喷浆水泥搅拌桩在高速公路施工中的应用(施工方案施工工艺)

喷浆水泥搅拌桩在高速公路施工中的应用内容提要 介绍喷浆水泥搅拌桩施工工艺，及其在公路施工中特殊路基处理中的应用和质量控制措施。关键词水泥搅拌桩 高速公路 施工 应用一、绪论在地质不良地段，诸如：软弱土和砂土液化地基、淤泥或淤泥质土、泥炭土和粉土土等地段，这类地质地基的特点是：面积较大，地层较深，地基强度差。这类地段、特别是在小桥涵地基及桥头段路基，需要进行特殊路基处理。特殊路基处理方法有多种，诸如：在沉降量不大的较高填方路段，用加强型双向塑钢土工格栅进行处理；在小桥涵地基及桥头段的不良地质段，需要进行特殊处理。可以选择强夯等办法。水泥搅拌桩多用于软土层的地基加固处理，其特点是：处理时间短，受外界环境影响小，处理效果显著。因此，水泥搅拌桩法处理特殊地基方法，近些年在诸多高速公路建设项目中得到快速的推广，施工工艺得到了进一步的完善。二、基本原理水泥搅拌桩施工工艺主要有两种：一种是先在地面把水泥制成水泥浆，然后送至地下与地基土搅和,待其固化后，使地基土的物理力学性能得到加强；另一种是，采用压缩空气把干燥，松散状态的水泥粉直接送入地下与地基土拌和，利用地基土中的孔隙水进行水化反应后，再行固结,达到改良地基的目的。目前我国水泥搅拌桩施工较多采用的是“喷浆”工艺。水泥搅拌桩的基本原理是：利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，并在喷注过程中上下搅拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反应，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水泥骨架结构整体。用水泥作为固化剂加固软土时，由于水化和水解反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁铝酸钙等化合物，在水中和空气中逐渐硬化，钙离子和土中交换性钠离子发生交换作用，使粘土颗粒集合成较大团粒；水泥水化物中的游离氢氧化钙吸收水和空气中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸钙等项效应，形成具有一定迁强度和稳定性水泥加固土，从而达到提高地基强度、提高地基承载力的目的。水泥和土间搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，宏观的总体强度也越高。水泥土的容重与软土接近，而比重稍大，无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增加。三、工艺流程1、施工前的准备工作（1）、材料要求水泥采用不低于32.5级矿渣水泥或硅酸盐水泥。对进场的同厂家、同品质、同编号、同生产日期的水泥以200t为一检验批次，做胶砂强度、安定性、细度、凝结时间等项目试验检测，符合规范标准要求时方可使用，受潮结块的水泥不允许使用。要求对水泥进行支垫整齐堆放，10袋水泥为一堆，并在进行标牌标示，以便进行水泥数量清点管理。对于高效减水剂等外掺剂也要按相关规范要求进行试验检测和存放。（2）、配合比试验水泥掺入量为大于加固土体（原状土体）质量的1215%，水灰比控制在0.40.6之间；在掺入一定量的高效减水剂时，水灰比可以控制在0.50.7之间，以保证喷浆稠度和流动性；在加固土体含水量较高的情况下，宜掺入高效减水剂，并将水灰比控制在0.40.5之间。要采用至少三个不同的配合比，在基准配合比的下，另外两个配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少0.05。用天然含水量时的加固土体制备7.077.077.07cm3立方体标准试件，在标准养生条件下养护，以试验检测配合比试件的7d、14d、28d及90d的无侧限抗压强度。每个配合比至少要制备4组（6块组）以上试件在制取标准试件时，要检测记录制作标准试件用的水泥浆稠度和比重。必要时，要对加固软土层含水量及有机质含量进行检测。通过试验确定每延米水泥用量，一般控制在3060kgm，可以根据不同的土质和处理要求确定水泥用量。（3）、调查、了解各施工段落范围内的地上、地下的各管线及其它设施并绘于平面布置图上，及早办理拆迁，以免因施工造成严重后果。搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍(包括大块石、树根和生活垃圾等)。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。路基压实应达到要求的压实度。（4）、各施工段的桩位平面布置图应编号，注明该段落加固深度，上报审批。在现场进行放样定位，并对行、排位置线在施工范围外设固定桩。一般设计采用了桩径50cm的，桩间距为：11m、1.11.1m、1.21.2m、1.41.4m等等间距三角布置。同时在设计中，对加固后的桩体28d无侧限抗压强度、单位复合地基承载力等做了明确的规定。（5）、设备可选用ST1型、PS5型等 “叶缘喷浆”深层水泥搅拌桩机，每台搅拌桩机必须配备钻孔、注浆自动记录设备及打印设备，保证自动打印相关数据，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度，减少人为因素影响。