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三轴搅拌桩施工工艺详解

402 2020-06-02 08:43:24
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来源:头条号建筑云学院

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三轴搅拌桩简介

三轴搅拌桩简介


三轴搅拌桩是长螺旋桩的一种,桩机同时有三个螺旋钻孔,施工时三条螺旋钻孔同时向下施工,一般用于地下连续墙工法使用,是软基处理的一种有效形式,利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌,使水泥与土发生一系列物理化学反应,使软土硬结而提高地基强度。

作用:

三轴搅拌桩在基坑围护工程起到重要的作用,一种中间不插型钢,只作为止水用,如需挡土应与其他工艺结合应用;一种是搅拌桩桩体内插H型钢(俗称SMW工法)既可以起到止水亦可以作挡土墙,适用于挖深较浅的基坑。

优点:

三轴搅拌桩与其他支护形式的桩相比,施工速度快,每幅成桩时间约30-40分钟(24小时可完成60m左右);成桩后止水效果显著;机械自动化控制,操作程序简单;人工投入少,施工成本低;并且三轴搅拌桩由于沟槽开挖完成后即可进行施工,现场不需要泥浆池,施工现场安全文明有保障。插入型钢后三轴搅拌桩既起到止水又起到支护作用;同时型钢可以回收利用。

缺点:

三轴搅拌机械及附属设施安装时间需要10天左右,而此机械及附属设施需要工作场地较大,所需水泥储存量大,同时用电量大,一台500Kw的变压器只能供应一台三轴搅拌机的运转。三轴的施工也需对地质情况进行考虑,适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。


三轴搅拌桩施工方法

三轴搅拌桩施工方法


水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主,搅拌均匀,易于复搅,水泥土硬化时间较长;干法以水泥干粉为主,水泥土硬化时间较短,能提高桩间的 强度,但搅拌均匀性欠佳,很难全程复搅。常见以湿法为主。

湿法与干法的选择以地勘报告提供的土含水率和施工现场环境决定。


桩机

桩机


该项工法要求对施工设备进行选型,选型的主要依据是桩深、桩截面形状和尺寸等,通常要确定的内容包括:桩机型号、桩架高度、加接次数、钻杆组合等。一般能够进行超深三轴搅拌桩施工的桩机为120m以上液压履带式桩机,桩架的高度一般为18m、24m、27m和33m。根据技术要求对桩架、电机和钻杆进行组装,组装要求至少需要有40m×20m的场地,并需要吊车配合施工。

三轴搅拌机三个钻头,两边两个进行浆液输送,中间一个为气孔,主要作用松动土体,防止翻浆,保证土体与水泥充分搅拌均匀。而且落钻时两边钻头正旋转,中间钻头反旋转。起钻时两边钻头反旋转,中间钻头正旋转。这样可以充分保证水泥浆液与土体充分搅拌均匀,减少气泡的存在,避免桩体沉降。


附属设施

附属设施


一台三轴搅拌机昼夜施工约用水泥72t,现场需储备足够水泥量以保证施工不中断。


桩机各设备使用功率

桩机各设备使用功率



三轴搅拌桩施工准备

三轴搅拌桩施工准备


三轴搅拌桩水泥浆浆液配合比必须提前报当地建筑工程质量检测中心进行验证,验证结果符合设计文件要求并报监理验收同意后方能开始施工。

开工前组织技术人员学习实施性施工组织设计,阅读、审核施工图纸,澄清有关技术问题,熟悉规范和技术标准。制定施工安全保证措施,提出应急预案。对施工人员进行安全技术交底,对参加施工人员进行上岗前培训,考核合格后持证上岗。

三轴搅拌桩桩机进场后必须经当地建筑工程检测中心检测合格后报当地安监部门备案并报监理验收,相关仪器仪表必须经当地计量检测单位检测合格后报监理验收,监理验收合格后方能施工。


三轴搅拌桩施工流程图

三轴搅拌桩施工流程图



三轴搅拌桩导槽施工

三轴搅拌桩导槽施工


根据桩位控制线,开挖导槽,并清除地下障碍物,导槽尺寸要求中心线两侧宽各0.6m,深1~1.5m,在施工中随打随挖,保证浆液不外溢,挖出的废浆液存放在现场指定空地,等施工结束后进行外运,达到文明施工要求。


