水泥搅拌桩加固技术在公路桥梁软土地基处理中的运用

2022-05-30张强

科学技术创新 2022年16期

张强

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100020）

公路桥梁建设期间，往往需要面临解决软土地基的问题，软土地基施工质量与公路桥梁应用最终安全性有直接且密切的关系。故而，施工人员要熟悉软土地基施工质量各项相关标准，并且施工标准要严格规范。

软土地基的特点在于粘度不足以及稳定性不佳，软土地基经过施工后的强度直接决定了与公路桥梁最终的承载能力。施工单位必须根据施工现场土质，选用适宜的处理方案[1]。如今地基处理技术十分丰富，施工单位应结合实际情况灵活运用现有技术，并尝试研发新型技术提高软土地基处理质量，公路桥梁软地基各项指标都要去符合国家相关文件的具体标准，这样可以促进了我国公路桥梁工程建设有更好地发展。

1 公路桥梁软土地基及其施工特点

1.1 软土地基

软土地基指的是压缩空间量高、孔隙之间密度大以及渗水性较弱且抗压能力不强的软弱土层。软土地基的基础材料是由粘土、粉砂和淤泥等成分。软土层的位置含水量相对交稿高，因此具有高粘性和可压缩性，透水性不佳，在没有经过夯实或是加固加工的软弱地基上直接开展施工，将造成工程项目稳定性无法满足工程实际需求，进而降低工程整体质量[2]。

1.2 软土地基加固处理的必要性

传统公路桥梁施工期间，因为关于路线等级的要求较低，且路桥工程项目数量较少，所以针对软土地基的处理较少，经验并不丰富。随着我国交通运输行业持续发展，公路桥梁项目工程总量日渐增多，施工单位累积了大量软土路基施工经验。软土地基的存在严重影响路桥工程的安全性与稳定性，若是无法予以妥善处理，可能造成严重的安全事故。因此，为了减少公路桥梁的安全隐患，保证其运行的稳定性，所以要严格把控好软地基的施工质量。

2 水泥搅拌桩加固软土地基应用分析

2.1 工程概况

现有某桥梁工程，长度总计为1125m，整体工程可以细分为10 联，其中，在处于低8 联时，施工时可以使用挂篮旋转浇筑方式来进行，可运用满堂支架现浇方法完成剩下的两联。整体桥梁框架的主体是预应力混凝土持续梁，箱梁高度值为2.2m。通过测量以及计算可知，桥梁纵坡峰值为3.5%，最低值为0.589%。经过施工单位认真思考施工现场环境以及成本，对于如何处理软土地基，则是选择运用水泥搅拌桩加固技术进行的软土地基处理方法。

2.2 水泥搅拌桩加固布设方案

项目的区地基基础基本为全线分布的、厚度较大的淤泥地基，但要根据工程施工遇见的实际情况，根据路堤加固部分形状采用水泥土搅拌桩法。此技术是以水泥充当固化剂，与地基中的软土产生反应，使其发生硬化效果，然后，使地基更加充满完整性、高稳定性以及高强度，转化为符合规范的复合地基。安全性与稳定性可以满足施工要求、无需施工单位投入过多成本,但是此技术工序复杂,进度较为缓慢。出于节约成本目的的考量,本工程路基体处理地基时使用的是水泥搅拌桩措施。通过计算可得，搅拌桩总数大约占4202 根，桩长67230m，桩径0.6m，桩长16m，间距1.2m，呈三角形排列，图1 则是整体布局方案。水泥土搅拌桩复合地基的桩体需要增加单独的褥垫层，一般厚度约为0.25m。褥垫层应由8%的水泥石屑混合制成，压缩系数应控制在0.94 或更高。石屑粒径应在2mm 至10mm 之间，泥浆的比例应小于5%。

图1 三角形布桩方案

另外，施工人员开展施工之前，工艺性技术桩必须提前完成相关测试，并且测试桩的总值必须至少为6 报。试验桩又分为三组，每组有两份报告，每组水泥用量分别设定为65kg/m,70kg/m,75kg/m。在进行大规模施工前，要对桩身进行试验，调整各项工艺参数，验证参数的合理性，确保桩身符合设计要求。对于同行仓的情况，单桩唇部于静态下，最大荷载试验荷载应为设计单桩承载力的两倍以上。

3 施工工艺流程

3.1 施工参数确定

施工人员结合室内配合比实验信息数据与施工现场试桩结果，明确各项参数设置具体如下：（1）掺和料参数。基层地基的总量的18%约为水泥，2%材料为石膏，水灰比为0.5。（2）施工过程控制参数。钻孔下沉速度要保证在0.5-0.8m/min 之间。搅拌提升速度：0.6-1.0m/min。内钻杆转速为50r/min 以上。外钻杆钻速要达到70r/min 以上。喷浆压力要保证在0.5-0.8MPa 之间。喷射混凝土量：36-40L/min（2 喷）。施工利用同心双轴双向搅拌桩设备进行施工，和现实施工保持一致，试桩总量采用6 根，试桩位置为A2 区H 排135,136,137,138,139140。施工参数见表1。

