欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

基坑地基处理设计施工方法

335 2021-08-16 10:10:58

基坑地基加固处理的方法常用注浆法、高压喷射注浆法、深层搅拌法等,现分别予以介绍。

一、藩浆加固 1.灌浆材料

(1)水泥浆材。水泥浆凝固后的结石强度高,造价较低,货源充足,不污染环境,即适用于岩土加固,也适用于地下防渗。

灌浆工程中最常用的是普通硅酸盐水泥,有时也采用矿碴硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥等。纯水泥浆由水和水泥按一定的比例混合而成,常用的水灰比变化在 0.5~5 之间,高水灰比仅对提高浆液的可灌性有利,而对岩土加固意义不大。从表 9-1 可看出,高浓度浆液的强度和密度都较大,但流动性较小,常需掺入某些分散剂以降低粘度方能使用。

image.png

(2)粉煤灰水泥浆材。粉煤灰掺入普通水泥中作为灌浆材料使用,其主要作用在于节约水泥、降低成本和消化三废材料,具有较大的经济效益和社会效益。粉煤灰水泥浆材的突出优,点在于粉煤灰能使浆液中的酸性氧化物含量增加,使浆液结石的抗溶蚀能力和防渗帷幕的耐久性提高。

(3)硅粉水K泥浆材。硅粉是冶金厂生产硅铁过程中的副产品,经冷凝而成的细球状颗粒,其主要成份为 SiOz。在水泥浆中掺入硅粉及减水剂后,不仅使浆液的可灌性和稳定性改善,而且可使浆液结石的强度大大提高。

(4)硅酸盐浆材。硅酸盐浆材属于溶液型化学浆材,具有可灌性好、价格低廉、货源充足、无毒、凝结时间可调节到几秒至几小时等优点,应用十分广泛。

(5)酸性水玻璃。酸性水玻璃能在中性区域内胶凝,而且胶凝体没有碱溶出,在潮湿地层中可看作是永久性浆材。

(6)水泥水玻璃浆材。水泥浆中加入水玻璃有两个作用,一是作为速凝剂使用,掺量较少,一般约为水泥重的 3%~5%;另一是作为主材料使用,掺量较多,要根据灌浆目的和要求而定,本节所述是指后一种情况。

水泥水玻璃浆材的可灌性介于水泥和水玻璃之间,浆液结石的抗压强度可达 10~ 20MPa,结石率高达 95%~98%,材料来源丰富,价格相对较低,对地下水和环境无污染,浆液的凝胶时间能准确地控制在几秒至几十分钟范围内,可用干防渗和加固灌浆,在地"下水流速较大的地层中,采用这种混合型浆材尚可达到快速堵漏的目的。

综合各地的实践经验,水泥水玻璃的适宜配方大体为∶水泥浆的水灰比 0.8∶1~1∶1;水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0.6~1∶0.8。水玻璃的 M值为2.4~2.8,波美度 30~45。这些配方的凝结时间约 1~2 min,抗压强度变化在 9~24 MPa。

除上述几种浆材外,还有粘土水泥浆、环氧树脂浆材、聚氨脂浆材等。 

2.注浆孔间距

注浆孔的布孔间距不宜大于 2.0 m,单孔加固范围可按 1~2 m 考虑。

 3.灌浆孔布置

常采用三角形(图 9-6)及矩形(图 9-7)布孔方法。

image.png

4.胶凝时间

浆液的凝结时间变化较大,例如化学浆液的凝结时间可在几秒钟到几小时之,间调整,水泥浆一般为 3~4 h,粘土水泥则更慢,可根据灌浆土层的体积,渗透性、孔隙尺寸和孔隙率、浆液的流变性和地下水流速度等实际情况而定。

一般要求砂土 2~3min,粉土 5~6 min,粘土劈裂注浆 1~2 h。

 5.注浆量

应通过注浆实验决定,粘性土地基的浆液充填量约 20%左右。 

6.注浆压力

在砂土地基中,压力为 0.2~0.5 MPa;软土地基中,压力为 0.2~0.3 MPa;粉土中,玉力大于0. 2~0.5 MPa。 

7.注浆孔径

一般为 70~110mm,垂直度小于 1%。

8.注浆顺序

应先外后内,有挡墙时可先内后外。

9.加固有效半径

可参考《岩土加固实用技术》一书进行计算。

二、高压喷射注浆法加固

高压喷射灌浆是在化学灌浆技术的基础上结合高压射流切割技术发展起来的,是以置入地下的很/喷嘴中喷射过高压或超高乐 的高速啼射流体。和 用高度集中、力静强大的功能,人为地冲击切割土体,同时将导入的固化用的浆液与被冲塌下来的土体就地填充混合,随着项嘴的云动和浆液的凝结固化,,在土层中逐渐形成后地均、察实连续的板墙或柱朱等固结体,用以提高土体强度或阻隔地下水。

