浅谈水泥搅拌桩在粉细砂层中的应用

浅谈水泥搅拌桩在粉细砂层中的应用

薛旺旺

（中铁五局集团成都工程有限责任公司 四川省广元市 628000）

摘要：解决地基砂土液化的基本思路是加固软土地基，而实际可用于加固的方法如：碎石桩、高压旋喷桩、水泥搅拌桩等，本文根据粉细砂地层承载力无法达到设计标准，采取水泥搅拌桩加固地基，探索最佳的可供施工参考定的数值。

关键词：水泥搅拌桩 地基加固 砂土液化 粉细砂地层

1 引言

拉林铁路明则至桑日区间路基DK142+985～DK143+170段设计基底处理方式为碎石桩加固，明则至桑日区间路基DK143+980～DK144+550段设计基底处理方式为碎石桩加固。沿铁路线附近又密布藏族特色泥石结构房屋，因在振动沉管碎石桩试验时造成附近150米左右受到较为严重的影响，相继的房屋开裂，对百姓安全造成较大的影响。砂土液化处置若采取高压旋喷桩方案，则会成倍的增加铁路工程建设投资。而选用水泥搅拌桩处置粉细砂地层的砂土液化，在一定程度上减少工程投资，但需探索出适宜于该类粉细砂地层最合理的、确定的施工工艺及的水泥掺量。

2 工程概况

2.1 工程简介

本工程为新建川藏铁路拉萨至林芝段，明则至桑日区间路基DK142+985～DK143+325、DK143+980～DK145+550粉细砂地层<4-4-1、4-4-2>为松散和稍密状态，地基承载力为0.1Mpa，该段铁路路基为填方路堤，中心填方高度约为9m。地基处理采用桩径为0.5m、桩间距为1.3m正三角形布置的水泥搅拌桩加固。

2.2 地质、水文特征

本段覆盖层主要为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl)的粉土、细中砂。本段地表水主要为雅鲁藏布江江水及沟水，沟水雨季及冰雪融化季节沟中有流水，枯水季节沟中水量较小，地下水主要为第四系冲洪积层及泥石流堆积层漂石土、卵石土、粗、细圆砾土、砂层中的孔隙水。本段地震动峰值加速度为0.2g，根据《铁路工程抗震设计规GB50111-2006》判定该粉细砂为液化层。

3 试验方案及参数选择

3.1 配比试验选定

根据对现场天然土的容重和天然含水率测定，得出该段铁路路基土的天然含水率为W0=5.4%，土的天然密度ρ0=1.83g/cm3，一般水泥的掺量为被加固湿土的12%～20%，但掺量范围跨度大，对整体投资不可控制。为此，为了探索能够适宜于该类粉细砂地层砂土液化处理，按照55kg、65kg、75kg、95kg、115kg每延米掺量试验。

3.2 机械、劳动力配置

表1 单机施工班组劳动力组织表

表2 机械设备配置表

3.3 试验参数分类

为能够更加准确、真实的反应出水泥搅拌桩满足施工需求，依据《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010 J 1078-2010）要求，喷浆压力、钻进速度、提升速度、水泥掺量将是水泥搅拌桩控制的重点，根据粉细砂地层制定详细的试验参数，如下表：

表3 DK143+090水泥搅拌桩试桩参数表

表4 DK144+160水泥搅拌桩试桩参数表

4 主要施工工艺及控制要点

4.1 测量工作

1）对设计导线点、水准点进行复核，并将复核结果报监理工程师审核。

2）对施工设计图进行图纸会审和现场复核，并作好记录，完善相关签认手续。

3）对施工横断面进行复测，测定边界范围，并报监理工程师审核。

4）对施工人员进行测量方案、技术措施等交底及培训。

4.2 技术准备

由技术人员对现场施工人员进行技术交底，交底不少于以下内容：图纸交底、中桩交底，填料交底、试验标准交底、施工机械交底、施工方法交底、工期交底等。

组织施工人员学习掌握所承担工程的施工原理、施工工艺、技术要求、质量标准及检测方法等。

4.3 排水设施

开挖两侧临时排水沟，疏通排干地表积水。

4.4 平整场地

水田地段排水疏干，旱地及旱田地段挖除地表植物根系，整平原地面。对需要报废水塘排水疏干、对不能报废水塘围堰抽水后，挖除地表0.3～0.5m厚流塑状软土，用粘性土回填至水塘坎高程或原地面处，清除场地内障碍物。