灰浆制备必须采用灰浆拌和机拌和。灰浆斗上要配置过滤筛。灰浆拌和斗的容量根据试验确定，保证一定的水泥浆余量，不会因浆液供应不足而断桩，也不会因浆液过多产生沉淀而引起浆液浓度不足。检查设备机具的机械性能，确保运转良好。同时要确定输浆泵输浆量和灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间。2、试桩试桩目的是确定工艺的各项技术参数，诸如：钻进速度、喷浆速度、输浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间、喷浆压力、拌和斗容量，每米水泥浆用量、完成一根桩的时间等。在搅拌桩正式开工前，应根据地质情况选取具有代表性施工地段，做工艺性试桩且不少于五根，以便取得可靠的、符合设计要求的工艺控制数据，其中包括制浆工艺、水灰比、注浆压力、钻具钻进速度、提升速度、提升时钻头反转速度、搅拌遍数、复拌深度、单位时间注浆量、每延米注浆量等数据，并经质量检验合格后，写出试桩总结报告，经相关部门审批后，方能正式开工。所取得的各项数据参数，应作为现场施工的控制依据，作为操作规程，严格控制、认真执行。在工艺性试桩开工前至少7天，施工单位应编制施工方案，上报审批。3、水泥搅拌桩施工工艺流程根据搅拌次数和喷浆次数，可以将喷浆水泥搅拌桩施工分为：二搅二喷、二搅四喷等方法，以上两类是较常用的两种方法。以下分别说明其工艺流程。（1）、四搅二喷（复拌复喷）施工流程地上（下）清障、地面整平、路基压实测定桩位钻机就位、检验、调整钻机正循环钻进至设计深度打开高压注浆泵（喷浆持搅2030s磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆（提升速度一般控制在0.50.8m/min左右）上升至地面以下3050cm(持搅2030s磨桩头) 搅拌喷浆至地面以上50cm基准面停止重复正循环复搅下沉到底部、打开高压注浆泵（喷浆持搅2030s磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆(提升速度一般控制在0.71.0m/min左右)上升至地面以下3050cm(持搅2030s磨桩头) 搅拌喷浆至地面以上50cm基准面停止成桩结束施工下一颗桩清桩头验桩。在四搅二喷时，要求在第一次搅拌前，要求叶片带浆下沉搅拌。严禁带水下钻。（2）、四搅四喷施工流程地上（下）清障、地面整平、路基压实测定桩位钻机就位、检验、调整钻机打开高压注浆泵、正循环钻进并喷浆至设计深度（搅拌、喷浆持续1020s磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆（提升速度一般控制在0.70.9m/min左右）上升至地面以下3050cm(持搅1020s磨桩头)搅拌喷浆至地面以上50cm基准面停止重复正循环复搅喷浆下沉到底部（喷浆持搅1020s磨桩端）反循环提钻并喷水泥浆(提升速度一般控制在0.81.0m/min左右) 搅拌喷浆至地面以上50cm基准面停止成桩结束施工下一颗桩清桩头验桩。四搅二喷和四搅四喷基本在成桩质量上没有多大差别，只是四搅四喷在全过程进行喷浆，在钻进和提升速度上较快，可以全过程保证喷浆的连续性和均匀性。一般情况下四搅二喷，也基本可以保证喷浆的均匀性，所以大多采用的是四搅二喷施工工艺。在四搅二喷施工难以保证喷浆搅拌的均匀性时，采用四搅四喷施工工艺。4、施工过程控制（1）、在开钻前严格检查钻机、灰浆搅拌机和输送泵等设备的机械性能，确保运转良好的情况下开始施工。（2）、水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个输送管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。（3）、为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在开机前必须进行钻机的垂直度检查，符合要求后开始。并在施工过程中，要不定时进行垂直度检查校正。（4）、影响成型水泥搅拌桩质量的重要因素是水泥用量、水泥浆拌制的均匀性、压浆过程中的连续性、喷浆搅拌提升速度以及复搅复喷次数。因此要施工过程中的数据控制，确保施工过程中的数据符合试桩报告所确定的数据。、在完成一根水泥桩后，首先进行水泥用量的清点和计算，以保证单桩的水泥用量。、严格按照批复的配合比进行水泥浆拌制，控制好水灰比及外掺剂用量。水泥浆必须使用机械拌制，拌和时间不少于3min。在拌和水泥浆时，首先要过筛，受潮结块的水泥不允许使用。一次拌和的水泥浆储量要保证不少于一根水泥桩灌注量50kg。在喷浆过程中要不断搅拌水泥浆，防止沉淀，不得产生离析。在喷浆过程中，要不断检测水泥浆的比重和稠度，必须保证其与配合比中所确定的数据一致。严格控制水泥浆储量，储量不足时不得进行下一根桩施工，以保证开钻后水泥桩施工连续作业。、严密监控水泥搅拌桩机的操作系统，控制好搅拌提升速度。控制好灰浆喷浆压力和速度。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩（16m左右）的正常成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力应不小于0.4MPa。