表1 试桩施工参数

3.2 施工准备

根据具体的施工要求，要确定好水泥搅拌桩的施工范围，清理范围内的残留根部、碎小岩石等障碍物，保持范围内平整整洁，为后续机械设备的安装施工创造一个良好条件。取搅拌桩附近的空闲工地，搭建一个大小合适的存放水泥临时仓库，存放施工所需的水泥材料；设置搅拌堆后台；搅拌桩的施工浆料，这部分暂时存放在收集坑中，待稍干后，运至指定地点。现场安装了SJC 监控记录仪，掌握实际喷浆混凝土的实际施工状态。等到机械设备有序进入现场，组装成型后进行试运行，如有问题，我们将作出响应，直至达到稳定运行状态。在正式钻孔前，将测试仪放置调试好，满足泥浆量、管道气压、搅拌提升速度、水泥用量等重要参数，后要判断实际参数是否达到要求。如果设计中存在误差，如果数值超出合理范围，则需要进行调整，直到完全符合要求为止。

3.3 测量放样

通过测量定位控制点去准确放置好测量桩的位置，安装短木桩形成明显的稳定标记，在打桩现场周围安装控制桩，准备适量砂浆，用砂浆固定木桩防止出现移动情况。测量打桩后，获得具有参照功能的标记坐标，以便后续在指定位置安全有序的进行施工。

3.4 桩机就位

安装搅拌打桩机的位置时，确保对中误差不要超过20mm；检查打桩机是否稳定，如果出现不稳定情况，就要将打桩机调平至打桩机稳定或进行其他调整。当搅拌轴符合设计深度时边搅拌边提起。其中，保证不大于桩长0.5%的垂直偏差。为提升控制效果，应该焊接一个半径5cm 的铁环在打桩机上，同时将铅锤悬挂在高度10m处。在进行施工过程时，铅锤要保证经过铁圈中心。

3.5 下沉与提升

软土地基加固工程采用两喷四搅施工工艺，如图2所示，具体细节要按照该工艺进行。启动电机，放松卷扬机，在预搅拌时要将搅拌头浸没下沉。在此期间，要密切注意钻头的位置。当钻头到达桩底高度时，开始喷洒搅拌并将其抬起，再次搅拌使其浸没并重复喷洒到孔口位置。完成上述分步操作后，完成一个桩位施工，关闭搅拌机，移至下一个操作位继续施工。搅拌/沉降速度控制在0.5m/min～1m/min，上升速度控制在1m/min～2m/min，根据现场施工环境确定实际速度控制。在河流附近，搅拌和沉降应该随着时间的推移而减慢，速度控制在0.5m/min～0.8m/min 范围内，起升速度稳定在1m/min 以内。砂浆泵运行一段时间后，纯水泥浆到达搅拌头。此时根据上述要求对浆料进行搅拌、注浆和提升，以保证混合头的工作速度具有严谨的科学性，确保水泥浆与原地基土均匀地混合。砂浆泵应在离地面50 厘米处停止，同时不断增加泵送量。混合过程完成后，将清水注入收集料斗，以清除管道中残留的泥浆，确保管道处于干净卫生。派专人进行及时清洗，防止水泥浆容易附着在管道上，造成清洗困难的情况发生。

图2 水泥搅拌桩施工示意图

4 水泥搅拌桩加固软土地基施工技术验收

此工程竣工后，施工人员需要认真检验工程是否达到相关标准，保证工程确认达到满足相关标准之后，再次进行后续施工，为后续施工奠定一个比较良好的基础。桩位定位误差应控制在50mm 之内,桩径、桩长必须高于设计值。所有桩体在施工过程中，应采用水准尺检验导向架以及搅拌轴是否垂直, 垂直误差应控制在1%内；成桩3d 轻型动力触探检验上层桩体的均匀程度,成桩达到一周之后，施工人员利用浅部开挖桩体测量桩体直径数值,保证桩体最小直径必须超过设计桩径,随机抽样桩体总量是所有桩体数量的5%；搅拌桩成桩满四周之后，施工人员应利用双管单动取样，据此判断持力层土性,并评估搅拌均匀程度以及水泥土抗压强度。同时为了保证处理效果，需要进行复合地基静载荷试验以及地基最终沉降量计算进行验证。

4.1 复合地基静载荷试验

本标段施工共施工深搅拌桩525 根，依次按照工序进行施工后，以0.5%的抽样率确认桩的施工质量。随机选取3 根桩，采用桩载反力梁法进行复合地基加载试验。在工作时，试块推动反作用梁提供反作用力。千斤顶被激活，压力以逐步的方式施加到负载板上以配置测试。经过试验和观察，得到复合地面静载荷试验结果。结果如表2 所示。