水泥土搅拌桩在地铁软弱路基中的应用

 

1 工法简介

 

 水泥土搅拌技术是以水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,将固化剂和地基土强制搅拌,使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度桩体的地基处理 方法 。适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高的黏性土等地基。按固化剂和施工工艺的不同分深层搅拌法和粉体喷搅法。杭州地铁1号线工程湘湖停车场采用水泥土深层搅拌法施工,取得了良好的加固施工效果。

 

2 工程概况

 

 湘湖停车场总长1 254.41 m,其中DK1+702.909~DK2+320.385段,设计纵坡0%,施工原地貌平坦,无明显沟壑。设计桩长6 m~8 m,工程数量113 775 m(17 823根)。根据地质勘查报告显示场地未发现区域性深大断裂,无明显的新构造活动迹象,处于地质构造相对较稳定地质环境。

 

2.1 工程地质条件

 

 停车场场地平原区地层以第四系松散堆积层为主,总厚度为10 m~50 m,岩性主要为粉质黏土、淤泥、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土,其中淤泥、淤泥质土最为发育,局部最厚近30 m,软塑~流塑,具低强度、高压缩性、低渗透性等特点。

 

2.2 水文地质条件

 

 停车内浅部地下水属潜水类型,主要赋存于上部填土层及粉土层中,补给来源主要为大气降水及地表水,其静止水位深0.30 m~1.60 m,相应高程3.28 m~4.67 m(黄海高程)。并随季节性变化,地下潜水对混凝土结构无腐蚀性。

 

2.3 几种软基处理方案的比较

 

 需要进行加固处理的地基长度为617.476 m,平均站场宽度为80 m。湘湖车站南邻礼帽山、西侧及北侧为湖头陈村居民住宅,建筑群密布,且多为高层建筑。本地可用石材数量不多,采用抛填片石换填的施工工艺,一是城市 交通 不便利,二是可用石材数量不足,运距远,造价高;采用振动桩基加固噪声大、振动对附近建筑群 影响 大;采用水泥土深层搅拌桩施工法所需水泥量少施工便捷、造价低。经相关部门评议,决定采用水泥土深层搅拌桩法进行站场内路基加固。

 

3 水泥土搅拌桩的设计

 

3.1 桩位布置

 

 水泥土搅拌桩桩径设计为500 mm,桩长分别为DK1 +702.909~DK1+870.11段为6 m;DK1+870.11~DK1+912.11段为7 m;DK1+912.11~DK1+984.11段为8 m,桩体要求深入硬土层中不少于50 cm。设计桩间距120 cm×120 cm,正方形布置,桩顶铺设50 cm厚碎石垫层。

 

 为取得施工中合理的技术参数,在DK1+710~DK1+720段20 m范围内施工6根试验桩,成桩7 d内对桩做轻型触探。养护28 d后进行复合地基承载力和复合地基回弹模量的测试,经检验合格后方可进行全段的施工。

 

3.2 水泥掺入量

 

 采用425号普通硅酸盐水泥,由3根试验桩确定水灰比为1∶0.5,桩身水泥掺入量50 kg/m,以填筑中粗砂作为施工垫层,在压实时避免对桩身的扰动和破坏。

 

3.3 施工工艺流程

 

3.3.1 工艺流程

 

 原地表的清理→测量放样、定出桩位线→铺设50 cm中粗砂工作垫层→搅拌机械就位并安放平稳、钻杆保持垂直→预搅下沉同时拌制水泥浆→提升喷浆搅拌→重复上下搅拌→桩顶以下3.0 m内复搅→清洗集料斗及喷浆管道→移位至下一桩位→进行3 d,7 d,28 d试验检测。3.3.2 施工质量控制

 

 为了保证桩体的质量,水泥浆的质量、数量都必须严格控制,浆液倒入集料斗时必须加筛过滤以免浆内结块损坏泵体或堵塞管道。施工使用的固化剂和外掺剂必须通过室内试验检验 方法 使用,固化剂浆液要严格按配比拌制。1)根据地质条件,先按施工组织设计确定的搅拌桩施工工艺打设3根工艺性试桩,以取得浆液的泵送时间、搅拌机提升的速度、复搅深度和水灰比等各种参数和施工工艺。

 

 2)搅拌机搅拌下沉时不宜冲水,当遇到硬土层时方可适量冲水,试验表明,土层中的含水量增加10%,水泥土强度会下降10%~12%。但设计通常是按地基中最软的土层来确定水泥用量的,所以当加水搅拌后的强度不低于下部的强度时,最终的水泥土强度还是可以满足设计要求的,但应考虑冲水对桩身强度的 影响 。

 

 3)成桩过程中,由于电压过低或其他原因造成停机,使成桩工艺中断时,应将搅拌机下沉至停浆点以下0.5 m处,等恢复供浆时再喷浆提升继续制桩;凡中途停止3 h以上者,需先拆卸输浆管路,并加以清洗。

 

 4)搅拌机械通常采用定量泵送水泥浆,转速基本是恒定的。因此,灌入的水泥浆量完全取决于搅拌机喷浆的提升速度和复喷次数,施工过程不得随意改变,并保证水泥浆能定量不间断供应。

 

 5)由于钻深过大,土质很粘,有时会造成管道堵塞,疏通管道后,应在上下各1.0 m范围内复喷复搅,防止断桩。同时,在桩底部喷浆时间不少于30 s,使浆液完全达到桩端,然后喷浆搅拌提升。

 

4 试验成桩的效果检验

 

 1)圆锥动力轻便触探。根据《杭州市地铁软基处理规范》的规定,用动力轻便触探水泥土搅拌桩的7 d强度,且贯入深度不小于1.0 m。试验击数与水泥土搅拌桩的关系见表1。

 

2)用简捷式钻孔机具,在水泥搅拌桩桩体中心钻孔取样,显示桩体颜色一致,无水泥集结成“结核”状。

 

 3)复合地基的回弹模量试验。

 

 在10 m×30 m试验桩的范围内,按3/100 m2规定共完成测试点9个。复合地基回弹模量设计值为30 MPa。由回弹模量公式 计算 :其中,E为复合地基的回弹模量,MPa;Ρ为压板荷载,取0.2 MPa;d为压板的直径,取300 mm;μ为泊松比,取0.34;L为复合地基变形系数,mm。

 

5 结语

 

 水泥土搅拌桩在本软土路基试验加固中取得了良好的效果,在施工中,最大限度地利用了原土,施工中无振动、无噪声、污染小,有效地节约了资金。对于在华南地区软弱土层中地铁工程施工积累了关于水泥土深层搅拌桩的施工工艺、设计参数和施工经验,特别适宜于在城市密集建筑群中进行施工,获得了较好的 经济 效益。

 

 参考  文献 :

 

[1]胡春伟.水泥土搅拌桩的基本原理及施工工艺浅谈[J].山西建筑,2007,33(16):121-122.