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摘 要:湿喷桩是深层搅拌法的一种,是近几年用于加固软粘土地基的一种新兴常用方法,它是利用水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和水泥浆强制搅拌,利用水泥和软土产生的一系列物理-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复合地基。
关健词:湿喷桩;试桩;复搅;钻孔取芯标准贯入
1、工程概况
某高速公路全长3km,用湿喷桩处理软土地基段落长度629m,计用23113根,桩长253102延米,湿喷桩直径为50cm,间距为1.2m~2.0m,桩长在5.0m~15.5m之间,桩位平面置呈正三角形(梅花形)。
该公路穿越软弱土地段占全长的1/4,软基处理的好坏,直接影响到路基的稳定性、整体工程的运营质量及工程的经济性,因此控制湿喷桩施工质量的意义重大。
2、湿喷桩加固原理
湿喷桩加固软土地基实际上就是水泥加固土的过程,即采用机械深层搅拌软土与水泥浆进而发生的一系列物理化学反应形成复合地基的过程。
2.1水泥的水解和水化反应
湿喷桩施工是首先将水泥拌和成水泥浆,水泥中各种钙质矿物和水完成部分水解和水化反应后,再和软土中的水继续进行水解和水化反应,生成钙质化合物,这是形成复合地基强度的主导因素。
2.2粘土颗粒与水泥水化物的作用
当水泥中的各种水化物生成后,一部分自身继续硬化,形成水泥骨架;另一部分则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。
2.2.1离子交换和团粒化作用
粘土中的化合物表面带有各种离子,它们和水泥水化生成的钙离子进行当量吸附交换,从而提高土体强度;又由于软土本身具有胶凝性,再和水泥水化作用形成的凝胶粒子结合起来,形成水泥土坚固联结的团粒结构,使水泥土的强度大大提高。
2.2.2凝硬反应
随水泥水化作用生成的钙离子超出交换所用的数量时,这部分钙离子就与组成粘土的化合物反应,生成许多不溶于水的结晶化合物并逐渐硬化,同样大大的增强了水泥土的强度和水稳性。
从上述水泥加固土的原理可以看出,使水泥土保持足够的强度,一要有相应数量的水泥,二是必须使水泥与土充分接触,即用机械充分拌和水泥和土。这为湿喷桩施工指明了控制要点。
3、现场工艺性试桩
为更科学的指导施工,严格控制湿喷桩施工质量,在正式施工前,必须进行工艺性试桩,其目的是:
a.验证室内配合比。
b.掌握下钻、提升的困难程度。
c.确定钻头进入硬土层电流变化程度。
d.确定水泥浆液密度。
e.确定合适的输浆泵的输浆量。
f.掌握水泥浆到达喷浆口的时间、搅拌机提升速度、复搅下沉、复搅提升速度等参数。
g.了解施工中冒浆情况及采用下沉喷浆和提升喷浆的不同效果。
现场工艺性试桩一般应在10根左右,在条件受限时,每种配合比不得少于2根;试桩施工段落最好选择在地质最差段落,以利于更好的控制后续施工。
4、湿喷桩现场施工控制
4.1施工准备
4.1.1施工现场准备
进行湿喷桩施工的场地,必须按照设计要求的标高进行平整,清除一切障碍物、杂物。
4.1.2施工机械准备
湿喷桩施工机械必须选用配有全自动电脑记录仪的定型产品,施工前必须经当地计量部门检验标定并铅封;钻机导向架内外侧都必须标有醒目的刻度(由上而下1m标一个刻度),以便施工时随时观察下钻深度;钻机导向架中间挂有能反应钻机垂直度的标线;每台桩机必须配备明示标牌,标明施工技术要求、桩机资料、施工配合比等;施工现场必须同时配备能测量泥浆比重的比重计。
4.1.3施工物资准备
现场库存必须满足施工2天的经过检验合格、质量稳定的大型厂家生产的水泥和石膏粉。
4.2现场施工工艺控制细则
4.2.1主要施工顺序
放线定桩位→钻机就位→下钻喷浆至设计深度→边搅拌边提升钻杆→至桩顶(地面以下25cm)处停止搅拌→全程复搅一次(如整桩设计浆量还有剩余,应在复搅中继续喷完)→提升至地面→关闭搅拌机械→移至下一桩位继续施工。
