深层水泥搅拌桩在兰海高速公路软土路基处理工程中的应用.doc

深层水泥搅拌桩在工程中的应用 摘 要 介绍了水泥搅拌桩在处理高速公路软土路基方面的实用性。分析了软黄土路基的 地质条件及特性，对水泥搅拌桩的设计、施工、质量控制进行了全面论述。 关键词 水泥搅拌桩 软土路基 应用 兰(兰州忠和)海(海石湾)高速公路是交通部规划的“五纵七横”国道主干线系统中丹东到拉萨国 道主干线的一段。本段工程地处陇西黄土高原向青藏高原过渡地带，属祁连山的东延部分，海拔在 1604-1787m之间，路线布设在湟水河河谷阶地。在河北建设集团承建的第十八合同段中，遇到了软黄 土分布带，起止桩号为K94+760K97+530。该段软黄土属于饱和黄土，含水量很大，承载力小，为 软弱地基地段。 1 工程地质条件 经地质勘探，该段内的地层自上而下为:(1)饱和黄土，厚度6-10m，黄色，土体含水量在20%以 上。土体呈软塑至流塑状，地基承载力在100KPa以下;(2)砂砾石层，厚度3-6m，具水平层理，成分 复杂;(3)泥岩，红色，地基承载力大于400KPa，是较好的持力层。该段软黄土的主要物理及力学性质 指标见下表。 软黄土主要物理及力学性质指标 指标天然密度KN/m3 含水量% 液限% 塑限%孔隙比e压缩系数MPa-1 压缩模量MPa内摩擦角度粘聚力KPa饱和黄土17.5203029221.240.853.22025根据设计要求，用水泥搅拌桩加固处理该段软黄土地基，施工采用水泥喷粉搅拌桩(干法)工艺。 2 水泥搅拌桩固结原理 水泥搅拌桩是以水泥干粉作为固化材料，通过专用的粉体搅拌机械，用压缩空气将粉体喷到软弱 地层中，凭借钻头叶片，在原位进行强制搅拌形成土和掺合料的混合物。通过水泥的水解水化作用，使其产生一系列的物理化学反映，从而产生一 种特殊的具有较高强度，较好变形特性和水稳定性的混合柱状加固体。它对提高软土路基承载能力、 减小地基的沉降量有明显效果。 3 水泥搅拌桩设计 根据对地基承载力的要求，按照复合地基理论进行设计。考虑到软黄土和软土的不同性质，对设 计参数进行了调整，使其更好的反映软黄土地基加固特性。 3.1 地基条件 路基设计要求复合地基承载力fsp.k200KPa， 处理宽度为路基全宽。 3.2 桩长、桩径及布桩形式 桩径:500mm; 桩长及布桩形式:桩长L=6-10m，以打入砂砾层50cm为原则。采用梅花型布置。 3.3 单桩竖向承载力标准值Rk计算 Rk=fcu.kAp(KN) (1) Rk=dqsL+aApq p (2) 式中 d水泥土桩的平均直径，m; 强度折减系数，=0.5; qs桩侧摩擦力标准值，qs=15KPa; fcu.k桩体无侧限抗压强度，fcu.k =2000KPa; a桩端土承载力折减系数，a=0.5; Ap水泥土桩的截面积，m2 ; qp桩端土承载力标准值，qp =100KPa。 根据公式(1)和(2)的计算结果取其较小值，即Rk =196KN。 3.4 复合地基承载力标准值计算 fsp.k=mRk/Ap+(1-m)f s.k(KN) (3) 式中桩间土承载力折减系数，取= 0.75; fs.k桩间土承载力，取fs.k =100KPa。 根据式(3)计算结果，面积置换率为m=0.135。按照面积置换率，水泥搅拌桩布置 为桩间距1.25m、排距1.1m。在此情况下布桩时面积置换率为m=0.143，大于要求值，满足设计要求。 4 水泥搅拌桩施工 4.1 施工技术要求 水泥搅拌桩在施工前进行一段试验段，检验其效果。根据成桩试验，确定技术参数进行施工。严 格控制粉喷时间、停喷时间和水泥喷入量，确保粉喷桩长度。桩身上部(1/3桩身)范围内必须进行两次 搅拌，确保桩身质量。发现粉喷量不足时应整桩复打。钻机喷灰时要连续、均匀作业，如遇机械故障 停机时，必须在12小时内补桩。复打重叠孔段应大于1m，要保证桩的垂直度，其偏差不超过1.5%。严 格控制桩间距，其偏差不能超过20mm。遇障碍物钻机不能钻进至持力层时可将桩位作适当调整，但 必须经监理工程师认可。 4.2 桩体喷灰量及土体含水量确定 在软黄土路基范围内选择具有代表性的区段，通过10%，13%，15%，17%，19%，20%六种水泥 掺量进行成桩试验，根据对复合地基承载力的测试和对成桩完整性及外观进行检查，达到设计要求的 桩体最佳喷灰量为15%，即每延米水泥喷入量为52/kg，土体成桩的含水量不能低于28%。 4.3 施工工艺参数 (1)水泥采用42.5#普通硅酸盐水泥，掺入比为15%，即每延米掺灰量为52kg。 (2)钻进速度 V=0.5-0.8m/min; 提升速度 Vp=0.5-0.8m/min; 搅拌速度 R=40-50r/min; 空气压力P=0.3-0.4MPa。 4.4 施工机械 (1)钻机 要具有正向转进反转提升的功能。 (2)喷粉机 根据施工时钻机的提升速度、钻机转速，选用合理的粉体发送量。 (3)空气压缩机 气粉混合体的压力只需克服喷灰口处土及地下水的阻力而喷入土中。 (4)搅拌钻头 应保证在反向旋转提升时对柱中土体有压实作用，不使其向地面翻升。 (5)计量装置 用于监测粉体输入量的连续性及均匀性，并能自动记录及打印。 4.5 施工工艺流程 5 工程质量检验与控制 在施工过程中严格控制原材料质量，水泥在出厂合格的基础上按规定频率取样，在定点检验单位 进行复检，其性能指标均达到设计标号的质量要求。施工期间施工人员必须做好原始记录，监理人 员随时检查施工记录。 土体含水量是影响成桩质量的关键因素。为保证土体含水量，采用表面加水浸泡土体和沿钻机钻 杆加水至土内的方法，确保成桩质量，效果较理想。 检查方法主要有开挖检查、轻便动探和小应变检测、桩体试件无侧限抗压强度测试及载荷试验 等。先后开挖验桩108根，桩柱光滑圆顺、垂直、水泥搅拌均匀，桩体质量良好。轻便动探275根，小 应变检测136根，桩体试件无侧限抗压强度60组，单桩承载力载荷试验8根，复合地基载荷试验8组， 检测结果均满足设计要求。 6 结语 通过采用深层水泥搅拌桩加固处理软黄土