水泥喷粉深层搅拌桩沉桩问题分析及处理

1.前言:
经过近20年的发展，由于施工技术和施工机械的成熟，深层搅拌桩已广泛应用于软土地基加固、边坡支护、基坑和大坝防渗等领域。深层搅拌桩能提高软土地基承载力，减少沉降，提高边坡稳定性，具有快速、经济、有效的特点，因此将其应用于公路桥头软土地基，以加快公路建设进度，消除或缓解桥头跳车等问题。其施工方法分为喷粉和喷浆。当地基天然含水量大于60%时，设计人员往往选择喷粉法来降低地基含水量。由于地质条件千变万化，如果淤泥含水量过大，采用喷粉法则可能会发生沉桩。通过对粉喷桩引起的沉桩工程问题的分析，提出以下处理方法，与同行探讨。
二。项目示例
1。工程简介
某高等级公路K9+753至K10+836桥头186米处采用水泥粉喷桩处理。水泥粉喷桩呈正三角形布置，桩径50kg，桩距1.5m，平均桩长10m，水泥掺入比为15%。当施工单位对施工配套设备进行标定，且试桩方案得到监理单位和业主单位认可后，采用喷粉法进行试桩。共检测59根桩，其中沉桩21根，沉桩深度一般在1.1m ~ 4.5m之间。沉桩原因分析
水泥深层搅拌桩的加固机理是通过水泥的水解和水化、水泥水化物与土颗粒的离子交换、团聚、硬化、碳化等一系列化学反应，成为具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土桩。因此，沉桩的原因可以从地质和施工工艺两个方面进行分析。
从地质学上讲，由于不同地质层的土质不同，水泥加固的效果也不同。一般来说，含高岭石、水化高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好，含伊利石、氯化物、勃姆石等矿物的粘土和有机质含量高、PH值低的粘土加固效果较差。各地质层含水量的不同也是水泥与土发生一系列化学反应，产生不同强度率的原因。
在施工工艺上，水泥和土混合不均匀，甚至水泥和土不能混合。这与施工机械的各种施工参数有关，如钻进速度、钻头转速、提升速度、喷粉压力、水泥用量等。要通过试桩，根据不同地质层、不同土质、不同土压力找到合适的施工参数，并严格控制，使桩身均匀，防止缩颈、断颈。
1)地质
在第一次试桩的一排7根桩中，有4根桩沿路线被打入右侧。试桩后第七天，对其中两个进行了抽芯试验，发现桩身上有两段水泥明显没有凝固。试桩后第十天，补测沉桩地质。具体地层自上而下如下:
①填砂:河砂，层厚0.5m。
②粉质粘土:灰黄色、灰褐色，可塑，稍湿至湿，随深度增加逐渐变为软塑，层厚1.2m
③淤泥:深灰色、灰黑色，软塑-流塑，饱和，粘腻，岩性均匀。 底部含腐殖物质0.5m，层厚6.0m
④粉质粘土:灰色、青灰色，软塑，饱和，坚硬，粘性均匀，层厚1.8m
⑤泥夹砂:灰色、青灰色，软塑，含多量中粗砂，含量约30% ~ 50%，松散，层厚1.5m
⑥砂层:浅灰色，稍密至中密，饱和，以粗砂为主，含粘性土
⑦粉质粘土夹砂:灰黄色、褐黄色，软塑，湿，含量20% ~ 50%，岩性不均匀，层厚2.6m
⑧砂层:主要为中粗砂，灰色、灰黄色，中密，饱和，含粘性土，级配良好，层厚0.3m
软土的物理力学指标很差。粉土平均含水量90%，天然孔隙比2.51，直剪C=6.79Kpa，φ=7.36。
从以上地质补充调查分析，主要有以下原因:
(1)由于该段淤泥含水量为90%，粉喷后桩内水泥吸水量有限(50 ~ 60 kg/m)，参考类似工程试验结果，可以看出短期内水泥加固土的含水量减少量低于水泥掺入比，即该段淤泥含水量仍然相同。喷50 ~ 60 kg/m水泥9m后，自重增加4500~5400KN。流塑~软塑状的水泥土压缩模量小，自重引起的桩压缩量大；加筋水泥土抗剪强度低，由于自重侧向挤压大；
(2)桩身周围被扰动的土体下沉后，土体对桩的侧面产生负摩阻力。当土体和水泥土仍处于塑-软状态，压缩模量低，抗剪强度低时，在负摩擦力的作用下发生沉桩。
(3)该段淤泥具有较高的敏感性，它是原始试样的无侧限抗压强度与相同含水量重塑试样的无侧限抗压强度之比。从试桩现场来看，试桩现场砂垫层表面挤出的泥浆很薄，说明其强度很低，重塑后敏感性很高。
(4)喷粉吸收桩内水分，使桩周土的孔隙压力消散下沉，短时间内增加桩的负摩阻力。此时水泥加固土的强度很低，生长缓慢。
一般来说，在喷粉初期，水泥加固土的强度无法承受水泥加固土的自重和负摩擦力，导致沉桩。