4.2.2施工技术要求
根据工艺试桩确定的各种施工参数制定施工要点,必须严格遵守,各项技术参数如下:水灰比为0.5,水泥用量为60kg/m,石膏粉为水泥用量的2%,水泥浆液搅拌时间必须≥3分钟,水泥浆比重在1.72~1.78之间;下钻喷浆速度控制在1.0m/min之内;提升速度控制在0.8m/min之内;桩身垂直度≤1.5%;采用下钻喷浆,喷浆口设在钻头最下层叶片左侧,以有利于钻进润滑和多复搅一遍,又能保证喷浆长度。
4.2.3施工工艺
4.2.3.1定位
将钻机移到指定桩位,对中双向调整钻机垂直度。
4.2.3.2浆液配制
严格控制水灰比,加水应经过核准的定量容器。水泥浆必须充分拌和均匀,检测其密度并记录。
4.2.3.3钻进喷浆、复搅提升
开动浆泵,将经过过滤的水泥浆送至搅拌头,开始钻进喷浆,钻进喷浆采用设计桩长和电流突变(进入持力层)双控。在钻进过程中保持连续喷浆;钻进至设计深度或持力层后原地喷浆搅拌30秒后,开始提升复搅,复搅原则上为桩身全长,如无法进行全程复搅,应上报监理工程师批准。复搅过程中,应对局部喷浆不足的桩身部位进行补浆。
4.2.3.4资料打印
成桩后,必须在移动钻机前打印施工过程资料和成桩资料,严禁移机后补打资料。成桩资料打印必须经旁站监理监督并签字确认。
4.3施工控制要点
根据湿喷桩加固软土原理和湿喷桩检测实施细则,施工控制时必须保证全桩的水泥用量、保持持续喷浆及保证喷浆长度、加强复搅特别时上部5m范围的复搅,具体如下:
a.为保证湿喷桩的垂直度,首先保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度,控制湿喷桩的垂直度偏差≤1.5%,桩位偏差≤5cm。
b.严格控制钻机下钻深度、浆喷高程及停浆面,确保喷浆长度和水泥浆液喷入量达到设计要求。如因意外原因断浆,必须以最早的时间(3h以内)补喷,重叠复喷50CM以上,超过3h按照规定重新补打一根桩。确保全桩水泥用量不得少于试桩时确定的水泥用量,每米用浆量误差不得大于5%。
c.水泥浆必须按预定的配比进行水泥、石膏粉和水的拌制,保证每根桩所需的浆液一次单独拌制完成,使用前过筛并在3h内用完。浆液储量不少于一根桩的用量,否则不得进行下一根桩的施工;施工时输浆管路保持潮湿,以利于输浆。
d.加强复搅控制,特别时上部5m的复搅,复搅时在全桩长范围内以不大于规定的速度进行匀速复搅,以增加水泥土的均匀性且复搅宜一次完成。
e.对输浆管经常检查,不得泄漏和堵塞,管道长度不得大于60m。定期检查钻头,保持钻头直径误差在[-1cm~+3cm]之间。
f.合理安排桩位施工顺序,先施工一个区域四周的桩,形成一个封闭的区域,再逐渐往中心施工,有利于整体的成桩质量和软基处理效果。
5、管理控制
施工单位和监理对湿喷桩施工必须保持高度的重视,加强现场管理和过程控制,及时发现施工中出现的问题并予以解决,杜绝质量隐患,确保湿喷桩施工质量。
5.1施工单位管理
项目经理部建立健全质量控制体系,层层把关。试验室做好原材料的检验工作;现场安排专人(3台钻机配1人三班制)24h全过程旁站,详细记录每根桩的钻进复搅时间、水泥用量(点水泥袋数量)、钻杆垂直度、电流变化情况、施工桩长等,发现问题详细记录并马上向上级汇报;项目部质量巡查小组不定时现场巡查,检查现场施工情况和旁站人员的工作情况并及时解决现场出现的问题。
5.2监理管理
监理首先对施工单位的开工报告、室内配合比、施工单位资质、进场设备、施工组织设计、施工工艺、质量控制措施、安全措施等进行审查并参与工艺性试桩的工作,并对现场施工进行全过程旁站,随时对每一根桩的成桩记录、水泥用量、钻杆垂直度、施工单位的旁站情况进行抽检并对施工单位的资料现场签字确认,发现问题详细记录并马上向上级汇报。监理组安排专人不定时巡查。
6、结束语
