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深层水泥土搅拌桩的施工技术、流程与质量控制

深层水泥土搅拌桩的施工技术、流程与质量控制

发布时间:
2010-12-20 18:48
[作  者]:冯明龙
[摘  要]:当前水泥土搅拌桩为软弱土地基处理的一种方法,具有施工方便、费用低廉、加固软弱土厚度大的优点,在我国得到了广泛的应用。本文为此从深层水泥土搅拌桩工程的安全和经济角度出发,探讨了深层水泥土搅拌桩的施工技术、流程与质量控制方法。
[关键词]:水泥土  搅拌桩  施工  质量控制
 
水泥土搅拌法按照施工工艺,可将其分为浆液喷射法和粉体喷射法两种,前者形成的加固体称为深层搅拌桩,后者形成的加固体称为粉喷桩。在机制上,水泥土搅拌法利用水泥作为固化剂主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌,产生一系列物理化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。其所形成的加固体与桩间土共同承担上部结构的荷载,从而提高地基的承载能力,减少沉降变形。不过在当前的应用中其有很多不完善的地方仍处在探讨研究之中。
1.深层水泥土搅拌桩的施工技术
深层水泥土搅拌桩是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,使软土硬结成具有整体性。水稳性和一定强度的水泥加固土,从而提高地基土强度和增大变形模量。在大量的工程实践中,初步形成了适应我国特色的施工工艺和设计理论,如深层搅拌法,粉体搅拌法,夯实水泥土桩法,高压旋喷注浆法等方法。
1.1深层搅拌法
深层搅拌法是使用水泥浆作为固化剂的水泥土搅拌,简称湿喷。该工法就是首先转动搅拌叶片使其边切土边靠自重下沉,待搅拌叶片下沉到预定深度时,泵入预先按一定比例配制的水泥浆液,同时边提升边回转搅拌,使固化剂与地基土充分拌匀,形成柱状加固体。根据需要,也可将加固柱体搭接排列,形成壁状或块状加固体。
 1.2粉体搅拌法
粉体搅拌法是使用干水泥粉作为固化剂的水泥土搅拌法,简称粉喷。该工法与浆喷不同的是搅拌叶片下沉时压入空气,待下沉到预定深度时,压入水泥粉气固两相汽流,同时边提升边回转搅拌,使固化剂与地基土充分拌合,形成柱状加固体。
1.3夯实水泥土桩法
夯实水泥土桩法是先用机械或人工先掏成孔,再将孔外拌和好的水泥和土的混合料分层填入孔内分层夯实的方法。这里所说的土可以是原位土,也可以是外来土、砂或水泥系材料。
1.4高压旋喷注浆法
高压旋喷注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定深度后,以高压设备使水泥浆液成为20~40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来,冲击破坏土体,同使钻杆以一定速度渐渐向上提升,将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后,在土体形成一个固结体,以达到改造土体的一种方法。
2.深层水泥土搅拌桩的施工流程
2.1搅拌机械就位、调平
使用起重机悬吊深层搅拌机到达指定桩位,对中。施工中应保持搅拌机底盘水平和导向架垂直,搅拌桩端垂直度偏差不得超过1%;桩位放线定位偏差不得大于20mm。
2.2预搅下沉
启动深层搅拌机电机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉,下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制,工作电流不应大于额定值。
2.3制备固化剂浆液
深层搅拌机预搅下沉的同时,后台拌制固化剂浆液,待压浆前将浆液倒入集料斗中。
2.4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、边提升深层搅拌机。
2.5重复上、下搅拌
深层搅拌机提升至设计顶面标高时,关闭灰浆泵,这时集料斗中水泥浆应正好排空。为使水泥浆和软土充分搅拌,可再次将搅拌机边旋转边沉入土中,至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。
2.6移位
重复上述操作,进行下一根桩的施工。
3.深层水泥土搅拌桩施工中应注意的问题
(1)施工前应确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌头喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数。
