深层搅拌桩在某泵站工程中的应用
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【摘要】深层搅拌桩是近年来水利工程地基处理中普遍采用的一项施工技术，其适用性强，能满足粘土、粉质粘土、淤泥、砂壤土等各种地层的处理，本文结合南水北调东线蔺家坝泵站工程深层搅拌桩的施工,从施工技术与质量控制两个方面进行阐述，以期能给类似的地基处理起到一定的借鉴作用。
【关键词】深层搅拌桩地基处理施工技术质量控制
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
某泵站工程是是南水北调东线关键工程，站址所处地质结构复杂，变化较大，东侧紧邻京杭大运河，由于地下水位常年较高，泵站防洪闸出口翼墙下的粉质粘土持力层处于饱和液限，地基承载力达不到设计要求，需进行加固处理。出口对称布置的6段翼墙中，共布设了桩径500mm、桩长7.5~10m不等的水泥土搅拌桩5014根。
设计指标有：水泥掺入量不低于15%，单桩无侧限抗压强度不低于1MPa（28天龄期），加固后地基复合承载力不低于200KPa。
2 工作原理
深层搅拌水泥土桩是利用深层搅拌机械将软土和水泥强制拌和，使水泥水解、水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子交换、团粒化作用、碳酸化反应以及硬凝反应等一系列物理-化学作用，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土，从而使软基硬结而提高地基强度。
3 设备选用
本工程采用湿法施工，施工设备有：SJB-Ⅱ型专用深层搅拌桩机，配套设备有两台300L灰浆拌制机、0.5m3集料斗、HB6-3型柱塞式灰浆泵，安装具有瞬时检测并记录的计量装置和搅拌深度自动记录仪，及时了解浆液流量和控制喷浆均匀程度。
4试验及试桩
4.1水泥土室内配比试验
为了给施工提供可靠、合理、经济的参数，施工前进行了室内配比试验。28d桩体无侧限抗压强度为1.0MPa，室内配置强度取1.5，土样采用现场挖取地下5m处的原位土样，土样制成试验前经密封处理以防水分散发和流失，经测定的土样天然含水率为28.6%，天然密度为1.91g/cm3，按照规范规定，水灰比取0.55，此次吸取了以往搅拌桩施工时浆液较稠难以泵送的教训，在既要保证水灰比的前提下，又要使浆液具有很好的工作性，尝试了在浆液拌制过程中掺加减水剂的方法，水泥掺量分别按15%、16%、17%三个不同的掺量（对应水泥用量分别为56kg/m、60kg/m、63kg/m），减水剂掺量按水泥重量的1%进行配比设计，其理论配比分别为：水泥∶天然土∶水∶外加剂= 100∶667∶55∶1；100∶625∶55∶1；100∶588∶55∶1。根据室内试配结果，选取水灰比0.55，水泥掺量15%，减水剂掺量1%时，7d试配强度为0.8MPa，28d试配强度为1.7MPa，达到28d配置强度1.5MPa的113%，对应的水泥土理论配合比采用水泥∶土∶水∶外加剂=100∶667∶55∶1，现场以此为配合比进行试桩，并以试桩结果验证确定最合适的配比以指导正式搅拌桩施工。
4.2 工艺性试桩
为了验证室内配合比是否适合现场地质，进一步核实地层分布情况，掌握下钻和提升的阻力情况，正式成桩施工前，进行试桩施工，以确定各项施工参数及成桩质量。
4.2.1 试桩数量的确定
根据施工部位的不同，结合工程桩布置进行试桩，选择在每段翼墙下，均施工一根试验桩，试验桩经试桩合格后作为工程永久桩。
4.2.2 施工参数的确定
经过试桩，虽然各部位地质有所差异，但钻进和喷搅时的情况差别不大，在以下参数区间时，设备运转情况良好，喷搅效果较佳：
钻进速度：v
复搅速度：v
复搅压力：0.1MPa
5 施工工艺
5.1 施工工艺流程
5.2 施工工艺
深层搅拌施工采用二喷四搅的方式，首先预搅至设计深度，初步掌握钻机入土情况，然后喷搅提升，最后复搅下沉、提升，不仅很好的控制了施工的连续性，还能保证成桩质量，具体施工步骤如下：
5.2.1 设备就位：搅拌机的钻杆须保持垂直并对准桩位。
5.2.2 第一次钻进：以60r/min的转速和1m/min的钻进速度，顺时针方向钻至设计桩底高程，此时启动灰浆泵，在确认浆液能顺利注入桩底后，改逆时针方向启动搅拌机，搅拌提升至设计桩顶，再继续喷浆15s后停泵。
