探究高压旋喷桩采用泥浆置换方法在泥炭质土中成桩的应用.doc

探究高压旋喷桩采用泥浆置换方法在泥炭质土中成桩的应用摘 要：本文结合丽香铁路高压旋喷桩加固含泥炭质土层软土地基的施工实践，探究高压旋喷桩采用泥浆置换方法在泥炭质土中成桩的应用。关键词：高压旋喷桩 泥浆置换 泥炭质土 应用0 引言高压旋喷桩是用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥加固体的地基处理方法。淤泥为在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土，其中含有大量未分解的腐殖质，有机质含量大于等于10%且小于等于60%的土为泥炭质土。在泥炭质土层中，有机质含量高、含水高、孔隙比大、天然密度小，土体能够产生的围压低且不均匀，水泥土没有形成规则固结体的“模板”，采用常规工艺直接喷入的水泥浆无法在期望的空间内集中，水泥浆流向低压地区，极易被周围的水很快稀释，加之有机质的酸性会阻碍水泥水化反应的进行，轻者影响水泥土的强度增长和成型形状，重者就是水泥浆喷入泥炭质土层后不会形成固结体，达不到加固软弱土层的目的。采用泥浆置换方法，利用高压旋喷桩设备在泥炭质土层中先喷入粘土泥浆置换泥炭质土形成粘土桩改善土性，然后再喷射水泥浆形成预期需要的桩体，可以解决直接喷射水泥浆在泥炭质土层中不能有效固结的问题。1 工程概况该段软土路基未进行地基加固处理，其路基下沉、变形严重，目前仍在继续变形，为避免大丽高速路基变形危害铁路桥8#、9#墩施工及运营安全，需对大丽高速路基坡脚外的地基进行加固处理。设计采用高压旋喷桩加固，旋喷桩直径50cm，桩按正方形形布置，桩间距为1.2m，深度打穿软弱土层，进入持力层不小于0.5m。在成桩28天后进行复合地基平板荷载试验及取芯试验，要求复合地基承载力不小于150KPa，无侧限抗压强度不小于3MPa，并判定桩身完整性及均匀性。测区上覆第四系全新湖积层（Q41）黏土、淤泥质黏土；下伏基岩为印支期（T11）砂泥岩夹页岩。黏土（弱中膨胀土）：=18.9KN/m3，C=34KPa，=14.1，=150kPa。淤泥质土：=15.7kN/m3，C=8.5KPa，=4.25，=60kPa。泥炭质土：=11.6kN/m3，C=15KPa，=5，=60kPa。砂岩：=20kN/m3，C=20KPa，=25，=200kPa。砂岩：=22KN/m3，=45，=350kPa。2 常规施工工艺、检测结果及原因分析2.1常规施工工艺常规施工工艺施工流程：原地面处理测量放样钻机就位钻至设计深度高压喷射注浆匀速提钻旋转喷浆提升至设计高程后低压补浆钻机移位。根据室内配比试验，选择满足设计要求的三组合适配合比做现场工艺性试验：第一组：水泥：粉煤灰：土：减水剂：水=232:37:281:2.70:142；第二组：水泥：粉煤灰：土：减水剂：水=181:29:281:2.10:134；第三组：水泥：粉煤灰：土：减水剂：水=158:25:281:1.83:110。工艺性试验选择不同配合比、压力，旋转速度与提升速度主要施工参数进行组合，具体组合方案见下表：施工参数表序号桩号配合比压力（MPa）旋转速率（r/min）提升速度（cm/min）11#第三组2230203022#第三组2230203033#第三组2630203044#第一组2630203055#第一组2230203066#第二组2230203077#第二组2230203088#第二组263020302.2检测结果及原因分析成桩28天后，委托检测单位对试桩进行钻芯取样检测，试桩芯样表现的特征为：在黏土层及淤泥质土层中芯样连续，无侧限抗压强度较高，成桩效果较好；在泥炭质土层中芯样为原状土，没有形成水泥固结体，成桩效果极差。