水泥攪拌樁處理軟土路基技術在高鐵施工中的應用探討

文／相肖娟、林建 中鐵華鐵工程設計集團有限公司 北京 100071

引言：

路基的質(zhì)量保證是高鐵道路施工的基礎，在建設過程中要加強對路基的重視程度，施工不當會導致路面塌陷或者使用年限較短的問題，對使用者和公司都存在一定隱患，因此在路基建設的過程中要鞏固和加強軟土路基的技術，水泥攪拌樁的應用就可以很好地解決以上問題，論文從以下幾個方面闡述，水泥攪拌樁的軟土路基在高鐵中的應用。

1、處理層下路床深淤泥層

1.1 水泥攪拌樁應提升軟土路基質(zhì)量的原理

軟土路基是指有黏土和粉塵等細微顆粒的松軟土或者空隙大的有機土以及泥炭、松沙等結構，軟土的水成分含量較高，具有脫水性差，并且承載能力差的缺點，在軟土的使用過程中，可以通過施加外界壓力的方法剔除軟土中的水分，當水分含量降低到一定程度時，軟土組織會逐步地進行固化，由于這個時長較長，所以在實際的高鐵道路修建過程中會采用水泥樁攪拌的技術針對性解決這一問題。水泥攪拌樁的基本原理是在預期地點把加固漿液與軟土進行攪拌混合，逐漸地形成固結體，水泥攪拌樁將地基深處的軟土和水泥進行攪拌，把水泥作為固化劑的主劑，通過水泥和軟土之間的化學反應把物質(zhì)進行凝固，水泥水解過程中會把軟土中的水分吸收，水泥水化生成硅膠離子，具有比較強的吸附能力，這種硅膠離子可以使軟土顆粒進一步的結合，從而把軟體的結構變得更具有整體性和穩(wěn)定性，地基也就有了更好的承載能力。在高鐵工程的施工過程中，水泥攪拌樁的作用非常多，作為一種有效的軟土地基處理方式，成樁的質(zhì)量和軟土的類別，以及軟土的含水量、水泥攪拌樁的施工工藝等諸多因素都會影響高鐵最終的施工質(zhì)量。

1.2 水泥攪拌樁在施工中的使用

在施工過程中，首先要注意測試的放樣環(huán)節(jié)。在現(xiàn)場交接完裝之后要進行測量工作，合理地控制誤差值的大小。根據(jù)設計圖的結構，把竹片樁定位，一般規(guī)定的誤差應小于5cm。之后要進行試樁操作，在水泥攪拌樁工作之前要確保機器能夠正常的進行工作，在供漿時需要連續(xù)和均勻?qū)嶋H的施工，工作過程中也要把攪拌樁工作時間、供漿、停漿的時間以及氣體流量和攪拌速度等數(shù)值進行記錄，在以后的大規(guī)模施工過程中可以作為數(shù)據(jù)指導。水泥攪拌機在實際的施工過程中需要注意以下幾點。

（1）攪拌機需要放到指定位置，能夠確保施工過程中水泥攪拌樁的位置準確。

（2）在開啟攪拌時，儀器上的鋼絲繩向下旋轉可以調(diào)制到標高。

（3）在施工過程中如果遇到土質(zhì)較硬的情況，可以用泵水潤滑，降低鉆頭的前進難度。

（4）攪拌過程中如果需要加快攪拌速度，需要嚴格按照之前設定的程序進行，確保水泥墻能夠發(fā)揮正確的作用。

層下路床身淤泥層的處理也可以采用灌漿法或者排水固結法，灌漿法的方法多種多樣，采用水泥漿或者水泥砂漿等化學漿料利用壓力或者電化學原理把漿液注入到淤泥層中，從而改善軟土基層。排水固結法就是把淤泥層的水進行排出，施工過程中可以利用加載頂壓的方式，讓淤泥層中的水分沿空氣流出，從而淤泥層會慢慢枯竭，地基也就會沉降，強度隨之提高，排水固結法可以針對性地解決地基沉降的問題。

1.3 水泥攪拌樁應用于水泥構造物的形成

滿足承載力的要求之下，高鐵道路的施工特點也需要進行考慮，有關于施工條件以及造價方面也同樣需要關注，軟土路基的處理方法要結合實際情況進行設計。常用的軟土地基的處理方式就是在軟土的結構中構建強度較大的構造物，提高原有的地基承受能力，水泥攪拌樁就是構建軟土中的構造物，利用深層攪拌器把原有的基土和水泥砂漿進行攪拌，形成水泥構造物。水泥攪拌樁具有強度大、剛度大的特點，把水泥攪拌樁加入到地基的過程可以使地基的承載能力提高，并且周圍的土體也能夠分散作用力，從而可以把地基的承載的作用力有效地進行降低，水泥攪拌樁也提供了墊層的作用，在攪拌機的攪拌過程中，水泥和基礎混合在一起，把原有的路基墊層取代，在地基深處形成了復合的地方基體，這種地基體的高度較強，所以地基的強度也會隨之提升，在水泥攪拌樁工作的過程中，可以提供加筋的作用，軟土中把水泥攪拌樁樹立起來就類似于加筋，水平位移的問題也可以得到解決。