三轴搅拌桩施工工艺

三轴搅拌桩施工工艺


1.场地平整:

清除一切地面和地下障碍物,场地低洼处先抽水和清淤,分层夯实回填粘性土,必要时可以掺拌石灰和水泥,确保桩机站位处地基稳定。

2.桩位布置:

按设计图排列布置桩位,在现场用全站仪定出每根桩的桩位,并做好标记,每根桩的桩位误差±50mm。放样后做好测量技术复核单,报监理复核验收,确定无误后方可施工。

3.桩机就位:

搅拌桩机到达作业位置,由当班机长统一指挥,移动前仔细观察现场情况,确保移位平稳、安全,待桩机就位后,用吊锤检查调整钻杆与地面垂直角度,确保垂直度偏差不大于1%。在桩机机架上画出以米为单位的长度标记,以便钻杆入土时观察、记录钻杆的钻进深度,确保搅拌桩桩长不少于设计桩长。

4.备制水泥浆:

按成桩工艺试验确定配合比拌制水泥浆,待压浆前将水泥浆倒入储浆桶中,制备好的水泥浆滞留时间不得超过2小时。

5.预搅下沉:

启动喷浆机,放松卷扬机钢丝绳,使浆喷桩机沿导向架自上而下浆喷切土下沉,开启灰浆泵同时喷浆,边喷浆边旋转,使水泥浆和原地基土充分拌合,直到下沉钻进至桩底标高,并原位喷浆30S以上。

6.提升喷浆搅拌:

确认浆液已到桩底时,以试验确定的速度提升搅拌钻头,边喷浆边旋转,提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵,在原位转动喷浆30s,以保证桩头均匀密实。

7.重复上、下搅拌:

喷浆机提升到设计桩顶标高时,为使软土和水泥浆浆液均匀,再次将浆喷机边旋转边沉入土中,到设计加固深度后再将浆喷机提升至地面。

8.提钻,转移:

将搅拌钻头提出地面,停止主电机、空压机,填写施工旁站记录,桩机移位并校正桩机垂直度后进行下一根桩施工。


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三轴搅拌桩施工顺序


三轴搅拌桩施工顺序如下图,其中阴影部分为重复套钻,保证止水帷幕的连续性和搭接的施工质量,水泥土搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度补正是依靠重复套钻(搭接250mm)来保证,以达到止水的作用。三轴搅拌桩施工顺序采用单侧跳打施工方式(注:搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过16小时)。

除单侧跳打施工方式外,三轴搅拌桩施工还有单侧挤压施工方式,见下图。当施工条件受到限制,桩机无法来回行走,采用此施工顺序。


三轴搅拌桩钻进及提升

三轴搅拌桩钻进及提升


三轴搅拌桩桩身采用两喷两搅施工工艺,水泥和原状土需均匀搅拌,下沉和提升过程中均为喷浆搅拌,同时严格控制下沉和提升速度。

下沉速度:0.5—1.0m/min

提升速度:1.0—1.5m/min

在桩底部分重复搅拌注浆。

按照三轴搅拌桩的施工工艺,三轴搅拌机在下钻时,注浆的水泥用量占总数的70%~80%,而提升时为20%~30%。按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液,钻杆提升完毕时,设计水泥浆液全部注完。

水泥用量计算

开钻前对拌浆工作人员做好交底工作,在施工现场配备电脑计量的自动搅拌系统和散装水泥罐,以确保浆液质量的稳定。水泥浆液的水灰比为0.5,水泥掺量不小于20%(注:弱加固区水泥掺入量为8%)。

水泥用量计算:M=H*S*P*I

M——单排桩水泥用量,单位为吨。(单排桩为咬合的三排桩。

H——为桩基长度,单位为m。

S——单排桩截面积,取1.5m2。

P——被搅拌土体密度,淤泥质粘土取1740Kg/m3。I——水泥掺入量,取20%。

水泥浆液制备及注入

水泥浆配置好后,停滞时间不得超过2小时,因故搁置2小时以上的拌制浆液,应作废浆处理,严禁使用搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过12小时。注浆时通过2台注浆泵2条管路进行混合,注浆压力为1.5Mpa~2.5Mpa,注浆流量为80~120L/min/每台。