而后又在高压旋喷桩与桩之间钻孔取芯，检查水泥浆外溢情况，未发现水泥浆在桩周围大量存在的情况。根据试桩检测结果，该次试桩不能满足要求。根据现场检测情况，对旋喷桩没有达到设计要求的原因进行了认真研究、分析，认为主要原因为：在泥炭质土层中，有机质含量高、含水高、孔隙比大、天然密度小，土体能够产生的围压底且不均匀，水泥土没有形成规则固结体的“模板”，采用常规工艺直接喷入的水泥浆无法在期望的空间内集中，水泥浆流向低压地区，极易被周围的水很快稀释，加之有机质的酸性会阻碍水泥水化反应的进行，轻者影响水泥土的强度增长和成型形状，重者就是水泥浆喷入泥炭质土层后不会形成固结体，达不到加固软弱土层的目的。3 泥浆置换施工工艺及检测结果根据第一次试桩总结的原因及施工经验，认为采用泥浆置换方法，利用高压旋喷桩设备在泥炭质土层中先喷入粘土泥浆置换泥炭质土形成粘土桩改善土性，然后再喷射水泥浆形成预期需要的桩体，可以解决直接喷射水泥浆在泥炭质土层中不能有效固结的问题。3.1泥浆置换施工工艺（1）以粘土为原料与水拌合，过滤后制成高压喷射用的粘土泥浆，稠度为23-25s，比重在1.21.5之间范围，粘土泥浆可适当添加外加剂，加入掺量为3%6%的熟石灰和0.3%0.7的石膏粉，以提高固化土的早期强度和降低泥浆稠度，亦可加入小于0.3%的碳酸钠调节泥浆的ph值保持在8左右。（2）在泥炭质土层的上下1m范围内高压旋喷粘土泥浆，注浆压力为2025MPa，转速为2030r/min，提升速度为1520cm/min。（3）喷射完粘土泥浆待714d，被改变的土层性质趋于稳定后，再高压旋喷水泥浆。（4）喷射的粘土泥浆用量根据需被改变的泥炭质土层性质确定，按粘土泥浆与水泥浆的体积比控制，一般在11.2范围内。泥浆过少，达不到改变泥炭质土层的目的；泥浆过多，改变后的土层压力消散缓慢，所需的稳定时间长，不经济。（5）被改变的土层性质趋于稳定后，该土层范围内第二次喷射的水泥浆的体积约为设计桩身体积（即设计桩的计算横截面面积该土层厚度）。喷射水泥浆的水泥用量、水灰比、比重等根据预期要求的桩体强度和旋喷设备、工艺确定。3.2施工配合比及参数根据前次试桩经验及室内配合比试验，选择以下黏土浆液及水泥浆液配合比：粘土浆液配比：浆液比重1.2，加入3%的石膏粉、2的纯碱；水泥浆液配合比（Kg/m）：水泥：粉煤灰：减水剂：水：氯化钙=240：38：2.78：135：4.80。工艺性试验选择同一配合比、旋转速度、提升速度，与不同压力进行组合，具体组合方案见下表：施工参数表序号桩号粘土浆喷射压力（MPa）水泥浆喷射压力（MPa）旋转速率（r/min）提升速度（cm/min）11#16182025101522#16182025101533#16181725101544#16181725101555#16181425101566#1618142510153.2检测结果成桩28天后，委托检测单位对试桩进行钻芯取样及静载检测，复合承载力、无侧限抗压强度、完整性及均匀性均满足设计要求。4 结语泥浆置换方法是高压旋喷桩在泥炭质土中，特别是呈高有机质含量、大孔隙比、高压缩性、高含水量、低容重、物理力学指标低、土质呈弱酸性的特性土中成桩的一种方法。其主要特征在于：（1）利用常规的高压旋喷设备及技术先将粘土泥浆喷射入泥炭质土层中，改变桩体处的土体的性质，待其稳定后，再喷射水泥浆，形成水泥浆与土体混合的固结体，以解决直接喷射水泥浆在泥炭质土层中不能有效固结的问题；（2）避免在泥炭质土层中直接喷射水泥浆、甚至多次喷射水泥浆不能有效成桩而造成的水泥浆与可能形成的泥炭质土固结体离散、空洞、土层压力过大水泥浆溢出、过度污染地面环境的现象，能有效的控制材料使用和施工操作，以及控制污染；（3）原材料获取方便、黏土泥浆制作方便、价格低廉，以较小成本保证成桩质量。参 考 文 献铁路工程地质勘