岩土工程水泥搅拌桩施工技术中的分析

来源:用户上传      作者:

　　摘要：本文结合工程实例，总结水泥搅拌桩应用中主要的设计施工技术参数或指标，并列举水泥搅拌桩在岩土工程中的几个应用问题和相应的解决办法。
　　 关键词：水泥搅拌桩施工技术 参数选取解决对策
　　 1概述
　　 南京河西地区雨润大街与香山路交接外，此区域地质情况主要岩土层为广泛分布的淤泥层，其特点是埋藏浅、承载力低、孔隙比大、含水量大等，对工程影响比较大，工程实施中往往需要做处理才能发挥其预期作用。水泥搅拌桩在基坑支护、软基处理和河堤防渗等岩土工程中有着不可替代的优势，在基坑支护中在开挖深度小于6m的浅基坑可以单独作用，当作重力式挡土墙来考虑；超过6m的可以与灌注桩联合使用，因为水泥搅拌桩的主要作用是止水；当进行软基处理时，其作用主要是改善土体的结构，减少土体压缩变形，从而降低整体沉降量。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。由于干法施工控制的环节过多，质量控制不容易，目前水泥搅拌桩施工较多采用湿法施工工艺。
　　 2水泥搅拌桩的设计、施工主要参数选取
　　 水泥搅拌桩在工程中能否达到预期的目标，与施工范围的岩土性质有密切关系，其参数的合理选取至关重要，否则会产生很多失误，导致工程失败，以下是南京河西地区雨润大街与香山路交接外，工程常用的主要参数或指标：
　　 ⑴特征值，包括单桩承载力特征值和复合地基承载力特征值，是桩土之间的力学关系，一般通过现场荷载试验确定，也可以采用规范的办法进行估算，一般处理后的复合地基承载力特征值可以提高1～1.5倍。
　　 ⑵抗拉强度、抗压强度，一般抗拉强度为抗压强度0.06倍左右，抗压强度主要与土的种类、含水量、水泥渗入比、养护龄期及外加剂等因素有关。当土样含水量在50%～80%范围内变化时，在水泥掺量相同的情况下，含水量每降低10%，水泥加固土的强度可提高30%～
　　 50%。
　　 ⑶水泥选用：主要选用32.5R、42.5R，一般软基处理选用较低强度等级、基坑支护选用较高等级的水泥。
　　 ⑷掺入比或每米多少公斤水泥（比较方便进行施工控制），掺入比是水泥的掺入量与被加固土的重量比，而桩外的土不参与计算，其取值一般为12%～20%。
　　 ⑸水灰比，一般为0.4～0.7之间，含水量较多的土层，应采用较低的水灰比。
　　 ⑹外加剂的添加是对水泥特性不足的一种补充作用，应用好了就可以加大水泥搅拌桩的应用范围，其应用主要采用以下几种：石膏：在局部淤泥层中往往会遇到有机质含量较高的情况（大于1.0%），有机质可使土壤具有较大的水溶性和可塑性，显著的膨胀性，过大的压缩性和低渗透性，并使土的酸性增加（当土样的PH值小于5时，水泥的水化反应将受到较大的限制），这些因素阻碍着水泥水化反应的进行，遇到这种情况，可掺入适量石膏粉。石膏粉有化学胶凝作用，石膏与水泥水化物反应生成钙矾石结晶，能大量吸附软土中的自由水；石膏与水泥中的水化铝酸钙作用，生成硫酸钙晶体，使水泥土体膨胀，产生膨胀应力，起着填充孔隙的作用，实践表明含水量超过60%的土层添加石膏是可行的。早强剂：在基坑支护中往往不可能待搅拌桩强度为90天后才能开挖，这样就要求水泥搅拌桩能尽早发挥其符合要求的强度，这样可以可以加早强剂，一般一个星期就可以进行土方开挖了。减水剂：若在炎热天气下施工时，为保证输浆管路畅通，防止堵管，可在浆液中掺入适量的减水剂（木质素磺酸钙）。
　　 ⑺桩长、垂直度，搅拌深度一般为5～18m，对于止水作用的搅拌桩，其垂直度一般控制在1%以内，过大了可能搭接厚度不足，导致止水失效，对于软基处理的则主要要求其1.5%以内。
