可至, 一旦地质资料核实, 对于水泥搅拌桩的有关的数据也相应的确定了下来, 如桩基承载力标准值、每根桩的垂直方向的承载力和面积置换率等。若桩的强度、面积置换率确定之后, 这类地基的承载力经由每根桩的垂直方向的承载力便可得以求得, 每根桩的垂直方向的承载力若是非常的小, 则在复合地基中的承载力相应的会很低;若桩的强度及其长度确定之后, 在符合地基中的承载力经由面积置换率而求得, 若面积置换率非常的低, 则对应的地基承载能力就很低。
4、施工工艺及施工注意事项
4.1 水泥土搅拌桩的施工顺序
(1) 工程建设之前要具有的有关施工技术方面的材料有:建设用地的勘察报告、土体实验报告、内配合比实验检验报告、桩位图纸、加固深度和停灰面标高等。
在实验室中进行的内配合比, 主要是定出水泥用量, 因为它的用量会直接关系到桩的质量及其未处理的地基土的特性, 所以, 若要开始安装水泥搅拌桩, 必须在这之前间隔四周以上, 基于室内标准下, 按照一定的配合比制出搅拌桩样本, 做差异化的龄期强度实验。根据试验结果, 确定最佳水泥掺量。
(2) 平整场地, 清除障碍。对地下障碍物进行清除, 对低洼处进行平整压实, 确保在现场中设备置桩顺利进行, 且要基于这种置桩操作的要求而制定有效的策略, 避免设备中途停止工作。
(3) 建设专用设备进场, 且按照使用说明予以组装和试运行。
(4) 搅拌桩施工工艺必须要严格按照设计规定的进行, 且按照经实验确定的配合比制定搅拌桩, 并对此桩的有关指标予以测定。接着, 配合路基解决纵断面图纸问题, 在进行施工之前, 原定的桩位作业点均要做出大于五个的具有工艺性质的样桩, 从而得到以下数据, 即钻进、提升和搅拌的速度、喷气压力、工作电流以及单位时间喷入量等。
(5) 搅拌桩择取是水泥型号是42.5普通硅酸盐水泥, 一定要满足设计规程的规定, 所用的产品必须带合格证进入施工现场。
4.2 水泥土搅拌桩的施工工艺流程
施工工艺流程:桩位放样→钻机就位→检验桩机整平机体→预搅下沉→喷灰搅拌提升→重复搅拌下沉和提升 (停灰面为高于设计桩顶标高50cm) →成桩结束→移位进行下一根桩循环施工。
(1) 钻机就位:根据设计施工放样, 使钻头中心对准设计桩位, 并保持桩机机体垂直, 以防打斜桩, 影响地基承载力。
(2) 预搅下沉:启动电机, 使搅拌机沿导向架边搅拌、边切土下沉, 下沉速度可由电机的电流监测表控制, 工作电流不应大于70A。
(3) 喷灰搅拌提升:深层搅拌桩机下沉到设计深度后, 开启灰泵将水泥干粉压入地基中, 并且边喷灰、边旋转搅拌钻头, 同时严格按照试桩确定的参数控制喷灰量和搅拌提升速度提升搅拌桩机。
(4) 重复搅拌下沉和提升:为使软土和水泥搅拌均匀, 可再次将搅拌机边旋转边沉入土中, 再重复喷灰搅拌提升, 最终停灰面为高于设计桩顶标高50cm, 成桩结束。在设计桩顶预加50cm桩长作为破除桩头用。
4.3 施工注意事项
在工程建设的过程中, 质量是最为重要, 基于此要做到如下几点:
(1) 一定要掌控好钻机的操作, 避免钻的深度超出规定要求, 且一定要在规定的深度内铺停灰面, 如此定出搅拌桩长。务必要依照样桩的数据掌控好用灰量, 杜绝在无自动化的控量设备的搅拌桩用于真实的工程建设中, 此外, 杜绝使用无合格证的记录装备。另外, 设定时间复核成型的搅拌桩桩径及其搅拌状况。及时保养与检修用于复核的钻头, 一经发现有叶片残缺或者严重磨损, 必须换新。
(2) 保障搅拌桩有九十度, 必须对起吊装备的平整度及其操作架同地面的角度予以认真核实, 核实的次数要超过两次, 由对应的不同的工作班组执行, 确保其垂直度在一度之内。在具体的施工中, 借助吊锤测定钻杆是否竖直成九十度, 若存在较大误差, 必须及时修正。
5、影响搅拌桩质量问题及质量控制的探讨
(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。
在保障桩的质量的前提下, 工程建设的过程中要认真分析清楚导致搅拌桩出现质量问题的因素, 且要对制造流程予以把控, 避免施工质量出现问题:
(1) 原因之一是地基土自身具有的特性
这种桩的质量好与坏能直接的从桩强度数据获取到, 而能对这种数据产生影响的除了固化剂用量及其质量和建设中用到的操作手法之外, 地基土的自身特性也会产生影响, 例如软土内存在大量的有机物。经试验检测后可知:土体内含有过量的有机化合物, 其水容量和塑形对应的变大, 对应的膨胀性和低渗透性也会很大, 最为不利于钢筋的酸环境也会存在, 上述的诸多因素会在一定程度上降低水泥的充分反应, 若仅仅使用水泥进行固化, 收效甚微, 针对软土, 可将生石膏适量使用进而使软土固化, 这样的操作也有助于减少对水泥的消耗。
