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水泥搅拌咬合桩的施工与检测 

隧道网 (2005-9-1)  来源：隧道网

    摘  要  介绍了某立交桥引道地基处理工程中，水泥土搅拌桩与水泥土搅拌咬合桩共同加固软土地基的施工工艺与检测方法。提出了仅采用水泥搅拌桩加固软土地基，会造成地基承载力不均及地基整体性差的问题，由此立交桥桥头跳车问题便不能解决。指出水泥土搅拌咬合桩是处理软土引道地基和解决桥头跳车问题较为理想的方法。
    关键词  软土基础 水泥搅拌桩 咬合桩 检测

    分类号  TU473.1    文献标识码  A    文章编号  1000-6915(2004)03-0518-04

    1 引  百
    水泥土搅拌法加固软土地基是一种应用较为普遍且较为经济的地基处理方法，但试验表明，有些软土加固效果较好，而有的不够理想。在沿海淤泥质土地层中加固地基，常出现地基承载力不均及地基整体性差的问题。由此，不仅造成了相应的质量事故，而且影响了该方法在沿海地区的应用。在沿海地区采用水泥土搅拌法加固立交桥引道地基，经常出现立交桥桥头跳车问题。这使人们怀疑水泥土搅拌法在沿海地区能否适用，针对这个问题，笔者进行了广泛的调研和相应的实践，认为水泥土搅拌桩与水泥土搅拌咬合桩共同加固软土地基能解决上述问题。本文结合某沿海地区立交桥引道地基处理工程，阐述水泥土搅拌咬合桩的施工与检测。
    2  工程概况
    某立交桥地处沿海吹填土层地带，该桥是从重车过磅房到码头堆场必经之路，建设单位对此提出了很高的要求。由于受沿海淤泥质土特殊地层的限制，立交桥桥头“跳车”现象一直是该地区不易解决的难题。为解决这一问题，对引道地基采取水泥土搅拌桩与水泥土搅拌咬合桩共同加固处理。为了提高搅拌桩的桩体强度及复合地基的承载力，对一部分桩体进行桩与桩的咬合搭接处理，这种布置形式使地基在沉降过程中整体参与受力，使处理后的每排桩形成类似围幕墙的一个整体，相互间在沉降时产生很强的抗剪切力。具体设计为：沿引道方向布置3排桩，桩径为500mm，桩长为5.3～5.7m，桩距为1.5m。在3排桩间的垂直方向上海隔5.4m设计l排水泥土搅拌咬合桩，桩距为0.8m。水泥土搅拌桩与水泥土搅拌咬合桩形成“格”状桶箍，从而使复合地基更加整体化，这种方案在理论与实践中都显示出较强的优越性。
    3  施工工艺
    3.1 工艺流程图
    工艺流程图见图1。

图1  工艺流程图

    3.2 工艺参数
    钻进速度：V=0.6～1.0m／min。
    提升速度：Vp=0.5～0.8m／min。
    搅拌速度：R=30～50r／min。
    灰浆压力：P=0.2～0.4MPa。
    4  水泥掺入比及外加剂配比设计
    搅拌桩形成一定强度后起重要作用的是桩身水泥土的强度。设计要求水泥土搅拌桩桩体无侧限抗压强度不小于850kPa，为确定符合要求的水泥土搅拌桩桩体无侧限抗压强度，就需确定水泥掺入比aw。以及外加剂的类型及掺入量。确定上述参数后，还要进行试桩试验，以确定实际施工采用的参数。
    (1) 水泥掺入比的选择
    水泥土搅拌桩桩体无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增大，水泥掺入比aw、龄期T(月)与桩体无侧限抗压强度qcu(kPa)的试验数据列于表1。
    根据试验配比及试桩的结果比较，在实际施工中采用了18％的水泥掺入比，水灰比为0.6—0.65，经设计验算复合地基承载力及沉降量均符合要求。

表1  水泥掺入比与龄期对桩体无侧限抗压强度的影响

    (2) 外加剂的选择
    ① 磺酸钙：由规范及现场试验比较，采用木质素磺酸钙的用量为水泥用量的0.2％。
    ② 半水石膏：半水石膏兼有缓凝和早强的双重作用，其掺入量为水泥重量的2％。
    ③ 粉煤灰：掺加粉煤灰的水泥土强度一般都比较大，掺入与水泥等量的粉煤灰，强度可提高10％。
    不同的外加剂对水泥强度有着不同的影响，选择合适的外加剂可以提高水泥土早期强度和固结强度，并可节约水泥用量。
    木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，但能起到减水作用。由于水灰比较大，必须掺加木质素磺酸钙并掺加粉煤灰。
    结合现场试验，在实际施工中木质素磺酸钙加入量为0.2％，粉煤灰掺入量为10％。附现场不同配比试验结果见表2。由于土质的特殊性及现场试验的局限，此结果仅供参考。