5.2.3 第二次钻进：以同样方式再次顺时针方向钻进注浆，直至复搅到设计桩长后，座底喷搅15s后，改逆时针方向搅拌提升到搅拌头露出地面后停止注浆。停止注浆的位置以水泥用量达到每根桩设计用量为准，但要控制好喷搅升降的速度与浆液流量的配合，避免浆液与土壤搅拌不匀。
5.2.4 两次循环钻进成桩：经过上下两次循环钻进提升，使水泥浆在桩孔内搅拌4次，移机到下一桩位施工。
6 质量控制
6.1 现场组织
6.1.1 平面布置
制浆及泵送系统应尽可能靠近施工现场，并尽量设置在高处；水泥、外加剂等材料堆放场应紧邻制浆机，并搭设防护棚，合理紧凑的现场布置不仅能提高生产效率，还能更大限度的保证工程质量。
6.1.2 施工联络
前台操机与后台供浆密切配合，联络信号明确，桩机提升的次数和速度必需按既定的施工工艺，避免随意性，喷搅过程中后台供浆应连续，一旦因故停浆，立即通知前台停机处理，前台喷搅出现故障，也应及时通知后台停止供浆，发现问题及时进行处理，有效地避免了桩机质量事故的发生。
6.2 浆液制备
6.2.1 严格配合比
配合比是通过严谨的试验获取的一系列数据，在制浆时应严格遵照执行，严禁随意更改配合比。为了便于更好地控制，在制浆机旁悬挂或张贴施工配比单。
6.2.2 准确称量
制备浆液的各种原材料应有科学的称量措施和设备，为了控制水泥重量的偏差，每次拌制应以整袋水泥为基准，水量可通过定时继电装置与水泵配合控制，尤其像外加剂等掺量较少的材料，称量偏差的大小会直接影响浆液的工作性，采用量度精确的容器盛量。
6.2.3 掌控拌制时间及拌制量
掌握浆液拌制时间和拌制量要以既不影响喷搅施工，又不会因搁置时间较长而影响其工作性为原则，要求制浆工与前台保持密切联系。
6.3 注浆压力
合理的注浆压力既能保证设备的正常运转，又能维持注浆均匀连续，从而保证成桩质量6.3.1 压力表的检校
注浆压力的大小是通过注浆泵上压力表的数值直接体现，施工前应将压力表送到法定计量部门进行率定，过程中还要定期进行校定，使得压力表能正确反映注浆压力，此外，还应备有足量的备表以便对损坏的表及时进行更换。
6.3.2 注浆泵和输浆管的维修保养
司泵工应密切观察注浆压力和注浆泵的运行情况，正常连续注浆时，压力基本保持稳定，发现因设备自身原因不能维持既定的注浆压力，及时在喷搅施工间隙进行维修和保养，以确保正常的注浆压力。
7 桩基检测
7.1 浅部开挖
成桩7天后，采用浅部开挖至桩顶以下0.5m处目测检查，通过检查，发现桩体圆匀，无缩颈内陷现象，桩径、桩距均匀且满足设计要求。
7.2 钻芯取样
搅拌桩完工28天后，检验数额按总桩数的1‰的比例并不少于三根，用XY-100钻机在检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，取不同深度的三个试样做无侧限抗压强度试验，经过对50根搅拌桩钻孔取芯检测，无侧限抗压强度值均在1.06~2.1MPa之间，满足设计强度1.0MPa的要求。
7.3 静载试验：
桩基施工完成28天后，进行复合地基试验，静载试验结果如下表：
从上表结果分析，在各级荷载作用下，随着荷载的增加，承压板沉降量增加较均匀，并且能在短时间内达到稳定。在最大荷载作用下，承压板总沉降量分别为25.4mm、26.6mm、22.3mm、26.1mm、23.8mm、27.1mm，卸载后，承压板回弹量分别为8.62mm、8.55mm、7.50mm、7.67mm、8.30mm、8.92mm，回弹百分率分别为33.9%、32.1%、33.6%、29.4%、34.9%、32.9%，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定判定，该复合地基的承载力特征值的平均值为0.250MPa，大于设计值0.2MPa，合格。
8 结语
深层搅拌水泥土桩施工技术虽是常用的工法， 但由于施工组织、机械设备选用和地质结构的不同，以及人们难以改变的惯性思维和做法，使得搅拌桩的施工质量良莠不齐，为了确保搅拌桩施工质量，为工程创优夺杯奠定坚实的基础，要求我们不仅要借鉴以往工程施工经验和教训，还要用发展的眼光去对待实际施工中发生的新问题、新难题和新课题，追求工序精品理念，始终把握细节决定成败的真谛，把工程质量做实做美。
参考文献
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
《地基处理技术与工程实例》/徐志钧，赵锡宏主编，—北京：科学出版社，2008
《地基处理手册》/龚晓楠主编，—北京：中国建筑工业出版社，2008