2、處理軟土基礎

2.1 攪拌樁水泥處理軟土基礎的準備

在對軟土基礎處理的過程中要進行施工前的準備，首先要把場地的雜物進行清除和處理，施工場地需要進行平整處理，如果施工場地處于低洼地段，應該把清淤進行抽除，可以適當?shù)匕逊謱踊靥铕ば酝撂盍蠅簩崱３酥膺€要注意水泥攪拌中的位置，機械的性能保障是施工的基礎，設備在施工中要具有穩(wěn)定性。在實際的施工過程中也要進行控制措施的采取，正式施工前要將水泥運送到現(xiàn)場，施工順序要嚴格按照規(guī)范執(zhí)行，在施工之前準備好充足的原料水泥樁，開鉆之前需要把管道進行清理以免堵塞，管道內(nèi)的水也需要檢查是否排凈。攪拌機上懸掛的吊錘是用來調(diào)整水泥攪拌樁的垂直度。施工前要仔細地檢查垂直度是否合格，并且要將這制度進行記錄。水泥的用量要和設計的用量吻合，嚴格地按照設計的規(guī)范進行操作，攪拌設備需要配備記錄儀，同時應該配備打印設備，方便管理人員查看攪拌效果，在施工現(xiàn)場水泥漿的比重測量儀十分重要，是檢查水泥灰比是否符合規(guī)定的重要儀器。中體垂直度的保持應該在每次下算和提算時進行調(diào)整，提高一個檔位或者低檔進程，都需要嚴格地按照規(guī)定完成，例如在下算時應該以低檔進行，負角時可以采用高檔，成樁的質(zhì)量保證需要每根樁的時間控制得當，一般時間控制在40min以上，噴漿的壓力應該大于0.4MPa。提倡噴漿時需要在樁底的部位停留30s 以上，攪拌頭保持噴漿的狀態(tài)，持續(xù)的停留時間可以保證漿料噴入到樁體之內(nèi)。為了保持成樁的連續(xù)性，在施工過程中應該嚴格的對成樁的時間進行控制，成樁的質(zhì)量和成樁是否連續(xù)具有非常大的關聯(lián)，在生活當中應該禁止為噴槍提升鉆干的行為。如果發(fā)現(xiàn)長料不足或者噴染量不足的時候，應該對整體的攪拌樁進行附角控制復噴的潘長亮超過設計用量，施工過程中如果停電或者機械出現(xiàn)故障，應該用記錄儀記錄此時噴漿的深度在12h 之內(nèi)采取補救的措施。在處理軟土基礎過程中，常用到以下6 種方法。

2.2 水泥攪拌樁處理軟土基礎的方法

2.2.1 表層處理法

表層處理法分為表層排水法、穩(wěn)固計表層處理法和電磁法。表層排水法是針對地基表面的水分進行排除，在路基填筑之前把水分排出，使路基慢慢地固結，在后期的施工過程中也就更加順利在排水過程中需要控制一定的水溝，利用透水性比較好的沙礫填補水溝，穩(wěn)固劑表層處理的方法是把穩(wěn)固劑拌入到軟土地基中，例如石灰水泥，這種穩(wěn)定的材料可以提高地基的壓縮性和穩(wěn)定性。電磁法是為了縮短固結時間，在軟土地基的頂層鋪上穩(wěn)定的化學物質(zhì)作為排水層。表層處理的方法可以有效地預防軟土地基的下沉和穩(wěn)定性差的問題，改善地基的承受能力。

2.2.2 強夯法

利用沖擊對軟土層的表層進行壓力的施加，使地基的密度提高，在實際的使用過程中，可以利用重錘自由落體產(chǎn)生的沖擊增加地基的強度，使地基的壓縮性得到降低，并且也能夠改善震動液化的能力，在處理可液化砂土地基的時候也可以采用強夯法。在不同的土質(zhì)類型中夯實的過程也可有所選擇，例如對于飽和無黏性土在夯實過程中由于土體會液化，這種過程與爆破的致密過程具有相似性，而對于飽和細膩黏土，就可以選擇其他的夯實方法。