（5）、为保证桩端、桩身和桩头的质量，必须在桩端和桩头做停留搅拌和喷浆。（6）、施工中发现喷浆量不足，应按要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障等原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。要求在12小时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12小时应采取补桩措施。（7）、搅拌机预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层搅拌下沉太慢时，经相关技术个监督人员认可后，方可适量加水，但冲水对桩身强度有较大影响，应加大喷浆量，增加复搅遍数。（8）、水泥搅拌现场施工人员要认真填写施工原始记录，记录内容应包括：、施工桩号、施工日期、天气情况；、喷浆深度、停浆标高；、灰浆泵压力、管道压力；、钻机转速、钻进速度、提升速度；、浆液流量、每米喷浆量和外掺剂用量；、复搅深度等。（9）、水泥搅拌桩施工区域周边要开挖排水沟，便于排放废弃水泥浆。并在每根桩施工完毕后，及时清理桩头多余水泥桩，进行验桩和标记。（10）、在成桩后7d内，不得随意在成桩区域堆放大荷载物品，防止损伤新完成的水泥桩桩体。5、质量标准及要求（1）、成品质量检查标准检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率桩体强度（Mpa）在合格标准内钻芯取样法： 每施工点桩总量的0.5桩位偏差（mm）不得大于50mm全站仪或经纬仪：每施工点桩总量的2桩距偏差（mm）50尺量：每施工点桩总量的2垂直度（）1.5的桩长侧壁（斜）仪或钻杆垂线法：每桩检查桩径（mm）不小于设计尺量钻头法：每桩检查桩长（mm）不小于设计长度100尺量钻杆法：每桩检查单桩承载力（KN）不小于设计荷载试验：每施工点不少于3且不少于3根复合地基承载力(Kpa)不小于设计荷载试验：每施工点不少于1处（2）、轻便动力触探检测方法检测、在成桩3d(或7d)内，用轻便动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性，检查频率为每施工点总桩数1%且不少于3根。、成桩7d后，采用浅层开挖桩头目测检查搅拌均匀性、整体性及外观质量，并测量成桩直径。开挖深度为停浆面以下1.5m处。检查频率为每施工点总桩数的5%。、在成桩28d后，钻芯取样（用双管单动取样器钻芯取样）做无侧限抗压强度试验，每根桩取3处，即距桩顶及桩底1.0M，桩中间，每处取3个试件。检验频率为每工点总桩数0.5%，且不少于1根桩。同时从钻取的芯样中检查搅拌均匀性、桩长及桩底是否穿过软土层。在条件允许或必要时，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压试验，以测定桩身强度。经试验证明：水泥搅拌桩三个月后的无侧限抗压强度增长速度缓慢，基本趋于稳定。取出桩芯后，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团，以检查检验搅拌是否均匀。、在成桩28天后，对单桩承载力及复合地基承载力进行检测。检测频率为每施工段桩总数的0.3%，且不少于3（根）。（3）、外观鉴定、桩体是否圆匀，有无无缩颈和回陷现象。、搅拌是否均匀，凝体是否松散。、群桩桩顶是否平齐，间距是否均匀。（4）、质量评定水泥搅拌桩强度质量评定，可以参照水泥混凝土抗压强度评定办法进行评定。若某一施工段水泥搅拌桩强度质量评定结果不合格率小于10，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10小于20时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30，则该段水泥搅拌桩为不合格。四、数据整理分析下面就某高速公路施工原始资料进行整理分析1、原始记录数据分析设计桩长16m，桩径50cm，使用了PS32.5水泥。以下数据为一搅拌桩机在一工作时段自动记录数据。开始时间结束时间计时（min）水泥浆比重（g/cm3）单桩喷浆量（L）4：154：58431.608564：595：43441.638555：446：30461.628546：317：15441.648537：168：00441.618528：018：46451.638518：479：30431.648529：3110：17461.6185310：1811：00421.6385411：0111：47461.6285511：4812：33451.6185612：3413：20461.6285713：2114：06451.6085814：0714：53461.6085914：5415：40461.6285815：4116：27461.6485716：2817：12441.6185617：1318：00471.6285518：0118：46451.6185418：4719：30431.6385319：3120：20491.6285120：2121：07461.6285121：0821：55471.6285221：5722：43461.62853整理数据分析如下：由水泥搅拌桩用时散布图可以看到，完成一根桩所用时间基本在4247min之间，可以满足不少于40min的时间要求。