水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用

　　摘要：主要探讨和分析了在使用水泥搅拌桩处理软土地基时设计和施工方面遇到的问题，对于今后公路软基处理中的水泥搅拌桩应用具有一定帮助。
　　关键词：水泥搅拌桩；设计；施工方法；复合地基承载力；检测
　　
　　公路在穿越软土地段，其软基加固已是公路设计及施工中的一个重要问题。目前软基的处理方法主要有以下几种：(1)换填土法：适用于深度<3m的淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土等的处理。(2)桩体挤密法：其中包括土及灰土桩、砂石桩、石灰桩。(3)砂井：适川于软土地基，特别是软基中存在连续薄砂层时。(4)强夯法：适用于地下水位以上的巨粒土、粗粒土及特殊土地基。(5)深层搅拌桩法：适用于加固粘质土和有机质土、软土层较厚，工期较短的地基。(6)高压喷射注浆法：适用于粘质土、有机质土和特殊土粗粒土的地基。(7)化学固化剂法：适用于被油脂和石油之类化合物污染之外的任何土类，对于地下水PH值>9的地区不适用。此外还有电渗法，振动水冲法，塑料排水板法等等。现在的桥梁基础，有很多部分采用水泥搅拌桩，因为它具有施工工艺简单，施工方便，周期较短，承载力稳定可靠等优点，应用此法加固的软土地基能有效的减少地基的总沉降量，这对控制路堤的工后沉降和解决桥头“跳车”等问题具有明显的效果。因而被广泛应用于公路和铁路桥梁等结构工程中[1,2]。水泥搅拌桩是一项隐蔽工程，如能在桩基工程施工中规范施工，狠抓质量，可减少施工成本。笔者结合近几年来的设计、施工经验总结出钻孔灌注桩在软基处理中的几个需要注意的问题与大家共同探讨。
　　1用水泥搅拌桩加固地基应注意的问题
　　(1)根据地质条件的不同选择不同地段进行试桩，通过试桩确认原定施工工艺和水泥土配合比是否满足设计要求，对不合格产品调整配料及工艺过程后继续试桩，直至达到爨把并以此指导水泥搅拌桩施工[3]。
　　(2)施工时必须使搅拌桩穿透软弱层，打至相对硬的土层作为桩长的控制指标。若设计桩长没穿透软弱层，要根据实际地质状况确定是否还需要继续穿透软弱层。
　　(3)桥头地段搅拌桩施工时，要注意桥头灌注桩桩位，当两者相遇时，避开灌注桩位。
　　(4)喷浆要注意均匀性。由于各层土的性质不同，其软硬程度不一样，势必造成不同层次的土会有不同的钻进速度，所以必须控制喷浆速度，以使每层土的水泥含量相同。
　　(5)桩体完成一个月后才能上土预压。要严密进行沉降观测，当沉降量满足设计即当地沉降最小值要求时，才允许结构物施工。
　　(6)对结构物的地基处理及预压应先进行，以期符合全部路基施工计划的合理性。
　　(7)必须做好完整严格的记录。
　　2桩长的确定
　　要尽量选择天然持力层较高的土层作为持力层。有关实验检测显示，桩的轴向应力在桩的上部3—5倍桩径范围内比较集中，以下收敛较快，当桩具有一定的长度时(一般大于8m)，则桩端持力层对单桩承载力影响较小，此时，桩长主要控制的是沉降量而不是提高承载力，所以，桩要穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层，并深入硬土层50cm，若软土层较厚，钻机无法打穿时，应按摩擦桩计算确定桩长。
　　3水泥搅拌桩复合地基承载力分析
　　水泥搅拌桩复合地基的平均允许承载力公式为：
　　
　　式中-复合地基的承载力标准值；m-置换率;-单桩竖向承载力标准值，-壮间土的承载力标准值；-折减系数。
　　由上式可见复合地基承载力是由桩体和桩周土强度共同决定的，桩和桩间土各自分担的应力都满足要求时，复合地基承载力才能达到设计要求，桩土分担的应力比值一般在3一10之间。盲目的增加水泥掺人量并不能从根本上增加复合地基的承载力，所以桩的强度应适度，要和天然土的强度相互匹配。当复合地基承载力不能满足设计要求时应考虑增加桩土置换率，减小桩问距，粉喷桩的桩间距由单桩承担的加固面积来确定，一般为1.0~1.5m，进行粉喷桩设计时，很难一次计算就能达到满意的效果，常常需要调整桩长和桩距，进行反复计算，直至满足要求。
