高速铁路双向水泥搅拌桩地基加固施工技术

摘 要 双向水泥搅拌桩地基加固施工技术在新建郑州至徐州铁路客运专线永城北站的施工中得到了有效应用，本文主要介绍了通过该地基加固施工中双向水泥搅拌桩试桩实验总结出的施工要点、关键施工技术等。

关键词 双向水泥搅拌桩；铁路客运专线；地基加固；施工要点；关键施工技术

中图分类号U21 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0167-02

1 工程概况

郑徐铁路客运专线永城北站路基工程，路基长度1455.31米，占线路全长3%，工点类型主要有路基边坡防护、边坡支挡结构工程、路桥以及路涵过渡段工程、路基基底地基加固处理工程等。其中地基处理采用清淤回填夯填土、回填细粒改良路土、盐渍地隔断层、基底褥垫层、双向水泥搅拌桩、螺杆桩、C45钢筋混凝土钻孔灌注桩、C45钢筋混凝土钻孔灌注桩结合CFG桩加固、素混凝土桩结合CFG桩组合+筏板加固、素混凝土桩+筏板加固、预应力管桩+筏板加固、预应力管桩、CFG桩、堆载预压等。

本路基段双向水泥搅拌桩加固区域主要分布在DK281+432.62-757.51段（含横向）站坪外缘基底，桩径0.5m，桩长至硬底以下2.0m，等边三角形布置，桩间距1.5m。

2 双向水泥搅拌桩试桩方案

2.1试桩目的

1）通过试桩确定钻进速度、提升速度、喷浆压力等施工参数。

2）通过试桩复核地质情况，验证预定的施工工艺的可行性。

3）通过试桩掌握人员、机械的配置。

2.2双向水泥搅拌桩试桩技术要求

1）双向水泥搅拌桩采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，掺入量一般不少于15%，根据室内配方试验，采用的水灰比为1.0。要求28天水泥土无侧线抗压强度不小于1.2MPa，桩体压缩模量不小于50MPa；

2）根据规范要求，双向水泥搅拌桩应试桩三根，试桩桩长及采用的钻进速度、提升速度、喷浆压力参数拟定如下；

参数 S1 S2 S3

桩长（m） 15.1 15.3 15.7

水灰比 1 1 1

钻速（m/min） 1.2 1.2 1.3

提速（m/min） 1.2 1.2 1.3

喷浆压力（MPa） 0.3 0.4 0.4

3）试桩完成7天后，浅部开挖桩头，检查桩身质量，对桩身质量合格的试桩进行对比，确定施工时的钻进速度、提升速度、喷浆压力值，并通过单根试桩水泥浆的总用量计算每米水泥用量，以指导施工。若3根试桩桩身质量均不合格，则调整参数重新试桩；

4）试桩桩机采用DSM-5B18型桩机进行施工，采用搅拌机进行水泥浆的制备，施工现场设置0.7m3的储浆罐。

2.3试桩施工工艺

2.3.1施工工艺流程

双向水泥搅拌桩施工工艺流程见图1。

图1 双向水泥搅拌桩施工工艺流程图

2.3.2施工步骤

1）施工准备

双向水泥搅拌桩施工场地应事先平整，清除地上的树根和生活垃圾等，压实场地至K30≥30MPa；做好临时截、排水设施，做好供水供电线路、机械设备施工线路、机械设备放置位置、运输通道等施工准备。

2）测量放样

放线前对各控制点进行复核后，按设计图纸放线，准确定出双向水泥搅拌桩的位置，桩位应采用插入竹签并撒白灰定位。

3）移机对位

将双向搅拌桩机安置在测设的桩位上，使钻头对准桩位，对准偏差不得大于5cm。双向搅拌桩机就位后必须做水平校正，使搅拌头轴线垂直对准桩位位中心，通过吊线锤校正机架垂直度（见图2），使垂直度偏差不大于1%。

图2 钻头对中 图3 制备水泥浆

4）制浆

水泥浆严格按照设计配比配置。配置水泥浆时，水要清洁，酸、碱适中。首先将水加入桶内，再将水泥倒入，开动搅拌机搅拌均匀（见图3），搅拌时间不小于3分钟，并经过筛后放入灰浆池备用。制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。

5）喷浆搅拌、下沉

双向搅拌桩机开启正、反向旋转叶片下沉至设计桩顶高程后，停止下沉。开启压浆泵，原位喷浆30s，待喷浆压力达到拟定的参数及水泥浆与土体充分搅拌后继续下沉。严格按照设计下沉速度边下沉，边由正、反向旋转叶片将水泥浆与土体搅拌，直到设计桩底高程。完成第一次二喷二搅过程。

