水泥搅拌桩处理软土路基技术在高铁施工中的应用探讨

文／相肖娟、林建 中铁华铁工程设计集团有限公司 北京 100071

引言：

路基的质量保证是高铁道路施工的基础，在建设过程中要加强对路基的重视程度，施工不当会导致路面塌陷或者使用年限较短的问题，对使用者和公司都存在一定隐患，因此在路基建设的过程中要巩固和加强软土路基的技术，水泥搅拌桩的应用就可以很好地解决以上问题，论文从以下几个方面阐述，水泥搅拌桩的软土路基在高铁中的应用。

1、处理层下路床深淤泥层

1.1 水泥搅拌桩应提升软土路基质量的原理

软土路基是指有黏土和粉尘等细微颗粒的松软土或者空隙大的有机土以及泥炭、松沙等结构，软土的水成分含量较高，具有脱水性差，并且承载能力差的缺点，在软土的使用过程中，可以通过施加外界压力的方法剔除软土中的水分，当水分含量降低到一定程度时，软土组织会逐步地进行固化，由于这个时长较长，所以在实际的高铁道路修建过程中会采用水泥桩搅拌的技术针对性解决这一问题。水泥搅拌桩的基本原理是在预期地点把加固浆液与软土进行搅拌混合，逐渐地形成固结体，水泥搅拌桩将地基深处的软土和水泥进行搅拌，把水泥作为固化剂的主剂，通过水泥和软土之间的化学反应把物质进行凝固，水泥水解过程中会把软土中的水分吸收，水泥水化生成硅胶离子，具有比较强的吸附能力，这种硅胶离子可以使软土颗粒进一步的结合，从而把软体的结构变得更具有整体性和稳定性，地基也就有了更好的承载能力。在高铁工程的施工过程中，水泥搅拌桩的作用非常多，作为一种有效的软土地基处理方式，成桩的质量和软土的类别，以及软土的含水量、水泥搅拌桩的施工工艺等诸多因素都会影响高铁最终的施工质量。

1.2 水泥搅拌桩在施工中的使用

在施工过程中，首先要注意测试的放样环节。在现场交接完装之后要进行测量工作，合理地控制误差值的大小。根据设计图的结构，把竹片桩定位，一般规定的误差应小于5cm。之后要进行试桩操作，在水泥搅拌桩工作之前要确保机器能够正常的进行工作，在供浆时需要连续和均匀实际的施工，工作过程中也要把搅拌桩工作时间、供浆、停浆的时间以及气体流量和搅拌速度等数值进行记录，在以后的大规模施工过程中可以作为数据指导。水泥搅拌机在实际的施工过程中需要注意以下几点。

（1）搅拌机需要放到指定位置，能够确保施工过程中水泥搅拌桩的位置准确。

（2）在开启搅拌时，仪器上的钢丝绳向下旋转可以调制到标高。

（3）在施工过程中如果遇到土质较硬的情况，可以用泵水润滑，降低钻头的前进难度。

（4）搅拌过程中如果需要加快搅拌速度，需要严格按照之前设定的程序进行，确保水泥墙能够发挥正确的作用。

层下路床身淤泥层的处理也可以采用灌浆法或者排水固结法，灌浆法的方法多种多样，采用水泥浆或者水泥砂浆等化学浆料利用压力或者电化学原理把浆液注入到淤泥层中，从而改善软土基层。排水固结法就是把淤泥层的水进行排出，施工过程中可以利用加载顶压的方式，让淤泥层中的水分沿空气流出，从而淤泥层会慢慢枯竭，地基也就会沉降，强度随之提高，排水固结法可以针对性地解决地基沉降的问题。

