华能电厂高压旋喷桩复合地基设计及施工方案

1华能电厂三期扩建工程高压旋喷桩复合地基设计及施工方案1、工程概况华能电厂三期扩建工程地基处理项目，该项目分为汽车房辅机、主厂房两大块，由西南电力设计院勘察设计，场地岩土工程勘察报告由西南电力设计院提供。场地由上而下分布有①素填土；②粘土、粉质粘土（Q4al）；③1淤泥（Q4m）；③2淤泥质粘土（Q4m）；④粉质粘土（Q4dl+pl）；④1中~粉细砂（Q4dl）；⑤粉质粘土（Q4al）；⑥粉质粘土（Q4el）；⑦1全风化基岩；⑦2强风化基岩，靠近地表地层其承载力均不能满足设计要求，故结构设计文件要求对其基底下卧的素填土、淤泥、淤泥质粘土进行高压旋喷桩地基加固处理。设计要求处理后的复合地基承载力特征值fspk≥160KPa，变形模量EO≥2.5Mpa。2、高压旋喷桩复合地基设计2.1设计依据（1）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002、J220-2002）；（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；（3）《建筑地基基础施工质量验收规范》（GB50202-2002）；（4）《高压喷射注浆技术规程》（YSJ210-92）（5）《华能福州电厂三期扩建工程厂区岩土工程勘察报告》（西南电力设计院）；（7）《厂区平面布置图》（西南电力设计院）；2.2地基加固技术要求及处理范围2.2.1地基加固技术要求结构设计要求处理后的复合地基承载力特征值为160KPa，变形模量EO≥2.5MPa。2.2.2加固处理对象根据结构设计图纸及勘察资料，旋喷桩复合地基加固处理对象为：基底下卧素填土、淤泥、淤泥质粘土等软弱层。2.3旋喷桩加固设计计算22.3.1承载力计算按规范高压旋喷单桩承载力按以下公式计算：Ra=πdΣhi·qsi+Ap·qp或Ra=ηfcu·Ap两公式计算取小值式中：d为旋喷桩直径，取0.5mhi为旋喷桩周第i层土的厚度，结合地勘报告的工程地质剖面图，按处理土层最差情况考虑qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa）。Ap为旋喷桩的截面面积，为0.1962m2。qP桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa），桩端持力层为硬塑状粉质粘土，qP取值为180kPa。η桩身强度折减系数，可取0.33。fcu旋喷桩身试块抗压强度，取5MPa。以钻孔3S226-1为例：经计算，两公式所得Ra值分别为370.16kN及294.3kN，设计时单桩承载力Ra取294.3kN计算。又根据规范公式：fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk式中β＝0.5fsk=110kPa，计算得面积置换率m=0.098，则单根桩承担处理面积A＝Ap/m=0.1962/0.098=2.002m2。实取A=2.0m2，实际面积面积置换率m=0.098。2.3.2复合地基承载力特征值fspk验算地基处理后的变形计算应按现行国家规范《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）的有关规定执行，根据工程地质勘察报告并结合施工经验，桩间承载力特征值fsk=110kPa，面积置换率m=0.098，则复合地基承载力特征值fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk=199.2kPa＞160kPa，满足设计要求。2.3.3压缩模量计算高压旋喷桩地基处理后的变形计算应按现行的国家规范《建筑地基处理技术规范》（JGJ793—2002、J220—2002）的有关规定执行，fak=180kPa。桩间土压缩模量按经验取值，根据该场地类似地层加固处理后检测资料，ES可取8Mpa。ξ=fsp.k/fak=199.2/180=1.106则复合地基压缩模量Es=1.106×8=8.853MPa。本工程复合地基的变形模量能大于2.5MPa，满足设计要求。2.4旋喷桩布置根据上述计算，实取单根旋喷桩承担处理面积A＝2.0m2，实际面积面积置换率m=0.098。旋喷桩按三角形布置，桩中心距1.0m，在基础范围内按均匀布置的原则布置。详见《旋喷桩平面布置图》。2.5旋喷桩桩长旋喷桩以粉质粘土层为桩端持力层，并进入粉质粘土层1~2m。为满足桩端承载力和桩侧摩阻力要求，桩长不少于5.0m。2.6褥垫层竖向承载旋喷桩复合地基宜在桩顶设置褥垫层。褥垫层厚度取200mm，其材料用中砂级配碎石（或卵石），碎石（或卵石）最大粒径不宜大于30mm。褥垫层的铺设宽度宜满足场地需要。褥垫层需经静力压实法或动力压实法（桩间土含水量较少时）压实,其夯实后的厚度与虚铺厚度之比不大于0.9。3、高压旋喷桩试桩方案3.1试桩目的在大面积施工前通过本试桩试验，来确定合理的施工工艺及提杆速度和泵浆压力为多少才能满足旋喷桩施工技术参数，由此确定本厂区的高压旋喷桩的施工工艺及施工技术参数，以确保大面积施工时高压旋喷桩的施工质量。