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深层软基处理之:水泥搅拌桩施工技术总结!

407 2020-10-28 11:42:03


目前,长江中下游平原地区的深层软基处置方式主要为水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩(即CFG桩)。下面小编就水泥搅拌桩的适用范围、主要施工工艺流程、操作要点、质量控制要点等方面进行介绍,供大家参考。

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适用范围



长江中下游平原地区沿线地势起伏较小,工程地质水文地质条件较简单,不良地质主要表现为软土地基。软土主要为流塑状淤泥和软塑-流塑状淤泥质土,具有含水量高、高孔隙率、高压缩性、低渗透性、低抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等不良特点。不同深度软基处理的主要方式为:软基处理深度H≤3.0m,采用清淤换填处理;软基处理深度3.0m<H≤15.0m,采用水泥搅拌桩处理;软基处理深度H>15.0m,采用CFG桩进行处理;软基较深段基本为桥梁跨越。通过水泥搅拌桩处理可以有效提高软土地基承载力、加载速率,减少路基总承载。

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施工前准备工作


(1)技术资料准备

软土地基工程地质勘察报告、土工试验报告、水泥搅拌桩设计桩位布置图,以及原地面高程、加固深度;测量资料:包括平面控制桩、水准点的测量记录;设计交底会议纪要。专项施工方案经过总监理工程师审批。

(2)学习及交底

软基处理工程施工前,组织各级管理人员和技术人员学习学习施工图纸、施工规范、合同文件及相关规范要求,并对项目部施工人员及技术人员、现场施工人员、进行逐级技术交底和安全交底。 

施工前技术交底及安全交底

(3)施工机械设备的组织

选用定型合格的产品,水泥搅拌桩施工主要机械设备有:步履式PH-5D双向搅拌桩机、灰罐、空压机、发电机。施工前对机械、设备进行检查,并试运行,确保设备处于完好状态。水泥搅拌桩施工必须配备喷粉记录仪,并经国家计量部门标定。 

步履式PH-5D双向搅拌桩机施工

(4)材料准备

水泥搅拌桩施工的原材料主要为水泥,进场前都必须按规范要求进行质量检验,合格后方可使用。

(5)施工现场准备

①修建施工便道,便于材料运输车辆及机械设备进场。②架设电力线路,并配备备用发电机以防突然断电。③平整场地,清除耕种土和杂物(树根、垃圾等),低洼处抽水清淤,并分层回填粘性土填料,压实整平。需根据现场实际情况挖设排水沟,引入原有的沟渠。④水泥搅拌桩施工地段需预先做好水泥罐的基础处理,并固定安放水泥罐,确保大风气候下不致倾倒。⑤现场安全文明施工。施工前做好现场的标示标牌,注明工程名称、施工部位、施工时间、数量、桩径、桩长、桩距、施工队伍、施工员、技术员、质检员及相应的负责人等。

施工现场平面布置图

施工现场安全文明施工标识牌

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水泥搅拌桩施工工艺及操作要点


水泥搅拌桩以水泥为固化剂,利用深层搅拌机和原位软土进行强制搅拌,经过物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特性和水稳性的混合柱状体。它对提高软土地基承载能力,减少地基的沉降量有明显的效果。其工艺可分为粉喷、浆喷工艺,在进行大规模施工前,进行试验段施工,确定水泥搅拌桩粉喷施工工艺更加适合长江中下游平原地区软基处理。

双向水泥搅拌桩施工工艺的关键部分为钻头,其设有与外钻杆连接的外钻头和与内钻杆连接的内钻头,外钻头设有与外钻杆连接的套管,在套管的外壁上固定有搅拌叶片,在套管的内壁设有与内钻杆之间配合的轴承和密封装置,内钻头设有与内钻杆对接的芯管,芯管的外壁上设有上下两层翼片,下层翼片的下部为为钻尖,两层翼片之间的距离为20-30cm,在两层翼片之间靠近上层翼片的芯管上开有喷灰口。外钻头与外钻杆之间、内钻头与内钻杆之间均通过螺纹连接。钻头内外层叶片为两个相反方向搅拌方式,由同轴的内外钻杆组成整体钻杆,可确保内外钻杆之间不进入泥粉。在进行施工前,必须对双向搅拌钻头进行性能检查,搅拌叶片必须保证大于50cm。

双向水泥搅拌钻机钻头

3.1 施工工艺流程图


3.2 操作要点

(1)测量放线

依据施工设计图纸、设计院技术交底及勘察单位提供的坐标控制点及水准点,进行桩位放样,采用全站仪施放轴线和桩位,用木桩加石灰将搅拌桩桩位逐点放样,钢尺辅助。测量定位、放线、复核工作由专职测量人员负责,并对仪器定期检查,做好测量定位方向的原始资料。形成的定位、放线测量成果资料用书面形式报监理复核检查,经确认后方可施工。

①施工前,首先根据轴线交叉点坐标用全站仪定出轴线。

②根据桩位平面布置图及主要轴线,用全站仪定位,刚尺量距,确定桩位,用木桩或筷子进行现场标记。

③测量场地地面标高,确定桩顶标高。并对桩位进行编号,以利于施工管理和资料整理。

(2)钻机就位、调平

移动桩机至指定桩位,对中。在桩机上做出钻进深度刻度控制线。当地面不平时,边调节桩机支持腿的高度、边用水平尺测量使钻台处于水平状态,同时用吊线锤测量钻管的正面和侧面,使其调整至垂直状态方可下钻。