高压喷射注浆法,主要用于较松散和软弱的土层,如第四系沉积层、残积层、淤泥和人工填土等。尤以标贯击数 N<15 的砂类土和 N<10的粘性土、粉土及黄土为好。

1.注浆形式

按照喷嘴的运动方式,可分为三种;高压旋喷射注浆(旋喷法);高压定向喷射注浆(定喷法);高压摆动喷射注浆(摆喷法)。

(1)旋喷法:在连续不停的提升过程中旋转喷射浆液,以形成圆柱状(柱列型)固结体。旋喷桩的孔距一般为 1.732R(R 为旋喷桩半径),采用双排时,排距一般为 1.5R,桩的搭接宽度一般不应小于 20 cm。

(2)定喷法:在提升过程中定向喷射浆液,以形成薄板状(板墙型)固结体。定喷法可以建造 0.2~0.5 m 的连续墙幕,深度可达 60~70 m,钻孔垂直误差不大于 0.2/H(H 为孔、深)。定喷方向要严格控制,保证其准确性,防止不连续的叉缝造成渗漏。定喷孔距应根据地层条件和喷射能力决定,一般取有效喷射距离的 1. 8~1.9倍。

(3)摆喷法:在提升过程中作小角度的摆动喷射浆液,可形成较厚的墙状固结体(折摆型或柱墙型)。当为折摆型时,墙深可达 20 m。孔距--般为 1. 4~1.8m。

2.单管 、二重管、三重管和多重管喷射

单管法,只喷射注浆浆液,形成的桩体直径较小,一般只有 0.3~0.8 m;二重管法可同轴高压喷射浆液与高压空气,利用空气包裹在浆液外面的帷幕作用,减缓浆液压力的衰减,提高浆液切割土体的能力,能形成直径较大的旋喷柱,一般为 0.6~1.2 m;三重管法分别输送水、气,浆三种介质喷射入土体中,使高压空气包襄高压水同轴射出,获得更大的切割十,体的能力,再以较低压力喷射浆液,充填土体中的空隙,可以形成更大直径的旋喷桩,一般可达 1.0~2.0 m。桩径的大小除,与喷射方法有关外,还决定于土的类别、密实程度及高喷技术条件,常通过现场实地试验后确定。

三、深层搅拌法加固

深层搅拌是利用深层搅拌机械在软弱地基内,边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体,同时借助干搅拌轴旋转搅拌,使喷入软土中的浆液(水泥浆、水泥砂浆)或粉体(干石灰粉、水泥粉)与软十充分拌合在一起,形成抗压强度比天然十高得多并目具整体性和稳定性的桩柱体,由若干这类桩柱体和桩周围土构成水泥土挡墙。

image.png

image.png

2.水泥土的室内配比试验

为了经济、合理地确定深层水泥搅拌法水泥土挡墙的技术方案,研究与地基土相适应的水泥品种、标号和水泥掺入比,应预先进行水泥土室内配比试验。目的在于探索用水泥加固各种成因的软土的适宜性,了解加固地基适宜的水泥品种、标号、掺入比以及合适的水灰比、外加剂等,掌握水泥土强度的增长规律,求得强度与龄期关系。

(1)试验设备与规程∶目前一般仍按土工、混凝土砂浆试验规程进行试验。

(2)制备水泥土的土样∶一般宜使用原状土样,亦可用风干土样。原状土样是指现场钻取或挖取的原状土,密封在双层塑料袋内并在 24 h 以内制成试块。

(3)水泥掺入比;系指加入水泥的质量与被加固土体质量的百分比。一般可根据设计需要常选用7%、10%、15%,20%等。

(4)外加剂∶根据需要选用。早强剂可选用三乙醇胺或氮化钠,减水剂可选用木质素磺酸钙,石膏根据缓凝和增强要求适当考虑。

3. 浆液喷射深层搅拌施工

(1)施工机械。深层搅拌机的类型根据搅拌轴数分为单轴和多轴深层搅拌机;按使用固化剂的状态分为粉体喷射和浆液输入的深层搅拌机。 目前较普遍使 用的县浆液输入单轴和双轴深层搅拌机。

①SJB-1 型深层双轴搅拌机,由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院合作于 1978 年研制,1984 年批量生产。

②GZB-600 型深层单轴搅拌机,由天津施工公司与交通部一航局科学研究所等单位干 1980年利用日本进口螺旋钻机改制而成。

③DJB-14D型深层单轴搅拌机,由浙江有色勘察研究院与浙江大学合作,在北京 800 型转盘钻机基础上改制而成。DJB-14D 型深层搅拌机的主机系统包括动力头、搅拌轴和搅拌头。搅拌头上端有一对搅拌叶片,下部为与搅拌叶片互成 90°,直径 500 mm 的切削叶片,叶片的背后安有 2 个直径为 8~12 mm 的喷嘴。