6）喷浆搅拌、提升

搅拌头下沉到设计桩底高程后，停止下沉，原位喷浆30s后，保持开启正、反向旋转叶片，按拟定的提升速度边提升，边由正、反向旋转叶片将水泥浆与土体再次搅拌，直到设计桩顶高程。完成第二次二喷二搅过程，从而达到四喷四搅的工艺要求。水泥浆用量及桩长通过电子记录仪确定，施工前应对电子记录仪进行标定，合格后方能使用。

7）钻机移位

把钻机等机具设备移动到新的桩位上，进行下一根桩的施工。

8）管路清洗

双向水泥搅拌桩终止施工或因故停止施工时间大于水泥浆凝固时间时，应对双向搅拌桩机的管路进行清洗。向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，管内、机内不留残存浆液，将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

9）桩基检测

双向水泥搅拌桩的质量检验包括桩身完整性、均匀性、桩身强度、单桩或复合地基承载力等。桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度可采用7天后浅部开挖桩头和成桩28天后钻孔取芯方法，单桩或复合地基承载力采用载荷试验方法检测。要求芯样强度不小于1.2MPa，单桩承载力值不小于71KN。

3 双向水泥搅拌桩试桩总结

1） 试桩结束7天后，开挖桩头检查，三根试桩桩头外观良好。桩径分别为S1：0.50m，S2：0.51m，S3：0.51m，符合设计要求；

2）试桩结束28天后，进行钻芯取样及单桩承载力试验，芯样完整性、均匀性及无侧限抗压强度满足设计及规范要求，三根试桩的单桩承载力特征值均满足设计要求；

3） 根据以上试桩工艺及拟定的参数，结合7天后桩头质量检验、芯样检验报告及单桩承载力检测报告分析，考虑施工经济性，节约施工成本，确定采用S1桩施工参数指导双向水泥搅拌桩施工，施工工艺、参数及设备人员配置如下：

（1）试桩采用的施工工艺成桩质量合格，符合施工要求；

（2）水泥浆水灰比为1.0，水泥浆比重为：1.512；

（3）搅拌机下钻速度为1.2m/min，提升速度为1.2m/min；

（4）喷浆压力控制在0.3MPa；

（5）每米水泥用量控制为60.025kg/m；

（6）每台DSM-5B18型桩机需配置压降泵1台、储浆桶1个；

（7）每台DSM-5B18型桩机需配置7人，其中指挥人员1人、桩机操作1人、制浆2人、普工3人。

4 双向水泥搅拌桩施工质量控制措施

1） 双向水泥搅拌桩所用水泥的品种、规格及质量应符合设计要求，合格证等质量证明文件必须齐全；

2） 严格控制双向搅拌桩机钻进和提升速度、供浆和停浆时间，确保成桩质量；

3）所使用的电子记录仪必须标定合格后才能使用，根据电子显示的钻进深度来确定桩长和桩底标高。桩端必须原位喷浆搅拌不少于30s；

4） 成桩过程中，当因故停浆继续施工时必须重叠接桩，接桩长度不得小于0.5m。若停机超过3h，应在原桩位旁边补桩处理；

5）配置好的浆液应均匀，不得离析，供应应连续，泵送浆液时间必须有专人记录；

6） 设置专人进行施工记录，记录及时，内容详尽。记录的内容主要有拌制浆液的罐数、水泥用量、泵送时间、钻杆每米下沉及提升时间、桩深度、垂直度、电流变化值和此处的钻进深度，记录地质变化情况。随时检查施工记录，评估成桩质量，如有不合格桩或异常情况，应及时采取补桩或其他处理措施；

7） 喷浆下沉前，先启动压浆泵，检查各管路是否畅通，有无泄漏，如有异常，应及时排除。

5 双向水泥搅拌桩应用价值

双向搅拌桩机内、外钻杆旋转方向相反，阻隔水泥浆上冒途径，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保了成桩质量；搅拌产生的剪切力基本抵消，减小了施工对桩周土体的扰动，受力合理，能将上部荷载传到地基深处，减小复合地基沉降，与常规水泥搅拌桩相比复合效果更佳。

双向水泥搅拌桩将常规搅拌桩的四搅两喷改变为两搅一喷，使工效提高了1倍，搅拌效率明显提高；施工工艺先进，减少了施工噪音的排放，对施工产生的固废、粉尘、污水排放能够有效控制，施工过程中无环境污染，环境效益明显。

6 结论

高速铁路软基处理属于隐蔽工程，如何采取加固措施是使工程质量满足要求的关键，通过郑徐铁路客运专线永城北站双向水泥搅拌桩的施工实践得出双向水泥搅拌桩对高速铁路软基处理是成功有效的，是保证路基稳定的可行手段，在技术条件允许的情况下应广泛使用。

参考文献

[1]刘辉.浅谈高速公路软土地基处理技术[J].公路交通科技（应用技术版），2011（S1）.