1.3 水泥搅拌桩应用于水泥构造物的形成

满足承载力的要求之下，高铁道路的施工特点也需要进行考虑，有关于施工条件以及造价方面也同样需要关注，软土路基的处理方法要结合实际情况进行设计。常用的软土地基的处理方式就是在软土的结构中构建强度较大的构造物，提高原有的地基承受能力，水泥搅拌桩就是构建软土中的构造物，利用深层搅拌器把原有的基土和水泥砂浆进行搅拌，形成水泥构造物。水泥搅拌桩具有强度大、刚度大的特点，把水泥搅拌桩加入到地基的过程可以使地基的承载能力提高，并且周围的土体也能够分散作用力，从而可以把地基的承载的作用力有效地进行降低，水泥搅拌桩也提供了垫层的作用，在搅拌机的搅拌过程中，水泥和基础混合在一起，把原有的路基垫层取代，在地基深处形成了复合的地方基体，这种地基体的高度较强，所以地基的强度也会随之提升，在水泥搅拌桩工作的过程中，可以提供加筋的作用，软土中把水泥搅拌桩树立起来就类似于加筋，水平位移的问题也可以得到解决。

2、处理软土基础

2.1 搅拌桩水泥处理软土基础的准备

在对软土基础处理的过程中要进行施工前的准备，首先要把场地的杂物进行清除和处理，施工场地需要进行平整处理，如果施工场地处于低洼地段，应该把清淤进行抽除，可以适当地把分层回填黏性土填料压实。除此之外还要注意水泥搅拌中的位置，机械的性能保障是施工的基础，设备在施工中要具有稳定性。在实际的施工过程中也要进行控制措施的采取，正式施工前要将水泥运送到现场，施工顺序要严格按照规范执行，在施工之前准备好充足的原料水泥桩，开钻之前需要把管道进行清理以免堵塞，管道内的水也需要检查是否排净。搅拌机上悬挂的吊锤是用来调整水泥搅拌桩的垂直度。施工前要仔细地检查垂直度是否合格，并且要将这制度进行记录。水泥的用量要和设计的用量吻合，严格地按照设计的规范进行操作，搅拌设备需要配备记录仪，同时应该配备打印设备，方便管理人员查看搅拌效果，在施工现场水泥浆的比重测量仪十分重要，是检查水泥灰比是否符合规定的重要仪器。中体垂直度的保持应该在每次下算和提算时进行调整，提高一个档位或者低档进程，都需要严格地按照规定完成，例如在下算时应该以低档进行，负角时可以采用高档，成桩的质量保证需要每根桩的时间控制得当，一般时间控制在40min以上，喷浆的压力应该大于0.4MPa。提倡喷浆时需要在桩底的部位停留30s 以上，搅拌头保持喷浆的状态，持续的停留时间可以保证浆料喷入到桩体之内。为了保持成桩的连续性，在施工过程中应该严格的对成桩的时间进行控制，成桩的质量和成桩是否连续具有非常大的关联，在生活当中应该禁止为喷枪提升钻干的行为。如果发现长料不足或者喷染量不足的时候，应该对整体的搅拌桩进行附角控制复喷的潘长亮超过设计用量，施工过程中如果停电或者机械出现故障，应该用记录仪记录此时喷浆的深度在12h 之内采取补救的措施。在处理软土基础过程中，常用到以下6 种方法。

2.2 水泥搅拌桩处理软土基础的方法

2.2.1 表层处理法

表层处理法分为表层排水法、稳固计表层处理法和电磁法。表层排水法是针对地基表面的水分进行排除，在路基填筑之前把水分排出，使路基慢慢地固结，在后期的施工过程中也就更加顺利在排水过程中需要控制一定的水沟，利用透水性比较好的沙砾填补水沟，稳固剂表层处理的方法是把稳固剂拌入到软土地基中，例如石灰水泥，这种稳定的材料可以提高地基的压缩性和稳定性。电磁法是为了缩短固结时间，在软土地基的顶层铺上稳定的化学物质作为排水层。表层处理的方法可以有效地预防软土地基的下沉和稳定性差的问题，改善地基的承受能力。

2.2.2 强夯法

利用冲击对软土层的表层进行压力的施加，使地基的密度提高，在实际的使用过程中，可以利用重锤自由落体产生的冲击增加地基的强度，使地基的压缩性得到降低，并且也能够改善震动液化的能力，在处理可液化砂土地基的时候也可以采用强夯法。在不同的土质类型中夯实的过程也可有所选择，例如对于饱和无黏性土在夯实过程中由于土体会液化，这种过程与爆破的致密过程具有相似性，而对于饱和细腻黏土，就可以选择其他的夯实方法。

