水泥搅拌桩在特殊条件下软基岸坡加固工程中的应用研究

2022-09-10

引言

水泥深层搅拌法是80年代由日本推广出来的一种软基加固技术, 引入国内后在港口工程建设中推广应用。该方法以水泥为稳定剂, 与施工现场中的粘土、粉土等软土通过搅拌混合形成较高强度水泥土, 对地基进行加固。大量工程实践证明, 该方法能快速提高软土地基的强度, 且施工速度快, 经济效益和环境保护突出, 在港口水工建设中得到了推广。本文结合工程实际应用, 介绍了水泥搅拌法在加固软基及岸坡防护施工中的应用, 并分析了该工艺所带来的经济效益和环境效益。

1 工程概况

1.1 工程简介

本工程位于山东省滨州市某港口, 码头结构形式为高桩梁板式码头。本工程地基为软土地基, 上部为经过处理的素回填土, 向下依次为粉质粘土、粉土、淤泥质粉土及粉砂层构成, 设计采用双轴水泥搅拌桩对岸坡软土进行加固。

1.2 工程地质

据勘察钻孔揭露, 施工区域的地层结构自上而下为: (1) 层素填土:灰黄色, 松散, 湿, 主要成分为粘土、粉土、粉砂, 层底标高+0.5~+0.8m;表层为经过处理的灰土层, 厚度0.5~2.5m不等。 (2) 层淤泥质粉质粘土:灰褐色, 软塑~流塑状, 层底标高-2.0~-3.2m;该层为本次工程重点处理的土层。 (3) 层粉土:灰色~灰褐色, 稍密, 饱和, 层底标高-5.0~-6.9m。 (4) 层淤泥质粉质粘土:灰褐色, 软塑~流塑状, 层底标高-6.2~-9.0m;该层为本次工程重点处理的土层。 (5) 层粉细砂:灰色, 中密~密实, 饱和状, 级配差, N=10~35击。

2 护坡方案分析

本工程护坡方案最初采用坡面铺设土工布, 依次铺设碎石垫层 (300mm) 、二片石垫层 (300mm) 及干砌块石 (400mm) 护坡形式, 坡比1:2, 结构如下图示:

本方案由于施工环境限制, 存在诸多不利因素: (1) 本工程岸坡防护施工不具备干施工条件, 须采取水下开挖和铺设防护层, 由于是软土地质且位于河道入海口, 受潮汐和河水冲刷较明显, 断面形式无法得到保证, 且防护层质量控制难度大, 后期岸坡防护效果无法保证。 (2) 岸坡防护施工在PHC管桩施工后进行, 最大挖深为10.1米, 对施工船机设备要求较高, 对PHC管桩的安全保护也是施工过程中需要重点考虑的因素。 (3) 工程所在地多为平原, 石料全部外进, 材料成本和运输成本都比价高。

综合多因素考虑, 决定变更为水泥搅拌法对岸坡进行加固。其优势如下: (1) 此方案由于是先进行岸坡防护, 然后再进行开挖施工, 岸坡稳定性有保证, 施工安全性得到保证。 (2) 本地水泥厂众多, 水泥采购成本大幅降低。 (3) 搅拌法施工设备相对较小, 且为陆上施工, 施工工期和对已有构筑物保护有保证。

经过分析比较, 决定采取坡顶和坡脚用旋喷桩, 坡面防护采用双轴水泥搅拌法工艺进行防护加固。结构形式如下图:

3 工艺流程及主要技术参数

3.1 流程图

3.2 技术参数

本次施工加固岸坡坡比为1:2, 桩径0.7米, 搭接0.1米, 停浆面高程位于+1.10m~-7.60m, 双轴水泥搅拌桩停浆面高程沿垂直于码头前沿方向每排依次加深0.30m;施工时使用水准仪测量每排水泥搅拌桩的加固深度, 并在塔架上做好标记以控制成桩深度和停浆面位置。

施工参数如下: (1) 水泥浆水灰比为1:1, 比重≧1.50 (2) 喷浆量≧476升 (3) 卷扬机提升速率0.8~1.0m/min (4) 4、搅刀尺寸不得小于0.7m。

3.3 施工工序

(1) 测量放线

按照坐标基准点以及根据相关设计图和外放量放出桩位, 进行临时控制桩的设置, 填复核单, 便于监理人员验收。

(2) 搅拌机就位

钻机在定位之前需要对定位控制桩进行测量, 按照桩位标志实施桩机定位, 在完成定位之后需要确保桩机平稳以及平正, 在第一次施工当中采用全站仪对桩机的垂直度实施校准, 在后续的施工中需要采用铅垂检查垂直度。

(3) 浆液制拌

根据实际的水泥搅拌桩配比报告, 一套桩水泥用量为360kg, 水360kg, 水泥浆液比重≥1.52, 浆液体积为476升, 施工现场操作如下:

A.在成桩量为2.5t的电子磅秤上对灰浆搅拌机确保安装稳定;