在时间控制上，是稳定的。由单桩水泥浆使用量散布图可以清晰得知：单桩水泥浆用量在850860L之间波动。由以上数据可以看到水泥搅拌桩的施工过程控制是稳定的。2、桩体质量鉴定下面通过外委检测数据报告进行分析桩体鉴定搅拌桩桩身完整性钻芯记录表位 置：K55527.676K55557.676 桩类型：搅拌桩桩规格：500mmL8.5m 钻芯日期：060830桩号125成桩日期060722深度（m）钻具类型芯样描述自至（mm）颜色硬度含灰量均匀性状况0.01.0108灰色坚硬较多均匀柱状1.02.0108灰色坚硬较多均匀柱状2.03.0108灰色坚硬较多均匀柱状3.04.0108灰色坚硬较多均匀柱状4.05.0108灰色较硬较多均匀柱状5.06.0108灰色较硬较多均匀柱状局部夹结核6.07.0108灰色较硬正常均匀柱状7.08.0108灰色较硬正常均匀柱状8.08.5108灰色较硬正常均匀柱状桩号752成桩日期0607160.01.0108灰色坚硬较多均匀柱状1.02.0108灰色坚硬较多均匀柱状2.03.0108灰色坚硬较多均匀柱状3.04.0108灰色坚硬较多均匀柱状4.05.0108灰色较硬较多均匀柱状5.06.0108灰色较硬较多均匀柱状局部夹结核6.07.0108灰色较硬正常均匀柱状7.08.0108灰色较硬正常均匀柱状8.08.5108灰色较硬正常均匀柱状桩号1328成桩日期060723深度（m）钻具类型芯样描述自至（mm）颜色硬度含灰量均匀性状况0.01.0108灰色坚硬较多均匀柱状1.02.0108灰色坚硬较多均匀柱状2.03.0108灰色坚硬较多均匀柱状3.04.0108灰色坚硬较多均匀柱状4.05.0108灰色较硬较多均匀柱状5.06.0108灰色较硬较多均匀柱状局部夹结核6.07.0108灰色较硬正常均匀柱状7.08.0108灰色较硬正常均匀柱状8.08.5108灰色较硬正常均匀柱状上述为8根检测水泥桩中的3根数据报告，8根检测桩基本上是在同一点出现硬度、含灰量变化，也出现了局部夹结核现象。、单桩静荷载试验数据设计要求：单桩承载力不低于130KN位置：K55527.676K55557.676 序号桩号设计桩长（m）最大加载量（KN）最大沉降量（mm）承载力实测值（KN）110208.502608.53130222218.502608.1213035128.502608.9013041788.502608.941305878.502608.31130614208.502608.50130723138.502608.38130820158.502606.94130、复合地基静载试验结果表位置：K55527.676K55557.676 序号桩号压板面积（m2）最大加载量（Kpa）最大加载一半取值（Kpa）实测地基承载力（Kpa）117211.23008.5313026461.03008.1213031381.03008.9013042471.03008.94130510241.23008.31130627381.63008.50130720161.23008.38130825201.23006.94130报告结论是：综合考虑单桩静荷载试验、复合地基静荷载试验和钻芯结果，K55527.676K55557.676段内的水泥桩满足要求。、水泥土强度数据分析设计要求水泥土28d无侧限抗压强度不低于1.5Mpa。外委检测水泥搅拌桩抽芯抗压强度试验报告数据如下：段落：K55527.676K55557.676段样品 编号工程 部位取样深度（m）施工 日期试验 日期龄期（d）试件尺寸（cm）抗压面积（cm2）最大荷载（Mpa）抗压强度（Mpa）7781251.01.32006.7.222006.8.30289.8476.0132.844.327791254.04.32006.7.222006.8.30288.6859.1420.763.517801257.57.82006.7.222006.8.30288.5357.1210.221.797579181.01.32006.7.182006.8.30288.5256.9814.762.597589184.04.32006.7.182006.8.30288.6458.6016.292.787599187.57.82006.7.182006.8.30289.2266.7312.351.857487521.01.32006.7.162006.8.30288.1752.49.851.887497524.04.32006.7.162006.8.30289.5371.2917.542.467507527.57.82006.7.162006.8.30289.2767.4611.741.7478413281.01.32006.7.232006.8.30288.3855.1313.402.4378513284.04.32006.7.232006.8.30288.9462.7413.872.2178613287.57.82006.7.232006.8.30288.7259.699.491.5978121241.01.3