水泥深层搅拌粉喷桩在穿堤涵洞施工中的应用

2017-01-19张刚滕逖

治淮 2017年2期

张刚滕逖

张刚滕逖

一、工程概况

景山涵洞拆除重建项目是江苏省徐州市小沿河水源地保护工程的重要实施内容，原涵洞位于景山以西微山湖南堤上，为1孔2m×3m涵洞，建于二十世纪六七十年代，主要功能为内华梁山等地引小沿河水灌溉，微山湖水位高时，关闭闸门，防止微山湖水倒灌。因现状损坏严重，闸门为混凝土闸门，启闭机老化，须拆除重建。工程建成后，景山涵洞在原有功能基础上可作为小沿河防污应急通道，在小沿河东岸水质不达标时，东侧污水沿运粮河通过涵洞排入蔺家坝闸下，从而有效保护向徐州市区供水的小沿河水源地水质不受污染。新建涵洞为1孔3m×3m钢筋混凝土箱涵，长35m，采用水泥深层搅拌粉喷桩进行基础加固处理。

二、水泥深层搅拌粉喷桩加固地基原理

在软土地基中加入改良材料水泥粉，与原桩位的土用搅拌机进行强制性的搅拌混合，使原桩位的土与水泥粉进行化学反应，从而形成一个由水泥、软土混合成的圆柱状凝固体，同时将柱间的土挤密，使得地基得到加固。

1.水泥的水解和水化反应

普通P.O42.5水泥的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，约占95%以上。用水泥加固地基时，水泥颗粒表面的矿产物（Ca3SiO4、C2S、C3A、C4AF等）很快与土中水分发生水解和水化反应。

C3A反应速度较快，促进早凝；C3S和C4AF水化反应也较快，早期强度较高；C2S水化反应较慢，对后期强度增长的抗水性能较好。另外，水泥粉在地基土中的水化反应放出的大量热能使水泥土吸收水分的能力更强。

2.水泥的凝结与硬化

水泥的水化反应开始处在碱性的Ca（OH）2、CaSiO3等环境中，Ca2+使土中的SiO2、Al2O3发生化学反应，并逐渐生成不溶于水的稳定Ca（AlO2）2、CaSiO3及钙黄长石的结晶水化物。这些化合物在水中逐渐硬化，增大了水泥土的强度，而且由于其结构比较紧密，水分不易侵入，从而使水泥土具有足够的水稳定性。地基土一般表现出胶体特征，土中的SiO2遇水形成硅酸胶体微粒，表面的Na+当量吸附交换，使得土粒表面吸附的Ca2+所形成的扩散层减弱，大量的土粒形成较大团粒，这种坚固的联结使水泥土的强度大大提高。

3.碳酸反应

水泥水化物中游离的Ca（OH）2能吸收水中的CO2，生成CaCO3，这种反应亦能使水泥土的强度增加。

三、施工流程

桩机就位使桩架保持双向垂直→钻孔至桩底→喷粉提钻至桩顶→下钻复搅→提钻至地面→钻机移位至新桩位。

四、施工操作要点

1.放轴线桩

依据设计院提供的建筑物总图和布桩平面图，用经纬仪放出轴线，记录放线资料，认真做好原始资料记录整理工作，桩位编号要按设计图上的桩位编号，以免发生差错。每桩打桩前后，都要核对桩位，以防错打、漏打。

2.桩机就位

根据设计确定加固机体的位置，使搅拌轴保持垂直，校准机身水平，使钻尖对准桩位。

3.钻机搅拌

启动搅拌钻机，钻头边旋转边钻进，同时开动空气压缩机沿高压胶管、钻杆高压送气（即送强气流风），以防止钻头喷粉口堵塞并冷却钻头。

当水泥粉筛过后装入灰罐，通过空压机将水泥灰雾化，从小罐压入大罐后将大罐充气，压力保持在3～4kPa。当钻机钻进至设计标高时停止钻进，反转慢慢提升，同时开动送灰机，将大罐内灰送到管内，然后用高压气流（空压机）通过高压管、钻杆、带有喷射嘴的钻头把水泥干粉喷出，送入土体。在搅拌过程中，钻头叶片反转时，将已搅松的土压实，当钻头提升至离地面0.3～0.5m时，停止送灰正转，3m内复搅、复喷，再反转匀速将钻头提升、压实，直至提出地面成桩结束。

施工中如发现喷粉量不足，须实行整桩复打，并不小于设计用量。如遇停电、机械事故等原因导致喷粉中断必须复打，复打重叠孔段长度不小于1m。