2.2.3 抛石挤淤法

将一定大小的石块填补到淤泥和淤泥的土质当中，把原有的淤泥土质带走，以此进行加固。这种方法在软土及道路施工过程中应用较多，是因为石块不易风化，大小合适的石块也较为容易选择，但是在使用过程中要进行选料和抛石角度的问题考虑。抛石机具有技术简单成本低的特点，因此在实际的软土基处理过程中广为应用。

2.2.4 指碎石法

这种方法应用于建筑方面较多，在铁路方面也时常应用，高铁建设过程中，地基的承载能力和形变都要有很明确的要求，碎石桩可以加大地基的密度使地基具备更良好的性能，地基的抗压能力也能够有所增强，地基均匀的同时也提升了质量。在进行碎石桩方法的应用过程中，一定要把软土地基进行预压，如图1。

图1 预压地基准备

2.2.5 指碎石桩处理方法

这种方法是较为传统的施工技术，在实践的过程中的施工效果比较符合现在的需求，因此碎石桩的处理技术得到了充分的认可，但是在这一技术的实际使用过程中，施工人员需要利用到冲击和震动的能量，促使基土表面出现孔径点，才能把碎石填充到这些空间点之中，再通过粘结剂把碎石进行粘合，促进碎石桩的形成，这种处理方式可以把高铁路基的承载能力极大地进行提升。这种处理方法对于施工人员有一些技术性的要求，他们需要根据软土的面积和性质确定碎石桩所需要的位置和密度，这一技术的优点在于碎石桩较为稳定，受到外界环境因素的影响较小，并且对于路基下沉的情况可以有效地阻止，施工成本相对较低，但是它的适用范围有局限性，例如路堤较宽的情况就不太适合。

2.2.6 换填技术

通过填补的方式把软土路基的内部结构进行改变，施工人员可以利用器械将软土中的部分挖掉，然后填入碎石或者强度较高的物质在进行夯实，这一技术物料的填充是关键部分，首先对于物料的选择就有所要求，需要硬度较高、强度较大的物质，其次对于位置也有所要求，在物料填充过程中应该把软土空间的最下方的位置进行填充，这一技术在纵向深度较为明显的软土路基中使用更加具备优势。注浆技术的应用需要有高压力的助推，施工人员对于作业区域的土质要有所检测，然后利用高压喷嘴把软土切割，使泥浆和软土充分地进行混合均匀，等到凝固之后，高铁的路基也就会变得更加坚硬。注浆技术具有提高路基强度、防止软土下沉的作用。对于团结处理技术，施工人员要在化学设计上进行一定量的添加，软土的结构需要化学试剂进行改变，以提升软土路基的稳定性，在高铁道路的施工过程中，旋喷的方式可以使得固化剂和软土的接触面积较为宽大，这对固化剂的粘连效果有所提高，也能够提高软土的稳定性。在排水过程中要应用排水处理技术。软性较低的地基中可以利用沙井团结，把软土中的水分进行剔除，在软土排水的过程中，施工人员应该铺设沙井通过预压沙井使得排水速度提高，并且对于预压的速度，施工人员也要有所关注，防止地基沉降。

3、软土路基水泥搅拌中在高铁施工中的处理措施

高铁建设区别于其他道路建设，在高铁建设的过程中，路基的质量尤为重要，高效的教程处理技术才能符合高铁平整和稳定的标准。在建立高铁道路的时候，也需要考虑外部施工环境的因素，例如地质、地下水等地方，一般情况下高铁道路较长，需要经过的地质环境较为复杂，周围的路径容易被破坏，导致地基的下沉和隆起。因此在实际过程中需要考虑到道路周围的地质情况和自然因素的影响。

3.1 水泥搅拌桩的控制量化

3.1.1 水泥搅拌桩桩头的控制

在水泥搅拌桩施工的过程中，搅拌头的选择对后续的施工顺利程度具有非常大的影响，搅拌头的选择可以解决喷浆过程中搅拌不匀的问题，因此在施工过程中要注意水泥搅拌中的桩头选择钻机反复提钻并且喷浆的过程如果低于地面基准的30cm 到50cm 时，可以进行30 秒的持续喷浆，这么做的目的是保证了上层部位的密度和强度。考虑到传递原理在水泥桩上部的密度和强度方面都应该进行加强搅拌桩的顶部设计，接近设计的标高时，可以在1.5m的范围内增加喷浆的搅拌。