B.首先称重灰浆搅拌机的重量;

C.向灰浆搅拌机加水, 当加入的水重量为360Kg时, 开启灰浆搅拌机;

D.再加入360Kg水泥干粉;

E.通过三十秒以上的搅拌, 将灰浆搅拌机底部开关开启, 然后需要将搅拌好的浆液采用滤网过滤之后放到储浆桶, 同时将储浆桶当中的搅拌器开启, 避免水泥浆液沉淀;

F.现场的相关技术人员需要对水泥浆液的比重进行抽查, 禁止采用不合格的浆液成桩;

G.为了保证水泥浆液不产生离析以及沉淀, 在成桩室内之内, 储浆桶当中的搅拌器不能关闭, 使得浆液的停置时间需要小于两小时, 若是大于量小, 浆液一定要排到甲方指定的废浆坑;

(3) 喷浆

为了保证每一套水泥浆能够和设计要求相符合, 在实际的施工中需要确保储浆桶当中具有2套桩所的浆液量, 同时在储浆桶当中做好相应的标记, 当输浆量不小于476升时, 才能施停止输浆。

4 搅拌桩施工要点与技术措施

4.1、在实际的施工中对搅拌机合理应用, 保证桩机的对中和机架的垂直度良好, 还需要保证灰浆泵以及管道的畅通, 还需要确保灰浆泵的工作压力良好。

4.2、在对搅拌电机启动之后, 将起重机的钢丝绳放松, 使得搅拌桩机的钻头能够朝向导向架切土搅拌下沉。在其下沉到桩底时, 需要在原来的喷浆搅拌30s以上然后喷浆搅拌上提。

4.3、对于搅拌机的喷浆搅拌下沉速度需要按照实际的地质状况将其确定在0.5~1.0m/min当中, 以及提升速度确保在0.5m~0.8m/min;灰浆泵浆液流量等需要能够按照实际的状况由相关的工程技术人员对其明确, 从而保证浆液的流量以及成桩速度能够匹配。

4.4、在实际的施工中若是产生断浆或者提升速度太快的情况, 就需要及时停工, 重新下钻到停浆面或少浆桩段以下一米的位置, 重新喷浆10~20s后恢复提升, 确保桩身能够完成, 避免出现断桩的情况。

4.5、若是双轴搅拌桩机在下沉过程中遇到硬层, 这样就会造成成桩的效率降低, 这就需要应用长螺旋钻机预成孔取土方式将施工效率提升, 松土孔直径为600mm, 孔深小于停浆面0.5~1.0m每套桩布置一个松土孔, 在和围堰段临近处进行预成孔取土时, 为了能够保证临时围堰的安全性, 需要其能够和双轴搅拌桩的工序有效衔接。

5 施工常见问题处理措施以及施工注意事项

5.1 意外停机时的应急措施

在产生其他的意外出现停机事件后, 需要将钻杆提升或者降低1米, 然后对其重新搅拌, 避免产生夹层或者断桩的情况。

5.2 垂直度控制及纠斜措施

对定位桩的平面位置准确定位, 桩机在实际的就位中一定要按照其位置实施就位。相对于一些倾斜的桩位, 若是其倾斜量比较大, 造成桩逐渐的搭接不顺利时, 就需要应用桩后补作双轴搅拌桩方式, 以此来确保桩体的质量合格。

5.3 接头施工质量保证措施

按照设计的设计需求, 需要确保桩体具有连续性以及接头需要确保质量合格。桩体的搭接长度需要和设计要求相符合。在没有特殊状况时, 搅拌桩在施工中需要确保连续运行, 若是因为其他的相关特殊原因造成搅拌桩很难连续施工, 在大于一天时间的一定要在接头处的外侧采用补做搅拌桩或旋喷桩等技术对其有效处理, 以此来确保桩体的效果良好。

6 结论分析

双轴水泥搅拌法护坡在本工程中产生了巨大的经济效益, 首先, 因当地缺乏石类资源, 减少了长途运输费用;其次, 采用此工法可优先进行下横梁施工再进行岸坡土方开挖, 避免了因先岸坡挖方然后水上施工而增加的施工措施费;其次, 采用此工法后, 上部结构可进行陆上施工, 避免高空作业、水上作业过程中的安全风险。综合分析认为, 此工法可在类似工程中推广应用。

摘要：结合滨州某港口码头施工中作业环境、工程地质等影响因素, 对岸坡施工中常规的护坡方案设计在施工中可能出现的情况进行研究、分析, 讨论设计方案的可行性, 经讨论论证决定变更设计, 将块石护坡变更为双轴水泥搅拌法对岸坡进行加固, 结果表明采用双轴水泥搅拌法方案在施工可行性、经济性和安全性都达到理想效果, 本文结合实例介绍了水泥搅拌法在码头软基岸坡防护中的应用, 为双轴水泥搅拌法在同类工程中的应用提供参考。

关键词：双轴水泥搅拌,岸坡加固,软基加固