(3)钻进喷粉搅拌

启动主电机准备下钻,待搅拌桩机钻头接近地面时启动空压机送气。先启动内钻杆钻头(反向),后启动外钻杆钻头(正向),然后启动加压装置,加压装置中的链条同时对内外钻杆加压,使内外钻杆沿导向架向下,内钻头先切土、入土,外钻头后入土、搅拌。打开送粉阀门,关闭送气阀门,开启喷粉装置,内钻头(反向)入土后喷灰。其二层旋转叶片作用为:下面一层是破土,上面一层是搅拌;外钻头(正向)入土后,其二层旋转叶片作用为搅拌、压灰。

(4)钻进至设计深度

钻进搅拌直至设计深度后,原地喷灰搅拌30s后停止喷灰。

(5)提升搅拌

停止喷粉后,先将外钻杆钻头换向(反向),后对内钻杆钻头换向(正向),同时对加压装置换向。在桩顶1m~3m范围内,应适当降低风压,防止灰粉流失影响桩基质量。将钻头提升至设计桩顶标高,完成双向搅拌桩施工。 

双向水泥土搅拌桩粉喷施工工序流程图

3.3 成桩质量控制要点

(1)桩位控制

采用全站仪精确放线,在各桩位定下木桩标定中心。钻机对中:钻机以标定好的经测量监理工程师批准的棋盘式桩位中心为基准对中就位;旁站监理复核与相邻纵向与横向桩位的间距后批准开钻。

(2)成桩竖直度控制

用水平尺调平钻机操作平台,在钻架上挂垂线的方法控制成桩竖直度。以转盘水平来保证钻杆垂直度,以垂线来检查、校正钻杆垂直度。

(3)桩长控制

桩长控制有2种方法:一是在钻杆上用油漆涂刷深度标记;二是在记录仪上有打钻深度。

(4)工艺参数控制

水泥搅拌桩施工前,必须进行工艺性试桩,然后再大面积推广。水泥掺量控制在每延米60kg,具体工艺参数控制如下表:

水泥搅拌桩施工控制参数

(5)喷灰量及喷灰均匀性控制

喷灰量及喷灰均匀性能否达到设计要求,是保证水泥搅拌桩承载力的关键因素,是质量控制上最关键的问题。

喷灰量控制:①对进场水泥总量控制。②单桩喷粉量控制:配备经标定的电脑计量装置,能够准确的实施定量控制。③供灰必须连续,拌合均匀。一旦发生停机或机械故障,必须及时补喷。在第二次接桩时,其重叠长度需大于1m。④桩端处理:当钻进至设计深度时,应喷粉(浆)搅拌30s,再开始提升搅拌钻头,确保桩端的成桩质量。⑤每根水泥搅拌桩施工时,电脑必须同时记录该桩施工过程。每根水泥搅拌桩施工完成后,在下根桩施工前打印该桩施工记录小票。

喷灰均匀性控制:①严格控制钻进速度、管道压力、搅拌速度等施工参数,钻进时尽量保证匀速钻进。②通过计量装置,准确控制每延米水泥用量。

(6)其它控制措施

①水泥土搅拌桩机施工在钻进过程中喷粉,一次均匀喷足,严禁下钻过程中少喷或不喷而在提钻时补喷。要求施工管理人员、操作人员有高度的责任心和质量意识。

②搅拌机每次下钻或提升的时间必须有专人记录,时间误差不得大于5s,深度误差不大于5cm,预留送粉至钻头喷粉口的时间。派专人负责观察计量装置,并根据读数及时调整送粉、送气阀门控制,以控制每米内的喷粉量、搅拌的均匀性。

③粉喷桩施工时,搅拌轴应垂直,搅拌钻头对准桩位后,启动粉喷桩机,内钻杆进入加固土层后开始喷粉,钻进直至加固深度。反转提升时,为了不使喷口堵塞,需连续不断喷出压缩空气。

④水泥进罐前需经过筛网过筛,防止结块入罐导致管路堵塞。

⑤经常检查输灰管,不得泄露及堵塞管道,长度不宜超过60m,对所使用的钻头要定期检查,其直径磨损不得大于10mm,但也不得采用直径过大的钻头(不大于桩径30mm为宜,以免影响桩身成型质量)。

3.4 水泥土搅拌桩成桩质量检测

水泥搅拌桩处理软基,其最终质量控制参数是保证复合地基的整体承载力。为此水泥搅拌桩检测包括两方面内容:桩身质量检验(完整性、连续性、竖直度等)、强度检验(抗压强度、单桩及复合地基承载力)。水泥搅拌桩桩检项目见下表。

水泥土搅拌桩桩检项目

(1)施工记录、原始报表检查

施工资料应详细、完善、如实的记录施工参数和工艺参数,完整的反应施工全过程。依据施工记录检查单桩每延米喷粉量及桩体的垂直度等。 

水泥搅拌桩施工记录表

(2)人工开挖验桩

成桩7天后,浅部开挖(深度1.5m)检查桩身均匀性,对所成桩体搅拌的均匀性、桩体竖直度以及桩位、桩距进行检测。要求桩体圆匀,无缩径和回陷现象,拌合均匀;群桩桩顶整齐,间距匀称。 

水泥搅拌桩施工7d后浅部开挖  

水泥搅拌桩施工7d后成桩效果检测

(3)钻孔取芯强度

成桩28d后进行钻探取芯,抽检频率为总桩数的1%-2%,取芯位置宜在桩径2/5处。将代表性芯样加工成圆柱体试件(φ×h=50mm×100mm),进行无侧限抗压强度试验。芯样28d龄期无侧限抗压强度不低于1MPa,90d龄期无侧限抗压强度不低于1.4MPa。

水泥搅拌桩施工28d后钻芯取样

(4)载荷试验

成桩28d后进行载荷试验,检查单桩承载力和复合地基承载力,抽检频率为总桩数的0.2%-0.5%,且每个单项工程不少于3处。复合地基承载力要达到设计要求。 

水泥搅拌桩施工28d后现场载荷试验