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岩土研究院

水泥土桩的施工工艺

395 2022-04-14 10:40:06

一、水泥浆液搅拌法(CDM)法

如本章概况中所述,施工机械的种类繁多,不同传动原理的机械及不同搅拌翼的机械,水上和陆地施工的机械,均有不同的工艺流程和施工要求。

这里。仅简要介绍国外的施工机械性能。而着重介绍我国常用的单轴、双轴浆液搅拌拌的工艺。

(一)机械设备

1.国外典型机械设备性能如表3-10-9、3-10-10。

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2.国内机械

国内的机械较为轻便,整机的重量一般在 10~15t。按机械传动方式可分为转盘式和动力头式。转盘式机械多用水文地质钻机(如红星 600型、1000型等)的转盘加以改制。其优点是传动设备装在底盘上,重心低,比较稳定,但不易组成多头搅拌机,且需增加加压装置。

动力头式深层搅拌机多见于国外,我国江阴振冲器厂生产此种传动方式的搅拌机,动力头采用油马达或由电动机和减速器组成。这类搅拌机动力头悬吊在机身架子上,重心较高,必须配置重量较大的底盘,但是动力头和搅拌钻具连为一体,重量较大,可不配加压装置,同时可以实现多轴搅拌。

按搅拌机头数,可分为单轴和双轴,我国尚未生产多于两轴的搅拌机。这些搅拌机有的可以粉浆两用,有的单轴和双轴通用。双轴搅拌机一次加固面积大,效率高,所需动力大;单轴机比较机动,在建筑物基础下布桩合理。能增大桩的侧表面积。提高桩的承载能力。

按喷浆方式不同分为中心管喷浆和叶片喷浆两种方式。叶片喷浆是将水泥浆从叶片上若干个小孔中喷出,使水泥浆与土体混合较均匀。对于大直径叶片和连续搅拌是适宜的,但因喷浆孔小,易被堵塞,只能使用纯水泥浆而不能使用其它掺合料,且加工制造较为复杂。中心管输浆方式中的水泥浆是从搅拌轴的中空轴内输出,当叶片直径小于lm时,并不影响搅拌均匀度,而且可以使用多种掺合料,甚至可以使用粗粒的工业废料。我国的多数搅拌机采用此种输浆方式。

我国常用的 CDM搅拌机主要性能列入表3-10-11。

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(二)工艺流程

国外 CDM 法的工艺流程比较标准,每个工序均有科学的管理系统。以日本陆上工程为例,其工艺流程的制定及管理值得我们借鉴。图3-10-33及图3-10-34表示的是施工流程及流程曲线图。

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图3-10-35为日本陆上工程 CDM法施工管理图、从图中可以看出日本的施工管理已实现了自动化。它是通过速度、深度传感器、浆液流量及压力传感器、钻杆钻速传感器将数据输人计算机处理,记录打印,同时由施工管理系统的装置显示出来,并可自动调整。先进的工艺流程及其管理系统确保了施工质量。

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我国常用的浆液搅拌工艺流程见图3-10~36。它表示的是一次喷浆重复搅拌的工艺流程,它适用于加固土层较单一的情况。

1. 定位

深层搅拌机到达指定桩位,对中。当地面起伏不平时,应调整机身,使设备保持水平,搅拌轴呈铅直状态。

2.预搅下沉

启动搅拌机电机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。下沉速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于额定值。如果下沉速度太慢,可从输浆系统补给清水以利钻进。

在深层搅拌机预搅下沉的同时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆,待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

3.喷浆搅拌提升

深层搅拌机下沉到达设计深度后。开启灰浆泵待浆液到达喷浆口,再按设计确定的提升速度,边喷浆,边提升。

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4~5重复上、下搅拌深层搅拌机提升至设计顶面标准时。关闭灰浆泵、集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀,可再次将搅拌机边旋转边沉人土中,至设计要求深度后再将搅拌机提升出地面。

6.完毕

向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中残存的水泥浆。直至基本干净。并将粘附在搅拌头的泥土清洗干净。然后移位。

当被加固土土质很差,设计的固化材料掺入比很高,要求喷浆提升的速度甚慢。搅拌机一次喷浆提升不能满足喷浆量要求时,常采用"两次喷浆桩头复搅工艺"。由于两次喷浆搅拌已经均匀,且再次重复下沉很困难,故只复搅桩头下 3~4m。

当被加固土软硬交替或桩体设计为变强度时,可采用"变掺量复杂工艺"。即分段采用不同的喷浆提升速度与不同的喷浆次数。变掺量复杂工艺没有固定模式,施工中较难控制。目前有的搅拌机采用了变量泵。有利于此种工艺的实施。

我国的搅拌机大都采用定量泵输送水泥浆,而搅拌轴转速又是恒定的,因此,在施工工中为保证设计的掺入比,必须以泵送水泥浆量和搅拌轴提升速度的正确配合来实现。这种配合非联动操作,且水泥浆的喷出量又受许多因素的影响,要保证成桩质量。必须认真准备,细心操作。这种施工质量监控系统亟需加以改进和提高。

(三)施工要,点1.施工准备

(1)清除地下障碍,包括挖去表层土中的大石块及树根等杂物。2)完成固化材料掺合比的室内试验,确定设计掺合比。

(3)完成一至两根桩的现场工艺试验,确定可以满足设计要求的施工参数。(4)对于重要的工程,宜先做试桩,检测工作完成后,修正设计及施工参数。施工参数包括输浆量、走浆时间(灰浆自泵出至到达喷浆口的时间)、来浆时间(浆液从喷浆口喷出时的时间)、停浆时间(一根桩规定使用的浆液全部喷入土中的时间)、总喷浆时间(停浆时间与来浆时间的时间差)、搅拌轴提升速度等。同时要决定采用何种工步流程。

2.浆液的制备及输送

(1)固化材料必须合乎设计要求,水泥不过期。无结块。

(2)严格控制水灰比(0.45~0.5∶1),拌合时间不得少于3分钟。

(3)掺入合适的减水剂、塑化剂等,改善固化材料浆液的和易性。

(4)水泥浆从拌合机倒入贮浆桶时,需过滤,清除杂物。贮浆桶容量要适当,不会造成因浆液不足而断桩,又能避免多余浆液在桶内沉淀浪费材料。

(5)输浆泵压力约0.4~0.6MPa。

3.搅拌施工

(1)搅拌轴垂直度偏差不得超过1%。

(2)桩机对中误差不大于2cm。

(3)为了保证桩端施工质量,当浆液到达喷浆口后,应喷浆座底 30 秒,再均匀搅拌堤升。

(4)施工时因故停浆,宜将搅拌轴下沉至停浆点以下0.5m,等恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3h,为防止浆液结硬堵管,宜先拆卸输浆管路,妥为清洗。

(5)壁状加固时,桩与桩的搭接时间不应大于24小时。如间歇时间过长,应采取局部补桩或注浆措施。

(6)开挖基坑时,基底标高以上 300~500mm,宜用人工开挖,以防断桩。

(7)搅拌深度误差不得大于100mm,时间记录误差不得大于5s。(8)在硬土中必须冲水下沉时,注意水进人相邻软土层中所引起的问题。