2.2.3 拋石擠淤法

將一定大小的石塊填補到淤泥和淤泥的土質(zhì)當中，把原有的淤泥土質(zhì)帶走，以此進行加固。這種方法在軟土及道路施工過程中應用較多，是因為石塊不易風化，大小合適的石塊也較為容易選擇，但是在使用過程中要進行選料和拋石角度的問題考慮。拋石機具有技術簡單成本低的特點，因此在實際的軟土基處理過程中廣為應用。

2.2.4 指碎石法

這種方法應用于建筑方面較多，在鐵路方面也時常應用，高鐵建設過程中，地基的承載能力和形變都要有很明確的要求，碎石樁可以加大地基的密度使地基具備更良好的性能，地基的抗壓能力也能夠有所增強，地基均勻的同時也提升了質(zhì)量。在進行碎石樁方法的應用過程中，一定要把軟土地基進行預壓，如圖1。

圖1 預壓地基準備

2.2.5 指碎石樁處理方法

這種方法是較為傳統(tǒng)的施工技術，在實踐的過程中的施工效果比較符合現(xiàn)在的需求，因此碎石樁的處理技術得到了充分的認可，但是在這一技術的實際使用過程中，施工人員需要利用到?jīng)_擊和震動的能量，促使基土表面出現(xiàn)孔徑點，才能把碎石填充到這些空間點之中，再通過粘結劑把碎石進行粘合，促進碎石樁的形成，這種處理方式可以把高鐵路基的承載能力極大地進行提升。這種處理方法對于施工人員有一些技術性的要求，他們需要根據(jù)軟土的面積和性質(zhì)確定碎石樁所需要的位置和密度，這一技術的優(yōu)點在于碎石樁較為穩(wěn)定，受到外界環(huán)境因素的影響較小，并且對于路基下沉的情況可以有效地阻止，施工成本相對較低，但是它的適用范圍有局限性，例如路堤較寬的情況就不太適合。

2.2.6 換填技術

通過填補的方式把軟土路基的內(nèi)部結構進行改變，施工人員可以利用器械將軟土中的部分挖掉，然后填入碎石或者強度較高的物質(zhì)在進行夯實，這一技術物料的填充是關鍵部分，首先對于物料的選擇就有所要求，需要硬度較高、強度較大的物質(zhì)，其次對于位置也有所要求，在物料填充過程中應該把軟土空間的最下方的位置進行填充，這一技術在縱向深度較為明顯的軟土路基中使用更加具備優(yōu)勢。注漿技術的應用需要有高壓力的助推，施工人員對于作業(yè)區(qū)域的土質(zhì)要有所檢測，然后利用高壓噴嘴把軟土切割，使泥漿和軟土充分地進行混合均勻，等到凝固之后，高鐵的路基也就會變得更加堅硬。注漿技術具有提高路基強度、防止軟土下沉的作用。對于團結處理技術，施工人員要在化學設計上進行一定量的添加，軟土的結構需要化學試劑進行改變，以提升軟土路基的穩(wěn)定性，在高鐵道路的施工過程中，旋噴的方式可以使得固化劑和軟土的接觸面積較為寬大，這對固化劑的粘連效果有所提高，也能夠提高軟土的穩(wěn)定性。在排水過程中要應用排水處理技術。軟性較低的地基中可以利用沙井團結，把軟土中的水分進行剔除，在軟土排水的過程中，施工人員應該鋪設沙井通過預壓沙井使得排水速度提高，并且對于預壓的速度，施工人員也要有所關注，防止地基沉降。

3、軟土路基水泥攪拌中在高鐵施工中的處理措施

高鐵建設區(qū)別于其他道路建設，在高鐵建設的過程中，路基的質(zhì)量尤為重要，高效的教程處理技術才能符合高鐵平整和穩(wěn)定的標準。在建立高鐵道路的時候，也需要考慮外部施工環(huán)境的因素，例如地質(zhì)、地下水等地方，一般情況下高鐵道路較長，需要經(jīng)過的地質(zhì)環(huán)境較為復雜，周圍的路徑容易被破壞，導致地基的下沉和隆起。因此在實際過程中需要考慮到道路周圍的地質(zhì)情況和自然因素的影響。

3.1 水泥攪拌樁的控制量化

3.1.1 水泥攪拌樁樁頭的控制

在水泥攪拌樁施工的過程中，攪拌頭的選擇對后續(xù)的施工順利程度具有非常大的影響，攪拌頭的選擇可以解決噴漿過程中攪拌不勻的問題，因此在施工過程中要注意水泥攪拌中的樁頭選擇鉆機反復提鉆并且噴漿的過程如果低于地面基準的30cm 到50cm 時，可以進行30 秒的持續(xù)噴漿，這么做的目的是保證了上層部位的密度和強度?？紤]到傳遞原理在水泥樁上部的密度和強度方面都應該進行加強攪拌樁的頂部設計，接近設計的標高時，可以在1.5m的范圍內(nèi)增加噴漿的攪拌。