　　4施工对搅拌桩质量的影响
　　施工时要根据试验结果采用的水灰比配置水泥浆，即将一定数量的水泥加入到相应体积的水中，用搅拌器械将其充分拌和，直至水泥浆均匀一致，用比重计检测水泥浆稠度，以控制水泥浆的质量[4]。对每一根水泥搅拌桩，根据设计深度计算出水泥用量，根据选定的水灰比配制出水泥浆，用控制总浆量的办法保证每根搅拌桩达到设计要求的水泥用量。在钻机钻进或提升过程中，应保证喷浆的均匀性，不应出现局部喷浆过多，局部过少的现象。由于钻机在不同土层中的钻进能力不一，所以在硬土层中钻进速度慢时，应调低喷浆流量；而在淤泥质土层中钻进速度快时，应加大喷浆流量。桩身应在地面以下l／2～l／3桩长并不小于5m的范围内进行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和，大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。若不进行复搅，粉体在桩中往往形成层状“夹生”，对桩的强度十分不利，施工时若发现喷粉不足，应全程复搅，复搅的喷粉量应不小于设计用量。应严格控制重复搅拌时的提升和下沉速度，以保证加固深度范围内得到均匀、充分的搅拌，否则将会严重影响搅拌桩的质量。
　　5对已成型的钻孔灌注桩应进行哪些检查
　　由于钻孔灌注桩是一项隐蔽工程，以往桩基检测技术办法不多，但现在随着科学技术的发展，无损检测技术的不断进步，隐蔽工程的透明度也越来越高，多种桩基检测技术相继出台，如高应变检测法，低应变检测法、超声波法，抽芯试验法等等，给人们对桩基成品进行检测带来极大的便利。根据桩基现场实际情况选择不同的检测方法(见如表1)。
　　表1桩基不同检测方法汇总表
　　检测方法 检测内容 特点
　　高应变检测 基桩完整性，砼质量 检测工作较复杂，包括清理桩头，安置传感器。
　　低应变检测 基桩完整性，砼质量 检测工作较简单，只有清理桩头一项，检测费用较低，目前应用较广。
　　超声波检测 基桩完整性，砼质量 检测工作较简单，只需要在灌注桩基期间，埋设专用管道供超声波探头上下移动所用，检测费用低，目前全国已经普及。
　　抽芯试验 基桩完整性，砼质量 检测工作复杂，包括架设舞芯设备，芯仟强度试验，压浆封孔等，检测费用高。
　　当搅拌桩成桩28d后，进行取芯抽样检查，其抽样频率应按招标文件要求或当地交通部门有关规定执行。当无要求时，抽查3％～5％为宜。抽样检查内容包括桩长、水泥土强度、桩土搅拌均匀程度、桩身的完整性。对搅拌桩的强度检查应取上、中、下三个部分进行，只要桩体某一部分出现薄弱环节，该桩就失去了其使用性能。要求钻芯取样必须完整。随机抽查的桩位不宜小于总桩数的0.2％，并不得少于3根。对于特大桥和箱通地基最好每处必检。
　　6结语
　　(1)水泥搅拌桩加固软土地基效果明显，但存在临界桩长，桩长不宜超过12m。
　　(2)从单桩及复合地基静载荷试验可以看出，桩长对增加地基承载力的效果不如增加桩间距明显，故应在临界桩长范围内合理选择桩的布置形式及桩间距等参数。
　　(3)水泥搅拌桩处理软土地基与其它软基处理手段相比虽然具有施工方便、工期短、工后沉降小(营运质量高)等显著优点。但其设计的合理与否将会对工程造价产生较大的影响，如何正确认识软土地基的危害，深入研究软士的性质，即经济又合理的设计水泥搅拌桩是值得不断探索和研究的。
　　
　　参考文献：
　　[1]中华人民共和围交通部．公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ017-96)[s]．北京：人民交通出版社，1997．
　　[2]刘玉卓．公路工程软基处理[M]．北京：人民交通出版社，2001,12．
　　[3]邱青长,莫海鸿,董志良,等.水泥搅拌桩和砂桩在真空预压防护工程中应用与分析[J].岩土工程学报,2007,29(1).
　　[4]胡贺松,彭振斌,杨坪,等.软土水泥搅拌桩复合地基沉降特性试验研究[J].中南大学学报（自然科学版）,2009,40(3).