4.5 布置桩位

根据现场情况绘制碎石桩桩位布置图，并标明桩位编号，用全站仪利用设计导线点进行现场桩位中心放样，采用小木桩标示中心点。

4.6 钻机就位

将钻机安置在测设的桩位上，使钻头对准桩位，桩位允许偏差≤50mm，然后调整桩机的平整度和垂直度，垂直度允许偏差≤1%，以保证桩身垂直。

4.7 制浆

根据施工前室内配方试验确定的最佳水泥用量、水胶比制浆，要求水要清洁、酸碱适中。

浆液配制顺序：先加入规定用水量，然后边搅拌边加入水泥，并用比重计检浆液比重，最后放入二次搅拌桶内进行二次搅拌。

4.8 边钻进、边喷浆搅拌

钻机就位后，开启钻机和水泥浆泵，将水泥浆压入地基中，边钻进、边自上而下喷浆、边搅拌，直至钻进至水泥搅拌桩设计深度。

4.9 边提升钻头、边喷浆搅拌

钻进至设计深度后，钻机反转，提升钻头，边自下而上喷浆、边提升、边搅拌。直至提升至桩顶。

4.10 再次钻进、喷浆搅拌

钻头提升至桩顶后，再次下钻，边自上而下钻进、边搅拌。直至钻进至水泥搅拌桩设计深度。

4.11 再次提升、喷浆搅拌

再次钻进至设计深度后，再次将钻机反转，提升钻头，边自下而上喷浆、边提升、边搅拌。提升至地面以下1m时，宜减慢速度，当喷浆口至桩顶标高时，应停止提升搅拌10～20s，以保证桩头密实均匀。

4.12 清洗、移位

灌浆完成后，提升钻杆及钻头，向集料斗中注入适量清水，进行低压射水，清洗管路中残存的水泥浆。在成桩过程中，因故停浆继续施工时，必须重叠接桩，接桩长度不小于0.5m，若停机超过3h，应在原桩位旁边进行补桩处理。清洗结束后，把钻机等设备移到新孔位上。

5 试桩数据分析

5.1 钻进、提升搅拌速度

表5 钻进提升速度表

通过现场实际记录，制成该表，由该表可以看出：

DK143+090段路基水泥搅拌桩平均钻进速度为1.3m/min，平均提升喷浆速度为0.75m/min，平均下沉搅拌速度为1.1m/min，平均提升（喷浆）搅拌速度为1.2m/min。

DK144+160段路基水泥搅拌桩平均钻进速度为0.5m/min，平均提升喷浆速度为0.7m/min，平均下沉搅拌速度为1.1m/min，平均提升（喷浆）搅拌速度为1.2m/min。

5.2 喷浆压力及持力层电流

表6 喷浆压力及持力层电流统计表

通过现场实际记录，制成该表，由该表可以看出：

DK143+090段路基水泥搅拌桩平均喷浆压力为0.65Mpa，平均持力层电力为61A。

DK144+160段路基水泥搅拌桩平均喷浆压力为0.64Mpa，平均持力层电力为96A。

5.3 不同水泥用量对桩体无侧限抗压强度的影响

下表根据试验报告制表分析

表7 水泥用量与桩身无侧限抗压关系表

采用55kg/m和65kg/m水泥用量时，其桩身无侧限抗压强度分别为1.1Mpa和1.25Mpa，然而设计桩身无侧限抗压强度为1.5Mpa，所以55kg/m和65kg/m水泥用量不能满足设计要求。

采用75kg/m、95kg/m和115kg/m水泥用量时，其桩身无侧限抗压强度分别为1.95、2.95和5.05Mpa，设计桩身无侧限抗压强度为1.5Mpa，所以75kg/m、95kg/m和115kg/m水泥用量都能满足设计要求。然而从经济的角度考虑，采用75kg/m水泥用量既能满足设计要求，又经济实惠。

6 试桩结论

通过本次水泥搅拌桩试桩试验确定的工艺参数，可指导本管段水泥搅拌桩施工。本试验报告形成的试验成果内容主要有：

1）拟定的施工机械组合方案能够满足一个工作面的施工。即选择水泥搅拌桩机（SP-5A18）1台、泥浆泵1台和发电机一台的机械组合方案。

2）DK142+985-DK143+170段路基水泥搅拌桩拟采用钻进速度为1.3m/min，提升喷浆速度为0.75m/min，下沉搅拌速度为1.1m/min，提升（喷浆）搅拌速度为1.2m/min；喷浆压力为0.65Mpa；水泥用量75kg/m。

DK143+980-DK144+550段路基水泥搅拌桩拟采用钻进速度为0.5m/min，提升喷浆速度为0.7m/min，下沉搅拌速度为1.1m/min，提升（喷浆）搅拌速度为1.2m/min；喷浆压力为0.64Mpa；水泥用75kg/m。

7 结术语

通过本次较为详细的试验总结，采用水泥搅拌桩对加固粉细砂地层在特定环境下有明显的优势。对于粉细砂地层松散和稍密状态，水泥掺量宜为75kg/m即可满足单桩无侧限抗压强度要求，也对砂土液化处置明显，若大于该数值，可满足结果，但增加了投资，工程浪费。当电流值持续在某一峰值时，则钻进进入持力层。在节约投资的前提并控制成桩质量，按照试验值，下沉搅拌速度、提升喷浆搅拌速度、喷浆压力是粉细砂地层处置的关键。对于同类粉细砂地层，该结果具备一定借鉴意义，同为粉细砂地层还需更加详细的探索出各类粉细砂地层处置规律。

参考文献

[1] 78—俞廷山. 水泥搅拌桩在处理地基液化土中的应用谈讨.

[2] 中铁二院工程集团有限责任公司. 川藏线拉萨至林芝段施工图区间路基设计图，2015，11－2.

[3] 铁路工程地基处理技术规程（TB10106-2010 J 1078-2010）—中铁二院工程集团咨询有限责任公司.