水泥搅拌桩施工技术

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  水泥搅拌桩是一种软基处理的施工方法,在软土地基使用较为广泛,特别是路桥结合处经常采用。该项施工需要通过工艺性试桩确定配合比、施工机械制定施工方案。
  1.前言
  水泥搅拌桩处理软基是用特制的机械设备把水泥浆送入地下,通过水泥浆和原位地基土强制搅拌混合,使地基土和加固料之间很快发生一系列物理一化学反应,在短期内,使浆液形成固态柱体,将软土地基变成具有整体性、水稳性和一定强度的加固土桩复合地基。从而达到提高地基承载力,减小地基沉降量的目的。对于地基稳定性不足或因沉降过大而影响路基及构造物的稳定性和使用功能的路段可以采用水泥搅拌桩处理加固地基,水泥搅拌桩一般适用于涵洞、通道处理路段和软土底深小于12 m的桥头路段,为保证水泥搅拌桩施工质量,总结与完善水泥搅拌桩施工工艺,施工前需要进行试桩施工,制定水泥搅拌桩工艺性试桩施工方案,用于工艺性试桩。
  2.水泥搅拌桩配合比设计
  根据施工图纸推荐配合比:水泥掺量为50 kg/m,水泥采用P.C32.5级水泥(施工采用济南山水集团有限公司生产P.C32.5级水泥)。
   取3.0m深土样,采用50 kg/m水泥掺量,水灰比采用
  0.60、0.70、0.80三种做配合比试验。
  试验项目 配合比
  每延米水泥用量(Kg) 50 50 50
  每延米水用量(Kg) 40 35 30
  7天无侧限抗压强度(MPa) 0.83 0.87 0.98
  28天无侧限抗压强度(MPa) 1.49 1.70 2.35
  施工时采用水灰比0.7%试桩。
  3.施工工艺流程
  桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。
  3.1桩机定位、对中
  根据特殊路基设计要求,在每个点位垂直中心线方向间隔距离,用白灰标记出每个水泥搅拌桩位置。水泥搅拌桩在平面呈正三角形布置(布置区域边线与结构物基础轮廓线平行)。放好搅拌桩桩位后,移动搅拌桩机到达指定桩位,对中。
  3.2调整导向架垂直度
  采用全站仪仪双向控制导向架垂直度。按设计及规范要求,垂直度小于1.0%桩长。
  3.3预先搅拌下沉
  启动深层搅拌桩机转盘,待搅拌头转速正常后,方可使钻杆沿导向架边下沉边搅拌,下沉速度可通过档位调控,工作电流不应大于额定值。
  3.4拌制浆液
  深层搅拌机预搅下沉同时,后台拌制水泥浆液,待压浆前将浆液放入集料斗中。选用水泥标号PC32.5复合硅酸水泥拌制浆液,水灰比控制在0.60~0.70范围,按照设计要求每米深层搅拌桩水泥用量不少于50Kg。
  3.5喷浆搅拌提升
  下沉到达设计深度后,开启灰浆泵,通过管路送浆至搅拌头出浆口,出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置,按设计确定的提升速度(0.50~0.8m/min)边喷浆搅拌边提升钻杆,使浆液和土体充分拌和。
  3.6重复搅拌下沉
  搅拌钻头提升至桩顶以上500mm高后,关闭灰浆泵,重复搅拌下沉至设计深度,下沉速度按设计要求进行。
  3.7喷浆重复搅拌提升
  下沉到达设计深度后,喷浆重复搅拌提升,一直提升至地面。
  3.8桩机移位
  施工完一根桩后,移动桩机至下一根桩位,重复以上步骤进行下一根桩的施工。
  一般规范都要求试桩,试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数,以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。
  4.施工准备工作
  4.1施工机具
  选用SJ37型钻机:钻机功率为37kW;搅拌叶片外径500 mm;搅拌轴转速59转/min;钻机钻头搅拌叶3层;成桩最大深度15m。
  4.2清理整平作业场地
  4.3测量放样,定出每桩的桩位。
  4.4钻机及配套设备进场后进行全面检查测试,并对喷浆计量装置进行校验,根据设计桩长在桩架上作出深度标志,以便施工过程中随时观测记录。
  4.5施工工艺及操作要求
  4.5.1桩机定位:起重机悬吊搅拌机到达试验桩位保持水平
  4.5.2制备水泥浆: 施工前,以水灰比为横坐标,比重为纵坐标拌制水灰比0.4-0.9的关系图,施工时按水灰比0.7制备水泥浆,制浆机容量为0.696,每制备500kg水泥的水泥浆用水250kg,制浆后的水泥浆比重为1.65Kg/m3
  4.5.3预搅喷浆下沉
  桩机就位待搅拌机的供浆循环正常后;启动搅拌机电机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导架边喷浆边搅拌切土下沉。下沉速度控制在0.95 m/min,钻机转速为59转。下沉至设计深度后,持续喷浆1min。
  4.6提升喷浆搅拌机
  从桩底向上喷浆,同时搅拌提升,钻机边喷浆边旋转,同时按0.95m/min的速度提升钻头,喷浆量与预搅喷浆量相同。
  4.7重复上下搅拌