3.1.2 樁長、樁位、樁徑的控制

對于樁長的控制，要做到看表和標記二合一，在設計樁長的深度位置和沒進鉆的斷點位置上要標記出明顯的痕跡，例如寫上數(shù)字。樁位的控制是指在測量放樣時應該利用算白灰時點的方法，控制樁位的垂直度，垂直度會影響到重裝的承載力，最好用吊錘頭的方法把水泥攪拌樁的垂直度進行控制，攪拌樁的垂直度偏差不能超過1.5%。樁位的控制就是把樁位的偏差控制在5cm 之內(nèi)，通過鉆桿上掛吊錘，這項措施可以實現(xiàn)以上的控制。對于樁徑的控制要求，就是不得小于設計的直徑，實際的施工過程中鉆頭的檢查也十分重要，發(fā)現(xiàn)磨損時要及時的修補，按照設計好的樁位、樁長和樁徑控制噴氣量和實驗參數(shù)。在水泥攪拌中工作的過程中，要記錄工作日的天氣日期以及水泥漿的泵壓力等條件。

3.1.3 成樁的控制

在制裝工作完成后，需要達到規(guī)定的時期后進行，開挖樁頭的清理和養(yǎng)護十分重要。在清理過程中應該使用較輕型的機械，避免使用重錘或者重型機械，這些儀器容易對樁頭造成一定的損傷。水泥攪拌樁成樁后的一個月左右時間，需要對樁的完整性、均勻性、長度都予以檢查，采用鉆孔取樣的方法取出樣片進行攪拌，如果呈現(xiàn)出的顏色較為均勻和一致就可以停止攪拌。在鉆心取樣的環(huán)節(jié)中應該把位置選在樁的外側。整個操作過程中要避免水泥漿的聚集，以防出現(xiàn)結合的現(xiàn)象，除此之外也要注意填土工作應該在成樁后一個月后再進行，如圖2。

圖2 成樁過程

3.2 水泥攪拌樁的使用

目前高鐵工程的軟基處理工作基本都采用水泥攪拌樁進行噴漿的處理方式，軟基處理是否合格和多種因素都有所關聯(lián)。水泥攪拌樁工作之前應該進行水洗，并且逐個檢查管道中是否有堵塞的現(xiàn)象。吊錘和吊桿的控制可以從上到下、從左到右，通過距離相等進行控制，對于成型的攪拌樁檢查的重點就是水泥的用量和壓漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象，水泥的水解反應和水化反應是化學反應，當水泥的水化物生成之后，一部分繼續(xù)硬化，形成石灰骨架，一部分與周圍的黏土顆粒發(fā)生反應，形成膠體。

3.3 注意外部環(huán)境因素的影響。

在高鐵公路建設的過程中需要考慮到環(huán)境因素，由于目前大部分公路都是混凝土結構，容易受到溫度變化的影響，而高鐵在運輸過程中溫度的變化又十分大，容易受到熱脹冷縮的影響產(chǎn)生裂縫，并且隨著高鐵道路的使用延長的增加，混凝土的堿性也會有所降低，氯化物就會隨之加入到氛圍中，這種情況下混凝土的保護層也就會影響到高鐵道路的質(zhì)量，所以在軟土地基處理技術過程中，要對外部的環(huán)境因素進行充分的考量，通過與實際應用環(huán)境的合理和科學性的設計，減少外界環(huán)境對于高鐵道路的損毀。

在軟土路基處理的過程中影響因素非常多，例如道路的形狀是以及施工的要求和周圍的環(huán)境等，施工過程中，路堤所需要的高度和寬度是高鐵建設首先要考慮的因素，這對施工過程中采用的技術和方法都有所影響。針對不同的目的采用不同的方式才能對應地基的強度，根據(jù)道路的形狀選擇合適的施工技術。

結語：

在高鐵的施工過程中，由于地質(zhì)情況的復雜性，不同地段的軟基礎情況也就有所不同，有關于土質(zhì)層的含水量差距也逐漸增大，涂層的強度和黏度也有所差異，水泥攪拌樁在施工過程中容易出現(xiàn)斷樁的現(xiàn)象，因此在施工過程中一定要做好土質(zhì)分析，并且根據(jù)軟土的實質(zhì)結構選擇合適的治理方案，確保在施工過程中不會出現(xiàn)差錯，對地基的強度和穩(wěn)定性有效提升。隨著科學技術的迅速發(fā)展，處于軟土地基的方法逐漸增多，但是在選擇過程中要進行實地的考察，聯(lián)合具體的情況選擇最好的處理方法才能有較好的施工效果。確保施工方案的合理性和可行性，施工過程中的細節(jié)要進行嚴格的把控，確保施工過程中的質(zhì)量。