深层水泥搅拌桩在建筑工程软基处理中的施工应用及检验教学总结.doc

深层水泥搅拌桩在建筑工程软基处理中的施工应用及检验
深层水泥搅拌桩在建筑工程软基处理中的施工应用及检验

　　摘要:通过工程实践表明，深层水泥搅拌桩在确保施工质量的前提下，其处理软基加固是可行。文章讲述了深层水泥搅拌桩的形成机理，介绍了建筑工程中应用深层水泥搅拌桩加固软土地基的设计和施工过程以及质量检验。

　　 关键词：深层水泥搅拌桩软土施工
　　中图分类号：TV42文献标识码： A

　　一、引言
　　深层水泥搅拌桩施工技术是将水泥、石灰等材料作为主固化剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和土体之间所发生的一系列物理化学反应，使软土硬化成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基的一种重要的地基处理方法。深层水泥搅拌桩适用于处理包括正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。加固深度主要取决于使用搅拌机的动力及地基反力。国内目前采用深层搅拌法的加固深度不宜大于20m,桩径不应小于500mm，国外加固深度可达50-60米。深层水泥搅拌桩用途广泛,主要用于形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等。
　　深层水泥搅拌桩与其他施工方法相比较, 具有施工工期短、无公害、成本低等特点。这种施工方法在施工过程中无振动、无噪音、无地面隆起、不排污、不污染环境,对相邻建筑物不产生有害影响,具有较好的综合经济效益和社会效益。该方法作为一种良好的软土地基加固技术在广东地区软土地基处理中得到了广泛的应用，常用于建筑、公路、桥梁等工程基础施工中。

　　二、深层水泥搅拌桩的形成机理
　　水泥的水化反应:当水泥与软土搅拌后，水泥中的硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸三钙（C3 AF）等遇到土中的自由水发生水化反应，形成各种硅铁、铝质水溶液，此时；水泥中的石膏吸收大量的水分，如果土中水充分是溶于水的水化物游离出来，水泥颗粒继续发生水化反应形成凝状体，消耗掉土中的水分，从而增加土的粘结力。如果土中水泥掺量较多且土中水分较少；就会有部分水泥颗粒不能够水化，非但不能起到固化剂的作用，而且因水泥过量还会影响强度，所以，水泥剂量应根据土质的天然含水量、液塑限指数及颗粒分析进行试验后决定。
　　粒子交换作用：由于钾盐、钠盐一般都有溶于水的性质，水泥水化后生成的Ca+2、、K +、Na+交换后生成不溶于水的沉淀物并吸附在土颗粒表面形成较大的粘土团，同时水泥水化形成的胶凝粒子的表面积大于原水泥那颗粒的表面积，产生强烈的吸附作用，使大的土团颗粒同样生成具有蜂窝结构状的水泥土。
　　碳酸化反应：水泥水化物中的氢氧化钙吸收水中和空气中的二氧化碳生成不溶于水的碳酸钙，使软土固化并形成强度，反应式为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。目前水泥搅拌桩的加固材料均已32.5Mpa水泥为主要材料，水泥剂量不低于15%（水泥质量/干土质量），根据所加固的软土地质情况及含水量大小适当外掺减水剂、增强剂或粉煤灰，材料反应原理类同，改变混合料的和易性及提高桩体强度。地下软土中有硫酸盐含量较高时对水泥强度的影响问题：当硫酸盐含量较高时；对水泥有侵蚀破坏作用，因为硫酸根（SO4+）与水泥具有碱性固态的水泥石中的水化铝酸三钙（C3A）、水化铝酸四钙（C4A）发生反应，形成铝酸钙结晶或石膏结晶，两种结晶现象会导致水泥内部产生膨胀作用反而降低水泥搅拌桩的强度。

　　三、工程概况
　　1、地质条件
　　该工程位于广东省某市，占地面积4761m2 的单层地下停车库,现浇钢筋混凝土框架结构,车库顶为绿化广场。据钻孔揭露,场地上覆土层自上而下分别为人工填土层,层厚0.35m～1.50m;耕植土层, 层厚0.3m～1.20m; 可塑状粘土、粉质粘土层, 层厚0.5m～3.35m;淤泥质粉、细砂层,层厚0.3m～2.0m;淤泥、淤泥质土层,层厚0.4m～5m;软塑状粉质粘土层,层厚0.3m～2.55m;可塑状～硬塑状粉质粘土层,层厚2.5m～4.0m;残积土层,整个场区均有分布,为硬塑状粉质粘土和硬塑状砂质粘性土组成。层面埋深在10m以下。该场区地下水pH值为5.6,对混凝土结构及其中的钢筋具弱腐蚀性。
　　2、基础设计
　　该楼占地面积4761m2,基础设计为筏板基础,基础下的软土地基采用深层搅拌法进行加固处理, 形成深层水泥搅拌桩复合地基,使之满足上部结构物承载力和基础沉降的要求。设计要求为:复合地基承载力特征值:fspk>90kpa(龄期30d时);复合地基总沉降量:s＜100mm (工后沉降量s＜18mm); 复合地基沉降差:ρ<0.003l(l为跨距)。
　　分析该建筑物基础底板的受力分布可知,上部结构的荷重主要分布于楼的中间部分, 沿基础边缘的荷载并不很大。因此,基础边缘轴线外无需设置保护桩,即在基础边缘轴线外没有必要布设搅拌桩。在这种情况下,筏板基础沿边缘轴线挑出0.5m～1.0m即可,此工程筏板基础沿边缘轴线挑出0.5m。
　　根据该场区地质条件及类似工程的成功经验, 该楼基础下的搅拌桩平均桩长L=10m, 即桩长以穿越软弱土层进入硬塑粉质粘土层为准。搅拌桩的桩径D=0.5m,桩周淤泥质土的侧阻力特征值为qsi=10kPa;深层水泥搅拌桩的单桩承载力有两种确定方法, 即由侧摩阻力所提供的承载力和由桩体强度所提供的承载力,取其中较小值作为单桩容许承载力特征值。
　　目前,深层搅拌桩复合地基的沉降计算方法有许多种,有常规法、简化法、修正手册法、荷载传递法等。施工实践证明,修正手册法和荷载传递法与实测值较为接近。前者计算较为简便,后者计算量较大。