  根据施工图纸要求,第一次喷浆提升钻头时应直至离地面50cm,再重新边喷浆边搅拌至桩底,至桩底后停止钻进,连续喷浆1min,最后搅拌提升至地面。第一次喷浆提升钻头时一直喷浆提升至原地面,然后再次将搅拌刀头边搅拌边沉入土中,二次搅拌不喷浆,至设计加固深度后停止钻进,最后搅拌提升至地面,当喷浆口即将出地面时应停止提升,并且继续搅拌几秒钟。复搅下沉速度与提升速度以及钻机转速与初搅相同。在试桩过程中,因为施工喷浆搅拌桩路段土质含水量大致使拌制均匀的水泥土困难,外运水泥土到桩位、现场捣实水泥土都很困难,采用水泥土回填水泥搅拌桩桩头的工艺影响水泥搅拌桩施工进度。所以采用以上施工工艺。
  5.施工控制
  5.1项目经理部指派专人负责水泥水泥搅拌桩的施工,全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。所有施工机械均应编号,应将现场技术员、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处,确保人员到位,责任到人。
  5.2水泥搅拌桩开钻之前,应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象,待水排尽后方可下钻。
  5.3为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求,在主机上悬挂一吊锤,通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。
  5.4对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。
  5.5为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求,每台机械均应配备电脑记录仪并现场打印。同时现场应配备水泥浆比重测定仪,随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。
  5.6水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻,喷浆量应小于总量的1/2,严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作,复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟,喷浆压力不小于0.4MPa。
  5.7为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量,第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒,进行磨桩端,余浆上提过程中全部喷入桩体,且在桩顶部位进行磨桩头,停留时间为30秒。
  5.8施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业,不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时,不得进行下一根桩的施工。
  5.9施工中发现喷浆量不足,应按监理工程师要求整桩复搅,复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因,喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施,并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm,超过12小时应采取补桩措施。
  5.10现场施工人员认真填写施工原始记录,记录内容应包括:1施工桩号、施工日期、天气情况;2喷浆深度、停浆标高;3灰浆泵压力、管道压力;4钻机转速;5钻进速度、提升速度;6浆液流量;7每米喷浆量和外掺剂用量;8复搅深度。
  6.结论
  按招标文件技术规范及施工图设计的要求试桩,以取得各种机械参数,确保大面积施工提供:
  6.1掌握满足设计喷浆量的各种技术参数,如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷浆压力等。
  6.2检验室内试验所确定的水泥土配合比是否适用于现场。
  6.3检测桩身的无侧限抗压是否满足设计要求,即28d龄期的上、中、下部的强度平均值不得低于1.35MPa。
  6.4验证水泥搅拌桩搅拌均匀程度及成桩直径。
  6.5检验加固剂分布的均匀性和有效加固长度能否符合设计要求。
  参考文献
  公路软土地基路堤设计与施工技术规范.JTJ017-1996.人民交通出版社
  _____________________
  【文章编号】1627-6868(2013)05-0054-02
  【作者简介】杨孝强(1975-),男,山东潍坊人,工程师,从事公路工程试验检测。安平(1973-),男,山东日照人,工程师,从事公路工程试验检测。
  
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