正是由于施工前对水泥加固软土的原理进行分析,对湿喷桩检测实施细则进行学习,针对施工控制要点落实到过程控制中,同时又加强了对原材料的控制和现场的管理,再有监理的严格检查、监督工作,所施工的23113根湿喷桩,总桩长253102万延米。在施工结束7天后用轻便触探器进行桩身质量检查,同时量成桩的桩径、桩距,合格率100%,成桩28天后经省高指用钻孔取芯、标准贯入检查,优良率达到95%以上,达到了预定的目标,得到了业主的好评和认可。
关健词:湿喷桩;试桩;复搅;钻孔取芯标准贯入
1、工程概况
某高速公路全长3km,用湿喷桩处理软土地基段落长度629m,计用23113根,桩长253102延米,湿喷桩直径为50cm,间距为1.2m~2.0m,桩长在5.0m~15.5m之间,桩位平面置呈正三角形(梅花形)。
该公路穿越软弱土地段占全长的1/4,软基处理的好坏,直接影响到路基的稳定性、整体工程的运营质量及工程的经济性,因此控制湿喷桩施工质量的意义重大。
2、湿喷桩加固原理
湿喷桩加固软土地基实际上就是水泥加固土的过程,即采用机械深层搅拌软土与水泥浆进而发生的一系列物理化学反应形成复合地基的过程。
2.1水泥的水解和水化反应
湿喷桩施工是首先将水泥拌和成水泥浆,水泥中各种钙质矿物和水完成部分水解和水化反应后,再和软土中的水继续进行水解和水化反应,生成钙质化合物,这是形成复合地基强度的主导因素。
2.2粘土颗粒与水泥水化物的作用
当水泥中的各种水化物生成后,一部分自身继续硬化,形成水泥骨架;另一部分则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。
2.2.1离子交换和团粒化作用
粘土中的化合物表面带有各种离子,它们和水泥水化生成的钙离子进行当量吸附交换,从而提高土体强度;又由于软土本身具有胶凝性,再和水泥水化作用形成的凝胶粒子结合起来,形成水泥土坚固联结的团粒结构,使水泥土的强度大大提高。
2.2.2凝硬反应
随水泥水化作用生成的钙离子超出交换所用的数量时,这部分钙离子就与组成粘土的化合物反应,生成许多不溶于水的结晶化合物并逐渐硬化,同样大大的增强了水泥土的强度和水稳性。
从上述水泥加固土的原理可以看出,使水泥土保持足够的强度,一要有相应数量的水泥,二是必须使水泥与土充分接触,即用机械充分拌和水泥和土。这为湿喷桩施工指明了控制要点。
3、现场工艺性试桩
为更科学的指导施工,严格控制湿喷桩施工质量,在正式施工前,必须进行工艺性试桩,其目的是:
a.验证室内配合比。
b.掌握下钻、提升的困难程度。
c.确定钻头进入硬土层电流变化程度。
d.确定水泥浆液密度。
e.确定合适的输浆泵的输浆量。
f.掌握水泥浆到达喷浆口的时间、搅拌机提升速度、复搅下沉、复搅提升速度等参数。
g.了解施工中冒浆情况及采用下沉喷浆和提升喷浆的不同效果。
现场工艺性试桩一般应在10根左右,在条件受限时,每种配合比不得少于2根;试桩施工段落最好选择在地质最差段落,以利于更好的控制后续施工。
4、湿喷桩现场施工控制
4.1施工准备
4.1.1施工现场准备
进行湿喷桩施工的场地,必须按照设计要求的标高进行平整,清除一切障碍物、杂物。
4.1.2施工机械准备
湿喷桩施工机械必须选用配有全自动电脑记录仪的定型产品,施工前必须经当地计量部门检验标定并铅封;钻机导向架内外侧都必须标有醒目的刻度(由上而下1m标一个刻度),以便施工时随时观察下钻深度;钻机导向架中间挂有能反应钻机垂直度的标线;每台桩机必须配备明示标牌,标明施工技术要求、桩机资料、施工配合比等;施工现场必须同时配备能测量泥浆比重的比重计。
4.1.3施工物资准备
现场库存必须满足施工2天的经过检验合格、质量稳定的大型厂家生产的水泥和石膏粉。
4.2现场施工工艺控制细则
4.2.1主要施工顺序
放线定桩位→钻机就位→下钻喷浆至设计深度→边搅拌边提升钻杆→至桩顶(地面以下25cm)处停止搅拌→全程复搅一次(如整桩设计浆量还有剩余,应在复搅中继续喷完)→提升至地面→关闭搅拌机械→移至下一桩位继续施工。
4.2.2施工技术要求
