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12％～15%，水灰比控制在0.4～0.6之间；在掺入一定量的高效减水剂时，水灰比可以控制在0.5～0.7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

0.4～0..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7.07×7.07×7.07cm3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30～60kg／m，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：1×1m、1.1×1.1m、1.2×1.2m、1.4×1.4m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ST—1型、PS—5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20～30s磨桩端）→反循环提钻并喷水泥浆（提升速度一般控制在0.5～0.8m/min左右）→上升至地面以下30～50cm(持搅20～30s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