水泥搅拌桩在软土地基中的设计与施工

欧阳志峰

1 工程概况

1.1 工程简介

广州动车组检修基地工程位于广州市番禺区,拟修建一、二级检修库、三级检修库、四、五级检修库、不落轮镟库等。库房区原地貌大部分是水塘、水沟,属于珠江三角洲海陆交互相沉积平原地貌单元,地形平坦,库房内软土地基必须进行加固处理,选用深层水泥搅拌桩加固处理方案。

1.2 工程地质条件

①淤泥,灰黑色,流塑(表层有0.5 m左右为种植土),厚度3.9 m～14 m,地基承载力特征值 fak=60 kPa;②粉质黏土(局部有此层土),灰黑色、黄褐色、软塑,厚度0 m～4.5 m,地基承载力特征值 fak=120 kPa;③粉质黏土,浅黄色、硬塑,厚度0 m～5.5m,地基承载力特征值 fak=150 kPa;④粉细砂(局部有此层),厚度0 m～5.6 m,地基承载力特征值 fak=100 kPa;④1泥质粉砂岩,浅红色,全风化,厚度0 m～9.3 m,地基承载力特征值 fak=300 kPa;④2泥质粉砂岩,浅红色,强风化,厚度 12 m～24 m,地基承载力特征值 fak=300 kPa;④3泥质粉砂岩,浅红色,弱风化,厚度6 m～8.3 m,地基承载力特征值 fak=500 kPa。

2 方案设计

2.1 设计参数

1)水泥掺入比大于12%;2)室内配合比设计:7 d无侧限抗压强度:qu≥0.8 MPa,28 d无侧限抗压强度:qu≥1.6 MPa,90 d无侧限抗压强度:qu≥2.4 MPa;3)现场质量检测:28 d取芯强度:R28≥0.8 MPa,90 d取芯强度:R90≥1.2 MPa,单桩竖向力特征值Ra＞100 kPa,轨道基础下其复合地基承载力特征值 fspk＞150 kPa,地面下其复合地基承载力特征值 fspk＞80 kPa。

2.2 单桩竖向承载力标准值的设计

搅拌桩单桩竖向承载力标准值取决于桩身强度和地基土情况,一般应通过现场单桩荷载试验确定。无试验资料时,根据JGJ 79-91建筑地基处理技术规范,单桩竖向承载力标准值可按下列两式计算,取其中较小值:

其中,Rdk为单桩竖向承载力标准值;η为强度折减系数,取η=0.5;qa为桩周土的平均摩擦力,根据该工程地质勘察资料及其他相关资料,填砂土取7 kPa,淤泥土取8 kPa,粉质黏土取14 kPa;Ap为桩的截面面积,本工程采用直径为50 cm的桩,Ap=0.196 3 m2;Up为桩身周长,本工程为0.5π=1.571 m;l为桩长;α为桩端天然地基土的承载力折减系数,取α=0.5;qp为桩端天然地基土的承载力标准值,根据其地质勘察资料,持力层粉质黏土 qp=190 kPa;fcu,k根据其相关实践试验资料,取 fcu,k=1.5 MPa。

2.3 水泥搅拌桩复合地基承载力标准值设计

根据JGJ 79-91建筑地基处理技术规范,搅拌桩的承载力按下式计算:

其中,fap,k为复合地基承载力设计标准值;m为面积置换率,根据桩的间距和布设情况,计算取值约为20%;β为桩间土承载力折减系数,取β=0.7;fa,k为桩间天然地基土平均承载力标准值,根据该工程勘察地质资料及其他相关资料,填砂土取70 kPa,淤泥取50 kPa,粉质黏土取190 kPa。

3 施工工艺

3.1 施工步骤

1)测量放线。a.根据总平面图所标示的曲线参数,用全站仪测量定位一、二级检修库控制线。b.根据控制线做护桩,根据报验的桩位图放出桩位,并打入竹签。c.测量人员必须持证上岗,测量仪器要满足精度要求,并有鉴定标签。测量实行换手复测,技术负责人审核,并上报监理阶段测量成果[1]。2)施工工艺。原地面清表处理→测量放样→钻机就位→送风,启动自动记录仪→钻进至设计深度→喷粉、搅拌、提升钻头→提升至原地面→钻进、喷粉至1/3桩长处停止喷粉、搅拌至设计深度→提升并搅拌至桩顶→钻机移位,进行下一根桩施工。3)桩机就位[2]。使搅拌机到达指定桩位对中,并保持桩机底座水平。以桩机两侧的两个线锤校正机架垂直度,控制垂直度偏差不超过1%。4)钻进及送粉。启动钻机,钻头正转,待搅拌钻头接近地面,启动自动记录仪,空压机送气,钻至设计深度,关闭送气阀门,打开送料阀门,喷送加固粉料。判别钻机是否进入持力层的方法:由钻机钻到最深处时的下钻速度和电流表的读数来判定,下钻速度0.5 m/min,电流值是额定电流值的125%以上。5)搅拌喷粉。继续喷粉、钻头反转搅拌提升至桩顶,在钻进、复搅、复喷至1/3桩长处,停止喷粉,钻至设计深度,再提升、搅拌至原地面。6)进行下一根桩的施工。

3.2 施工设备

设备选用PH-5型深层搅拌桩机,主机有2个液压底盘和4个液压支腿,可通过铅垂线和水平尺检查调整4个液压支腿来保证搅拌桩机的垂直度。成桩直径:标准500 mm,最大600 mm;生产能力:每台班完成加固体40 m3～50 m3,最大加固深度18 m。

3.3 施工控制

项目经理部指派专人负责水泥搅拌桩的施工,全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。所有施工机械均应编号,应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处,确保人员到位,责任到人[3]。水泥搅拌桩开钻之前,应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象,待水排尽后方可下钻。水泥搅拌配合比:水灰比0.45～0.50、水泥掺量 12%、高效减水剂0.5%。采用二喷四搅工艺,施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业,不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。

4 质量检测

水泥搅拌桩成桩7 d可采用轻便触探法进行桩身质量检验。

1)检验搅拌均匀性:用轻便触探器中附带的勺钻,在搅拌桩身中心钻孔,取出桩芯,观察其颜色是否一致,是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。2)触探试验:根据现有的轻便触探击数(N10)与水泥土强度对比关系来看,当桩身1 d龄期的击数 N10＞15击时,桩身强度已能满足设计要求;或者7 d龄期的击数N10＞30击时,桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4 m。水泥搅拌桩成桩28 d后,用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。

5 结语

水泥深层搅拌桩加固处理软土地基效果显著,经处理后地基固结了软土,增大了粘聚力,复合地基的强度得到了提高,可以取得较好的经济效益。

[1]张 震,张春会,林同祺.水泥搅拌桩在软土地基中的应用[J].勘察科学技术,2006(5):40-42.

[2]孔繁林,刘向杰.软基处理水泥深层搅拌桩施工控制探讨[J].科技信息,2007(1):223.

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[4]连忠灿.深层水泥搅拌桩在福州市港头泵站地基处理中的应用[J].引进与咨询,2006(9):49-52.

[5]龚龙刚,朱晓龙.水泥搅拌桩处理地基现场试验研究[J].山西建筑,2008,34(3):126-127.