　　四、施工
　　搅拌桩施工过程中,对有关施工参数,如提升速度、喷浆速度、喷浆量、复搅次数等,严格按照所制定的《施工组织设计及质量保证措施》进行施工。
　　1、施工准备
　　1.1 水泥搅拌桩施工场地应事先整平，清除桩位区地上、地下一切杂物，场地低洼时应抽水清淤，并分层回填粘性土填料，予以适当压实，不得回填杂土。水泥搅拌桩施工机械必须提前检查机械工作状况，以保证机械具备良好及稳定的性能。
　　1.2 按设计图纸放线，定出各搅拌桩的位置和高程；搅拌桩桩位应每隔5根桩采用竹片等进行现场定位（注意搭接尺寸）。根据需要改动原设计位置的，需取得设计、监理等的同意后，方可执行。
　　1.3 水泥采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验，检验合格后方可使用。
　　1.4 水泥搅拌桩施工机械配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度，每天收集电脑记录一次。所有水泥搅拌桩应编号，以便于资料统计和质量检查控制。
　　2、试桩
　　深层水泥搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当用于处理泥炭土、有机质土或地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定其适用性。冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。每个标段的试桩不少于5根（2%），且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。在试桩完成后28d将试桩挖出（露出桩头），取芯以进行桩体强度检测；以及单桩承载力检测；复合地基承载力检测，总结施工工艺和控制要素，以指导水泥搅拌桩的施工。
　　3、施工要求
　　采用四搅二喷法施工,用32.5级普通硅酸盐水泥,水泥浆水灰比为0.5;水泥掺量为被加固土质量的15%,搅拌轴提升速度为0.5m/min～0.8m/min,要求垂直度大于99%;桩位偏差小于5cm。
　　4、深层水泥搅拌桩施工工艺流程
　　4.1 清理平整场地,砌筑临时排水边沟；
　　4.2 按平面布置,进行现场测量放线,定出每个桩位,并打入小木桩；
　　4.3 搅拌机械就位,调平;4.4 预搅下沉至设计加固深度；
　　4.5 边喷浆、边搅拌提升直至预定停浆面;停浆面为广州城建高程5.34m；
　　4.6 重复搅拌下沉至设计加固深度；
　　4.7 根据设计要求,喷浆或仅搅拌提升直至预定的停浆面；
　　4.8 关闭搅拌机械,移动机械至下一个桩位进行施工。

　　五、质量检验
　　1、外观检查
　　成桩7d后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆（灰）面下0.5m），目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查量为总桩数的5%。
　　2、 施工质量检验
　　水泥搅拌桩成桩7d可采用轻便触探法进行桩身质量检验。搅拌均匀性检验：用轻型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。
　　触探试验：根据现有的轻型触探击数（N10）与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10>15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10>30击时，桩身强度也能达到设计要求。水泥搅拌桩成桩28d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。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送实验室做（3个一组）28d龄期的无侧限抗压强度试验，留1组试件做3个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1%～1.5%。如果某段水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率为10%～20%时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
　　3、单桩承载力检验和复合地基承载力检验
　　载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28d后进行。检验数量为桩总数的0.5%～1%，每个标段不应少于3点。采用慢速荷载维持法做单桩静载荷试验和单桩复合地基静载荷试验，确定单桩承载力和符合地基承载力。

　　 结束语：
　　深层水泥搅拌桩处理软土地基在工程建设中已被广泛应用，但水泥搅拌桩属于隐蔽工程，所以必须严格按预定的方案做好每一个环节的质量控制工作，否则一旦不合格桩体被建筑物覆盖便造成质量隐患很难予以补救。根据软土具体的类型，提出与之相应的技术和工艺，按照规范要求严格施工是我们在工程实践中探索的一个课题。

　　参考文献：
　　[1] 刘彭、姜军,高层建筑软土地基的处理技术和施工要点分析,《四川建材》,2012.
　　[2]孙浩然,深层水泥搅拌桩在软土地基加固中的应用,《科技情报开发与经济》,2012.

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