(2)浆液配制。水泥系深层搅拌桩的浆液,最好采用 425 号以上的普通硅酸盐水泥,若用低标号水泥时,应进行配比试验,证实达到设计要求时方能应用,水泥质量必须可靠。

水泥浆液的配制要严格控制水灰比,一般为 0.45~0.50,袋装水泥要抽检,加入的水应有定量容器,使用砂浆搅拌机制浆时,每次搅拌不宜少于 3 min。

为改善水泥和易性,以提高水泥的强度和耐久性,在制作水泥浆液时,可掺入适量的外加剂。如用石膏作外加剂时,—一般为水泥质量的 1%~2%。三乙醇胺是一种早强剂,可增加搅拌桩的早期强度。木质素磺酸钙主要起减水作用,能增加水泥浆的稠度,有利J于泵送,一般的掺入量为水泥用量的 0.2%。

制备好的水泥浆不得停置时间过长,超过 2h 应降低标号使用。浆液在灰浆搅拌机中要不断搅拌,直到送浆前。

(3)施工流程。桩机就位→钻进喷浆到底→提升搅拌→重复喷射搅拌→重复提升复搅→成桩完毕,如图 9-9 所示。在施工中,有时在钻进贯入时喷浆,也有在提升时喷浆,何时喷浆最佳须根据地层的软硬情况和搅拌头的工艺特点而定。同理,重复搅拌过程中是否喷浆,亦应根据地基土的力学指标和设计要求灵活掌握。

image.png

①桩机就位。利用起重机或开动绞车移动深层搅拌机到达指定桩位对中。为保证桩位准确,必须使用定位卡,桩位对中误差不大于 10 cm,导向架和搅拌轴应与地面垂直,垂直度的偏离不超过 1.5%。

②喷浆成桩。开动灰浆泵,证实浆液从喷嘴喷出时启动桩机向下旋转钻进喷浆成桩并连续喷入水泥浆液,钻进速度应为 1.0m/min,转速 60 rad/min 左右,喷浆压力控制在 1.0~1.4 MPa,喷浆量控制在 30 L/min,钻进喷浆成桩到设计

桩长或层位后,原地喷浆半分钟,再反转匀速提升,深度误差不得大于 5.0cm。

③提升搅拌。搅拌头自桩底反转匀速搅拌提升,直到地面。搅拌头如被软粘土包裹时,应及时清除。

④重复钻进搅拌。按上述②要求进行操作,如喷浆量已达到设计要求时,只需复搅不再送浆。

⑤重复搅拌提升。按照上述③操作步骤进行,将搅拌头提升到地面。

⑥成桩完毕。连同③、④、⑤共进行 3 次复搅,即可完成一根搅拌桩的作业,开动灰浆泵清洗管路中残存的水泥浆,桩机移至另一柱位施工另一根搅拌桩。

4、粉喷桩施工

(1)粉体材料。若使用硅酸盐水泥必须是新鲜的;若用石灰粉体作固体材料,石灰应磨细,其粒径小于0.5 mm,纯净无杂质,氧化钙和氧化镁的总含量不少于 85%,其中氧化钙含量不宜低于 80%,石灰的液性指数不低于 70%。

根据经验,加固1 m²泥炭层的水泥用量约 200~300 kg,加固1m²软土需水泥 80~100 kg,若土质条件适宜,用生石灰仅 40 kg 即可。

(2)施工机械。粉体喷射搅拌机械一般由搅拌主机、粉体固化材料供给机、空气压缩机、

搅拌翼和动力部分组成,现有很多型号可供选择,如国外生产的 DJM1037、DSM1070、 DJM2050、DJM2090 等,而 GPP-5型粉喷搅拌机是铁道部第四勘测设计院于 1984 年利用 DPP-100 汽车钻机改制的,另外还有 一些专用的国产粉喷机。

(3)施工工艺。为取得良好的地基加固效果,施江工前必须作好有关资料的收集、室内配合比试验、地基加固设计计算和施工工艺性设计,在施工中要按工艺设计要求和操作规程严格控制。

粉喷桩施工流程如图 9-10 所示。

image.png

使搅拌钻头对准桩位后,启动粉喷搅拌钻机,钻头边旋转边钻进,贯入时喷射压缩空气。搅拌钻进至设计标高或层位时停止向下钻进;启动粉体发送器,使搅拌钻头一边反向旋转、边提升,不断磨粉体因化材料,防 1粉体溢出地面,即完成该桩(柱)的施工转入另-一柱位,如有必要可重复上述步骤进行复喷复搅。若遇含水量很高、强度低的软弱土、出现液化的粉土,可在向下钻进搅拌的同时,喷射粉体固化材料,改善土的稠度,防止由于压缩空气的脉动使粉土液化。