(2) 保障搅拌操作的均匀性
对一定量的施工案例进行研究与总结可知, 均匀的搅拌操作能提升工程质量。若确保有均匀的搅拌, 就意味着水泥同软土有很好的混合, 这样就有助于两者间发生充分的反应, 软土经水泥的固化作用而产生较好的桩。若要使工程中有较好的均匀搅拌, 一定要确保搅拌设备将要下沉的土体被较好的混合, 所以施工前, 使用反铲将施工场地翻整一次, 避免地下遇到障碍物, 影响土体搅拌均匀性。
6、质量检测
6.1 质量检测方法
对搅拌桩的检测, 总的来讲有如下几种方法:
(1) 浅部开挖:这种检测法归属于自检。对于项目部而言, 要不定期的多次对成型的桩进行复检, 一经检查出问题, 第一时间予以解决。针对开挖的检查, 重点是检查浅部桩头, 注意深度的把控要大于停灰面以下五十米, 若要粗略了解成型桩的状况, 可采用目测的形式对如下的参数予以估测, 如桩径、搅拌均匀程度等。进行检查时, 数量控制在桩的总量的5%。
(2) 轻型动力触探法:这种检测法所用到的设备为轻型动力初探 (N10) , 它主要适用的是对桩身均匀状况的测定, 因为这种设备锤击程度小, 不间断的初探通常状况下均小于四米, 所以, 对于深度的搅拌桩质量的测定是不适用的。这种检测法规定检测数为桩的总量的1%, 且要大于三根。
(3) 钻孔取芯法:这种检测法是借助地质钻机针对已经养护四周及其以上的成型的桩予以钻孔获取样本芯桩, 这种方法是迄今为止最为普遍使用的一种测质量的方法, 它所获取到的结果可靠度高, 不足之处在于检测耗时久、钻孔成本高、样本芯桩要在四周以后才能得到, 无法做到即时的检测施工中的桩的质量状况。这种检测法规定检测数为桩的总量的0.5%, 且要大于三根。
(4) 静载试验法:这种检测法所依据的是桩的承载力值的定性得出桩的质量。然而, 因检测成本高, 工程取样少。这种检测法规定检测数为桩的总量的0.5%~1%, 且要大于三点。
(5) 动测法:它主指低应变动测法, 这种检测法所依据的是以一维波动理论为基础, 借助弹性波传播规律检测桩的完整性。优点在于检测高效、便捷操作, 然而在中国的多数文献中有指出, 搅拌桩的强度同波速的关系并非连续的, 在桩的端部出现的阻抗、桩的底部反射等均呈现无变化和模糊的现象, 所以, 这种检测法不能确保有准确的测定桩身质量。
6.2 本工程项目搅拌桩质量检测方法
(1) 成桩3d内, 浅部开挖桩头, 深度超过停灰面下50cm, 目测检查搅拌的均匀性, 量测成桩直径, 检测量为总桩数的5%。一般应按比例随机抽取, 且分部基本均匀。
(2) N10检测:成桩龄期7d内, 用轻型动力触探器进行N10检测, 检查每米桩长的均匀性, 检测频率为总桩数的1%。
(3) 单桩荷载试验:在成桩龄期28d后进行, 在试验准确阶段, 确保桩顶干净, 进行试验时针对每个桩的荷载取样数量要大于总量的0.1%, 且要大于三根。通常状况下要依照原定比例任意取样, 并且保证均匀取样。经检测本工程单桩竖向静载荷极限承载力为220KN, 满足设计要求的不得低于110KN。
7、结语
借助水泥搅拌桩实现对市政道路中有软土层的地基予以固化, 由于建设装备的单一和便捷的转移, 能够做到数个位置施工, 高效率的使地基固化, 从而提升施工速度、削减工期。在真实的工程建设中, 采用的施工手法较为单一, 工程质量便于把控, 这是现阶段市政道路加固地基非常适用的施工方法。
国盛路靠近长江, 土质情况差, 地下1.8米均为淤泥质粘土、粉质粘土夹粉砂, 局部地段流砂情况严重, 在水泥土搅拌桩加固地基后, 土体质量得到很大提高, 沟槽开挖成型较好, 土路床弯沉一次性合格, 完成了工期目标。这表明使用水泥搅拌桩对市政道路中有软土层的地基予以固化是可行的, 它可以极大的降低成本, 也在一定程度上有工程质量保障, 完全能够实现设计所要获取到的效果。
摘要：文章结合相关实际案例, 对水泥土搅拌桩加固地基在市政道路中的施工工艺进行分析。
关键词：水泥土搅拌桩,加固地基,市政道路
参考文献
[1] JG10202-2002《建筑地基处理技术规范》。
[2] JBJ225-91.软土地基深层搅拌技术规程[S]
[3] 陈向阳, 粉喷桩加固软土地基的质量控制[J].岩土力学.2002
[4] 纪南昌, 水泥粉喷桩施工质量控制初探[J].北方交通, 2009