3.1.2 桩长、桩位、桩径的控制

对于桩长的控制，要做到看表和标记二合一，在设计桩长的深度位置和没进钻的断点位置上要标记出明显的痕迹，例如写上数字。桩位的控制是指在测量放样时应该利用算白灰时点的方法，控制桩位的垂直度，垂直度会影响到重装的承载力，最好用吊锤头的方法把水泥搅拌桩的垂直度进行控制，搅拌桩的垂直度偏差不能超过1.5%。桩位的控制就是把桩位的偏差控制在5cm 之内，通过钻杆上挂吊锤，这项措施可以实现以上的控制。对于桩径的控制要求，就是不得小于设计的直径，实际的施工过程中钻头的检查也十分重要，发现磨损时要及时的修补，按照设计好的桩位、桩长和桩径控制喷气量和实验参数。在水泥搅拌中工作的过程中，要记录工作日的天气日期以及水泥浆的泵压力等条件。

3.1.3 成桩的控制

在制装工作完成后，需要达到规定的时期后进行，开挖桩头的清理和养护十分重要。在清理过程中应该使用较轻型的机械，避免使用重锤或者重型机械，这些仪器容易对桩头造成一定的损伤。水泥搅拌桩成桩后的一个月左右时间，需要对桩的完整性、均匀性、长度都予以检查，采用钻孔取样的方法取出样片进行搅拌，如果呈现出的颜色较为均匀和一致就可以停止搅拌。在钻心取样的环节中应该把位置选在桩的外侧。整个操作过程中要避免水泥浆的聚集，以防出现结合的现象，除此之外也要注意填土工作应该在成桩后一个月后再进行，如图2。

图2 成桩过程

3.2 水泥搅拌桩的使用

目前高铁工程的软基处理工作基本都采用水泥搅拌桩进行喷浆的处理方式，软基处理是否合格和多种因素都有所关联。水泥搅拌桩工作之前应该进行水洗，并且逐个检查管道中是否有堵塞的现象。吊锤和吊杆的控制可以从上到下、从左到右，通过距离相等进行控制，对于成型的搅拌桩检查的重点就是水泥的用量和压浆过程中是否有断浆现象，水泥的水解反应和水化反应是化学反应，当水泥的水化物生成之后，一部分继续硬化，形成石灰骨架，一部分与周围的黏土颗粒发生反应，形成胶体。

3.3 注意外部环境因素的影响。

在高铁公路建设的过程中需要考虑到环境因素，由于目前大部分公路都是混凝土结构，容易受到温度变化的影响，而高铁在运输过程中温度的变化又十分大，容易受到热胀冷缩的影响产生裂缝，并且随着高铁道路的使用延长的增加，混凝土的碱性也会有所降低，氯化物就会随之加入到氛围中，这种情况下混凝土的保护层也就会影响到高铁道路的质量，所以在软土地基处理技术过程中，要对外部的环境因素进行充分的考量，通过与实际应用环境的合理和科学性的设计，减少外界环境对于高铁道路的损毁。

在软土路基处理的过程中影响因素非常多，例如道路的形状是以及施工的要求和周围的环境等，施工过程中，路堤所需要的高度和宽度是高铁建设首先要考虑的因素，这对施工过程中采用的技术和方法都有所影响。针对不同的目的采用不同的方式才能对应地基的强度，根据道路的形状选择合适的施工技术。

结语：

在高铁的施工过程中，由于地质情况的复杂性，不同地段的软基础情况也就有所不同，有关于土质层的含水量差距也逐渐增大，涂层的强度和黏度也有所差异，水泥搅拌桩在施工过程中容易出现断桩的现象，因此在施工过程中一定要做好土质分析，并且根据软土的实质结构选择合适的治理方案，确保在施工过程中不会出现差错，对地基的强度和稳定性有效提升。随着科学技术的迅速发展，处于软土地基的方法逐渐增多，但是在选择过程中要进行实地的考察，联合具体的情况选择最好的处理方法才能有较好的施工效果。确保施工方案的合理性和可行性，施工过程中的细节要进行严格的把控，确保施工过程中的质量。