施工过程中的问题处理

施工冷缝处理

冷缝:当一根桩与相邻搭接桩施工时间间隔超过水泥凝结时间,桩体之间搭接必然出现施工冷缝,基坑开挖后承压水可能会从施工冷缝中渗出。直接影响到止水帷幕的止水效果。

产生的主要原因

(1)遇到深层(普通挖掘机难以触及)障碍物;

(2)机械故障或停电;

(3)由于其他施工需要而人为安排造成。

施工冷缝处理

施工过程中只要出现冷缝,则采取在冷缝处桩外侧补搅设计参数相同的搅拌桩或采取其它补救措施(如高压旋喷桩)。在搅拌桩初始施工处和终止施工处做好标记,待适当时候补强处理。

水泥用量问题

水泥用量过多或过少主要表现形式

(1)提升喷浆未到设计顶面标高,储浆桶内浆液已排空,即水泥浆用量多;

(2)提升喷浆到设计顶标高,储浆桶内浆液剩余过多,即水泥浆用量过少。

水泥浆过多产生的主要原因

(1)后台投料不准,未按照规定的水灰比制备水泥浆;

(2)灰浆泵磨损严重,不能按照既定的效率注浆;(3)灰浆泵输浆量过大,超出了设计要求的范围。

水泥用量问题

水泥浆过少产生的主要原因

(1)后台拌浆加水过量,水泥浆总体积过大;

(2)输浆管部分堵塞,原本该注入的水泥浆没有足量注入。

水泥浆过多治理措施

(1)重新标定投料量;

(2)检修灰浆泵,灰浆泵往往由于故障而产生既定的流量偏差,此时必须进行校定;

(3)重新标定灰浆泵输浆量。校正完成后,在灰浆泵及钻杆之间输浆管的线路上以流量表来确定输浆量,最终确定注浆压力,一般为0.8~2.5Mpa。

水泥用量问题

水泥浆过少治理措施

(1)重新标定投料量;

(2)清洗输浆管路

1)由于桩机故障或停电引起的储浆桶内水泥浆放置时间超过2小时,此水泥浆严禁再用,作为废浆处理;

2)在搅拌桶与储浆桶之间设置过滤网,其网眼尺寸为2×2mm,避免水泥杂质颗粒进入到泥浆泵或输浆管路内而造成堵塞。

冒浆严重问题

搅拌桩钻进或提升过程中水泥土浆液面未与孔口保持水平,水泥土浆液溢出。

冒浆严重问题

产生的主要原因:

(1)施工工艺选择不当;

(2)粘土颗粒之间粘结力强,不易拌合均匀,搅拌过程中易产生抱钻;有些土层不是粘土,容易拌合均匀,但由于上复压力较大,持浆能力差,易冒浆。

主要治理措施:

(1)对不同土层选择合适的工艺;

(2)搅拌桩机沉入前,搅拌桩位要注水,使搅拌头湿润,地表为粘土时,可掺入适当砂子,改变土层粘度;由于输浆过程中土体持浆能力的影响产生冒浆,使得实际输浆量小于设计量,这时应采取“输水搅拌→输浆搅拌→一起搅拌”工艺,并将搅拌机转速提高到50r/min,使搅拌均匀,减少冒浆。

特殊情况处理措施

1、有异常时,如遇无法达到设计深度进行施工时,应及时上报业主、设计、监理,经各方研究后,采取补救措施。

2、在碰到地面沟或地下管线无法按设计走向施工时,宜与业主、设计单位、监理共同协商,确定解决办法。

3、施工过程中,如遇到停电或特殊情况造成停机导致成桩工艺中断时,均应将搅拌机下降至停浆点以下0.5m处,待恢复供浆时再喷浆钻搅,以防止出现不连续桩体。如因故停机时间较长,宜先拆卸输浆管路,妥为清洗,以防止浆液硬结堵管。

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