　　 ⑻送浆压力：送浆压力控制在0.6～1.0MPa之间，桩上部采用较低压力值，桩下部采用较高的送浆压力，淤泥层中适当增大送浆压力。出浆口泵压控制在0.4～0.6MPa，有条件时将水泥浆制备系统安装在流动挂车上，便于流动供应，采用泵送浇筑时，泵送距离小于50m为宜，否则导致水泥浆出口压力不足。
　　 ⑼搅拌速度：下沉速度（Ⅱ、Ⅲ挡）1.0～1.3m/min，提升速度（Ⅰ、Ⅱ挡）不大于转速30～50r/min，搅拌速度的限制主要是保证水泥土每点能充分的搅拌次数。⑽喷搅次数：多为两喷四搅、四喷四搅的形式，在水泥用量一定的情况下，四喷四搅的施工方法更能保证桩体的质量，搅拌更均匀，采用连续喷浆相对减少了堵管的可能性。
　　 3应用问题及解决对策
　　 水泥搅拌桩在岩土工程中应用中出现的问题屡见不鲜，原因往往是多种多样的，有设计的、有施工管理的、有机械设备的，本文主要根据笔者接触到的工程，从搅拌桩与岩土之间的关系考虑或归纳：
　　 3.1被动土加固问题
　　 在淤泥层比较深厚的基坑支护中，往往采用被动土加固的办法提高其整体稳定性和抗倾覆能力，但设计时往往忽略一些细节，采用品字形的桩，这个设计的弱点是每根搅拌桩分离，没有形成一个整体效果，当受到水平推力时会依次倒下，起不到很好的被动土加固效果。某城市某地区行政中心地基与基础工程基坑支护原设计采用品字型桩，没有构成一个整体，在施工单位有关人员审图时根据经验判断该部位设计可能不妥，后来经设计变更，最终取消这种加固形式，采用加大支护桩厚度的办法（见图1，效果比较好，总体桩数量还节省了。
　　
　　
　　
　　 3.2桩间止水问题
　　 在基坑支护中，往往由于计算排桩时是单独考虑其受力以及其变形，而止水措施则是没有参与计算的，导致其变形不协调而产生排桩与止水桩的分离和止水桩的断裂，导致地下水从搅拌桩的裂缝中渗流出，影响该方法的应用。设计时得总体考虑桩土间的变形，施工过程中也应积累这方面的监测数据，目前应用上往往以加大止水桩排数或用旋喷桩代替。
　　 3.3沉桩问题
　　 受负摩阻力的情况在特殊底层中比较普遍，主要是因为不正常固结土层相对于桩有向下的趋势，导致桩周受到向上的摩阻力（见图2），当桩自重G大于桩土间抗力时，则发生沉桩，则导致桩出现位偏移过大、下沉过大或桩身破坏等后果，这种现象主要发生在饱和淤泥层很厚而桩没有进入持力层或水泥搅拌桩的强度增长缓慢的情况。主要解决办法是采取添加早强剂、减少水灰比和预留沉降长度等措施。
　　 3.4浪费过大
　　 复合地基中上部附加应力大，下部附加应力小，从提高复合地基承载力特征值和减少沉降的角度来说，上部可以加大截面面积（提高复合土层的压缩模量）或加大其水泥用量，下部适当减少，其效果比等径的搅拌桩有较大优势，基于这个角度考虑，近年一种钉形水泥土双向搅拌桩的专利技术逐渐流行。如果对于软基处理工程，一味强调每米多少公斤或掺入量，没有考虑受力分布，导致浪费过大或质量事故；对于基坑支护或止水桩，那么其均匀性和止水作用就显得更重要，在淤泥层中可以采用变掺量的方法施工（需要对岩土条件有详细的了解），分类进行处理，可以降低工程成本。
　　 4结语
　　 水泥搅拌桩在岩土工程中的应用也有其局限性，搅拌桩水泥的控制是其成功与否的关键，如果现在的水泥材料占总造价的比重过大（涨价等因素），那么其应用会受到其他地基处理方法的挑战；现在的施工机械一般都比较高大，施工场地条件则会制约其应用。由于水泥搅拌桩的应用处在半经验半理论状态中，在实际应用过程中，有很多成功的例子也有局部失败的例子，相信在广大工程技术人员的努力下其应用将会随着施工技术进步、新材料、新机械设备的推出而得到普及。●
　　 【参考文献】
　　 [1]李仁民.钉形水泥土双向搅拌桩施工技术及应用.《建筑施工》2007.4
　　 [2]工程技术文集.广东省基础工程公司.2006年技术交流大会
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-582951.htm