根据工艺试桩确定的各种施工参数制定施工要点,必须严格遵守,各项技术参数如下:水灰比为0.5,水泥用量为60kg/m,石膏粉为水泥用量的2%,水泥浆液搅拌时间必须≥3分钟,水泥浆比重在1.72~1.78之间;下钻喷浆速度控制在1.0m/min之内;提升速度控制在0.8m/min之内;桩身垂直度≤1.5%;采用下钻喷浆,喷浆口设在钻头最下层叶片左侧,以有利于钻进润滑和多复搅一遍,又能保证喷浆长度。
4.2.3施工工艺
4.2.3.1定位
将钻机移到指定桩位,对中双向调整钻机垂直度。
4.2.3.2浆液配制
严格控制水灰比,加水应经过核准的定量容器。水泥浆必须充分拌和均匀,检测其密度并记录。
4.2.3.3钻进喷浆、复搅提升
开动浆泵,将经过过滤的水泥浆送至搅拌头,开始钻进喷浆,钻进喷浆采用设计桩长和电流突变(进入持力层)双控。在钻进过程中保持连续喷浆;钻进至设计深度或持力层后原地喷浆搅拌30秒后,开始提升复搅,复搅原则上为桩身全长,如无法进行全程复搅,应上报监理工程师批准。复搅过程中,应对局部喷浆不足的桩身部位进行补浆。
4.2.3.4资料打印
成桩后,必须在移动钻机前打印施工过程资料和成桩资料,严禁移机后补打资料。成桩资料打印必须经旁站监理监督并签字确认。
4.3施工控制要点
根据湿喷桩加固软土原理和湿喷桩检测实施细则,施工控制时必须保证全桩的水泥用量、保持持续喷浆及保证喷浆长度、加强复搅特别时上部5m范围的复搅,具体如下:
a.为保证湿喷桩的垂直度,首先保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度,控制湿喷桩的垂直度偏差≤1.5%,桩位偏差≤5cm。
b.严格控制钻机下钻深度、浆喷高程及停浆面,确保喷浆长度和水泥浆液喷入量达到设计要求。如因意外原因断浆,必须以最早的时间(3h以内)补喷,重叠复喷50CM以上,超过3h按照规定重新补打一根桩。确保全桩水泥用量不得少于试桩时确定的水泥用量,每米用浆量误差不得大于5%。
c.水泥浆必须按预定的配比进行水泥、石膏粉和水的拌制,保证每根桩所需的浆液一次单独拌制完成,使用前过筛并在3h内用完。浆液储量不少于一根桩的用量,否则不得进行下一根桩的施工;施工时输浆管路保持潮湿,以利于输浆。
d.加强复搅控制,特别时上部5m的复搅,复搅时在全桩长范围内以不大于规定的速度进行匀速复搅,以增加水泥土的均匀性且复搅宜一次完成。
e.对输浆管经常检查,不得泄漏和堵塞,管道长度不得大于60m。定期检查钻头,保持钻头直径误差在[-1cm~+3cm]之间。
f.合理安排桩位施工顺序,先施工一个区域四周的桩,形成一个封闭的区域,再逐渐往中心施工,有利于整体的成桩质量和软基处理效果。
5、管理控制
施工单位和监理对湿喷桩施工必须保持高度的重视,加强现场管理和过程控制,及时发现施工中出现的问题并予以解决,杜绝质量隐患,确保湿喷桩施工质量。
5.1施工单位管理
项目经理部建立健全质量控制体系,层层把关。试验室做好原材料的检验工作;现场安排专人(3台钻机配1人三班制)24h全过程旁站,详细记录每根桩的钻进复搅时间、水泥用量(点水泥袋数量)、钻杆垂直度、电流变化情况、施工桩长等,发现问题详细记录并马上向上级汇报;项目部质量巡查小组不定时现场巡查,检查现场施工情况和旁站人员的工作情况并及时解决现场出现的问题。
5.2监理管理
监理首先对施工单位的开工报告、室内配合比、施工单位资质、进场设备、施工组织设计、施工工艺、质量控制措施、安全措施等进行审查并参与工艺性试桩的工作,并对现场施工进行全过程旁站,随时对每一根桩的成桩记录、水泥用量、钻杆垂直度、施工单位的旁站情况进行抽检并对施工单位的资料现场签字确认,发现问题详细记录并马上向上级汇报。监理组安排专人不定时巡查。
6、结束语
正是由于施工前对水泥加固软土的原理进行分析,对湿喷桩检测实施细则进行学习,针对施工控制要点落实到过程控制中,同时又加强了对原材料的控制和现场的管理,再有监理的严格检查、监督工作,所施工的23113根湿喷桩,总桩长253102万延米。在施工结束7天后用轻便触探器进行桩身质量检查,同时量成桩的桩径、桩距,合格率100%,成桩28天后经省高指用钻孔取芯、标准贯入检查,优良率达到95%以上,达到了预定的目标,得到了业主的好评和认可。