表2  不同外加剂与桩体无侧限抗压强度的关系

    5  施工中遇到的问题与处理方法
    5.1 返浆问题
    在实际施工中最突出的问题是桩土置换率高达60％，造成地表隆起现象十分严重。局部出现的高度隆起造成机身倾斜，不能保证垂直度。为此，在施工过程中需及时清理返出的桩土置换物，并采用一三，二四间隔打桩法以缓解大量返浆的现象，当机身倾斜时及时调整，保证机身垂直。
    5.2 相邻桩搭接的时间问题
    在咬合处理施工过程中，严格控制相邻桩的咬合搭接时间，桩与桩间的搭接时间不超过24h，如果超过上述时间应对最后一根先进行空钻，预留出位置，以待下一批桩搭接。如果间歇时间太长与第2根桩无法搭接时，应采用局部补桩处理或注浆处理。
    5.3 抱钻现象的处理
    抱钻现象是地基土在搅拌叶片搅动时，由于土体粘性比较大，在接近地表的位置，在周围土体的挤压力作用下，粘性比较大的土体紧紧地粘结在钻杆柱上，并被带到地表，使水泥土搅拌桩桩体强度有所降低。在钻头周围，粘土形成一个大的土柱，影响浆液的注入，破坏了搅拌处理的效果，同样使水泥土搅拌桩桩体强度降低。处理措施为桩头露出地面时，立即停机清除抱钻粘土，另外用一部分细沙回填桩部分，强力夯实，然后边喷浆、边搅拌、边下沉。预防措施是在桩头部位提升搅拌时，加快旋转速度，改变螺距，即可在很大程度上避免抱钻现象的出现。
    6 成桩效果检验
    设计要求桩体抽芯检验无侧限抗压强度不小于850kPa，多桩复合地基承载力标准值为112.5kPa。载荷试验压板对应荷载101．25kN，分10级加载，总加载量为202.5kN，详见表3。

表3  分级加载与对应载荷板测试强度的关系

    复合地基检测过程中，由于搭接面积较大，在加载时会产生桩土复合地基以外的桩与桩之间的抗剪作用，直接加载法不可能检测出实际的多桩复合地基承载力，这种检测结果没有代表意义。因此必须对荷载板两端的桩进行切割，笔者用3cm~15cm小口径取芯钻取芯切断(见图2)，然后安放载荷板进行复合地基承载力测试。由于切断作业会产生土体扰动，并考虑两端侧摩阻力的影响，由作用面积折算，切一根桩放一块载荷板，载荷板面积为1.2m×0.75 m。中间断缝处回灌细砂，检测完毕后进行注浆处理。

图2  咬合桩检测图

    荷载试验稳定标准：
    每一级荷载在加载期间连续1h内，沉降变形值不超过0.1mm，认为达到相对稳定。
    试验终止依据：
    (1) 本级荷载下，沉降急剧增加，承压板周围出现裂缝和隆起；
    (2) 累计沉降量等于荷载板宽度的10％；
    (3) 总加载量为设计要求值的两倍。
    承载力确定依据：
    (1) 当极限荷载能确定时，取极限荷载值的一半；
    (2) 如总加载量为设计要求值的两倍，取总加载量的一半。
    检测结果：桩体无侧限抗压强度平均值大于1 100kPa，远大于设计值850kPa。总体均匀度较好，承载力、沉降量均满足要求，效果良好。
    7  结束语
    (1) 水泥搅拌咬合桩加固软土地基方法能有效地提高复合地基承载力及整体性，从而能很好地解决立交桥桥头跳车问题。
    (2) 咬合桩间隔打桩法可以缓解返浆及地面隆起现象。
    (3) 咬合桩在水泥搅拌法加固软土地基中应用，提高了地基加固质量，并扩大了水泥搅拌法的应用范围。

(长春工程学院岩土与道桥工程系  长春  130021) 
(路桥集团第一工程局天津工程处  天津  300000