(2)起吊设备要保持水平:在地面较为起伏时,一定要保持设备的水平,这样才能保证施工的顺利进行和桩身的质量。
(3)施工时应保证连续性,因故停浆时,宜将搅拌头下沉至停浆点以下一定深度,待恢复供浆后再喷浆提升;若停机超过3小时,为防止浆液硬结堵管,宜先拆卸输浆管路,妥为清洗。预搅下沉时不宜冲水,当遇到较硬土层下沉太慢时,方可适量冲水,但应考虑冲水成桩,含水量的增加对桩身强度的影响。
(4)搅拌头喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求,应有专人记录搅拌头每次下沉的深度和提升的时间。深度记录误差不得大于100mm,时间误差不得大于5s。为保证桩端施工的质量,当浆液达到出浆口后,应喷浆搅拌30S,使浆液完全达到桩端。特别是设计中考虑桩端承载力时,这点尤为重要。
(5)制好的水泥浆液不得离析,泵送要连续,搅拌的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。在施工过程中还经常出现搅拌不均匀的情况,这类情况多数由于提钻速度过快,叶片搅拌速度跟不上所致。这种情况的处理在工程中应加强管理,注意不能堵塞喷浆口,并控制提钻速度。由于桩顶的应力较大,一般设计时桩顶1/3桩长进行复喷复搅。
4.深层水泥搅拌桩施工质量控制与检测
水泥土搅拌法加固软上地基的效果,通常通过施工前的试验、施工过程质量控制和施工后的试验、使用过程中监测来进行检验。
4.1施工前的试验
采用水泥土搅拌桩加固软土地基,在我国的使用不过20多年的时间,其加固机理,设计理论,施工工艺等均不是很完善:同时各地的地质条件、地基土的性质等均有差别。采用水泥土加固软土前进行相关室内试验、原位测试和施工工艺验是必须的。
4.2施工过程质量控制
在预搅过程中,要使软土完全预搅破碎,以利于同水泥浆均匀搅拌。在水泥浆搅拌时,要严格按设计的配合比配置,要预先筛除水泥中的结块,同时要防止水泥浆发生离析,要在水泥浆搅拌机中充分搅动,在压浆前才缓慢地倒入集料斗中。为确保加固的强度和连续性,在压浆阶段不允许发生断浆现象,输浆管道要保持畅通,不能发生堵塞现象:要严格按设计确定的数据,控制喷浆和搅拌提升速度:要控制重复搅拌时的下沉和提升速度,以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌。为使搅拌桩垂直于地面,要保证起重机的平整度和导向架对地而的垂直。对于采用水泥土搅拌桩作为支护和隔水结构时,要确保壁状加固体的连续性,原则上每一施工段宜连续施工,相邻柱体施工间隔不得超过24小时。
4.3成桩后的质量检验
为保证水泥土搅拌桩的施工质量,首先应根据施工的原始记录,查看是否符合规范,从源头上确保施工的质量。开挖检验:根据工程设计要求,选取一定数量的桩体进行开挖,可以直接检查加固桩体的外观,从而对水泥浆与软土的拌和状态、均匀性、整体性有较感性的认识。钻探取芯:通过在桩体中的钻探取芯,可以直观地看出水泥浆与软土的拌和程度,桩长能否满足设计要求等:同时通过钻探采取水泥土试样制成试件,与室内制作试块进行强度比较,从而确认采用室内水泥土强度来推测复合地基承载力的可靠性。原位测试手段同样对于水泥土桩体的均匀性也可通过标准贯入试验或轻便钎探等动力触探手段来检查,同时通过标准贯入试验也可检查桩体的强度。
 4.4使用过程中的质量监测
对正式采用水泥土搅拌桩加固软土地基的工程投入使用后,要定期进行沉降、侧向位移等的观测是最直观检验加固效果的检验。同时也是对设计施工的最终检测。工程实践中,对于非重要的水泥土搅拌桩工程,可采用标准贯入试验进行检测;对于重要的承受竖向荷载的水泥土搅拌桩复合地基工程,以静载荷试验方法进行检测。
5.结束语
水泥土搅拌桩复合地基是诸多复合地基中具有代表性的一种,一般具有工期短、污染少、震动小、经济效益显著等特点,进行水泥土桩复合地基的理论和试验研究对工程实践具有重大的指导意义。
 
参考文献
[1]《软土地基深层搅拌加固法技术规程》YBJ225-91   冶金工业出版社   1991
[2]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002   中国建筑工业出版社   2002
[3]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008   中国建筑工业出版社   2008
[4]《地基与基础工程施工工艺标准》  中国建筑工业出版社   2003
[5]王恩远,吴迈合编    工程实用地基处理手册  中国建材工业出版社   2005