3.2试桩内容根据施工现场及厂区岩土工程勘察报告，本次复合地基高压旋喷桩采用φ500桩单重管法施工，桩顶标高为厂区设计整平标高，桩底以穿过淤泥或淤泥质土并进入粉质粘土层1m为4准，桩长5~10m不等，场地内每个地块试桩1~2组，每组选2根桩。待试桩结束后，具体的施工参数应由相关人员商议调整3.3施工组织机构为了优质高效地完成本次试桩的施工，加强对试桩施工技术的控制和安全保障，我部组织相关科室及技术人员对本试桩施工方案进行了专题研究，确保试桩能达到预期的效果，我方成立专门的组织部门。3.4试桩流程及方法高压旋喷桩是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭到破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀具有一定强度的圆柱体（称为旋喷桩）从而加固地基。3.4.1施工流程：单重管法施工时，同时压入水泥浆和压缩空气，使用外径为42mm的钢管为注浆管，喷射流为浆液，按照设计初定泵压为20MPa，水泥浆从喷嘴中喷出，直接冲击切削土体，达到水泥浆置换土体颗粒，满足设计要求。施工流程详见施工方法3.4.2施工方法：施工时首先用钻机引孔，再用旋喷机喷射，即先把浆液管下到预定加固范围最深点，然后自下而上进行高压喷射注浆切割土体，将开孔和灌注桩体同时进行，一次成桩，其工作步骤为：1）钻机就位：钻机需平置于牢固坚实的地方，钻杆对准孔位中心，水平位置偏差不超过5cm，竖直度控制在1.5℅桩长内。2）钻孔下管：钻孔的目的是将注浆管顺利置入预定位置，在下管过程中，需防止管外泥砂堵塞喷嘴，确保下管顺利，下管过程中同时输送压缩气流，直至注浆喷头下到预定位置（预定加固范围最深点）。3）制浆：本项目旋喷桩喷射注浆材料采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比按设计要求严格控制为1：1。54）试管：当注浆管置入土层预定深度后应用清水试压，若注浆设备和高压管路安全正常，则可搅拌制作水泥浆开始高压注浆作业。5）高压注浆作业：高压射浆自下而上连续进行，注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转和提升速度等参数，应符合操作规程要求。开动高压注浆泵，开始注浆，当注浆压力和电机转速稳定并达到试桩设计参数后，再按试桩设计提升速度开始提升钻杆，边旋转边喷浆边提升。6）喷浆结束与拔管：喷浆由下而上至设计高度后，停止喷浆，拔出喷浆管，喷浆即告结束，把浆液填入注浆孔中，多余的清除掉，但需防止浆液凝固时产生收缩的影响，拔管要及时，不可久留孔中，否则浆液凝固后将难以拔出。7）注浆设备清洗：当喷浆结束后，立即清洗高压泵、输浆管路、注浆管及喷头。4、高压旋喷桩复合地基施工4.1施工准备4.1.1.供水供电工程施工用水平均每天约80吨，设1个供水水源，施工供电容量180KW。4.1.2.场地平整在施工前，建设单位完成通一平工作。协调解决机具设备进场所遇到的障碍。，4.1.3.地下管网及障碍物在施工前，建设单位提供场地地下管网及障碍物资料，以便于施工时作相应调整。4.1.4.临时设施(1)水泥库房10×5m2(2)水泥浆搅拌场地5×6m2(3)配电房一间(4)材料工具房4×5m2(5)现场办公室一间4×5m2(6)民工工棚(50人)10×6m26(7)食堂一间15m24.2旋喷桩施工工艺及施工方法4.2.1施工工艺4.2.2施工方法（1）测放桩位：根据本技术方案灌浆点平面布置图，用经纬仪施放各旋喷桩位置。在施工过程中，随时复核桩位，以保证桩位准确。（2）成孔：用SH-30型钻机在素填土中引孔（引孔穿过下卧的淤泥、淤泥质土等软弱土层）至设计深度，并确保旋喷管进入粉质粘土层1~2m以上。（3）下旋喷管：将旋喷管放入成好的孔中，下旋喷管过程中须保证喷嘴不被堵塞和钻杆7接头处不松动。（4）旋喷作业：在旋喷管放入设计深度后，在旋喷过程中控制压力（20MPa）、转速(18～22转/分)和提速（15~30cm/min），在临近桩顶1.0m处，慢速提升旋喷管至桩顶。为确保旋喷桩桩桩径及桩身质量，须复喷1～2次。旋喷作业完成后，须将不断冒出的地面的浆液回灌到桩孔内，直到桩孔内的浆液面不再下沉为止。桩顶浮浆及保护桩长度约0.3~0.5m。（5）建筑地基旋喷施工完成后，整平场地，进行表面处理（包括清理桩头等），在表面铺设一层200mm厚的级配良好的砂卵石，碾压密实,压实后的褥垫层厚度与虚铺厚度比不得大于0.90。4.2.3旋喷桩施工关键点控制（1）严格根据地勘报告和现场成孔情况，确保桩穿过软弱透镜体，桩端嵌入下伏粉质粘土层1~2m以上。（2）严格控制喷射压力及旋喷管的提升速度，必要时对孔口1.5m深度范围内进行复喷。4.3施工过程中可能出现的问题及处理措施序号质量通病及施工异常情况主要原因分析防治或处治措施1断桩注浆管分段提升时，接头处搭接长度不够甚至未搭接搭接长度不小于10cm并复喷。2缩径或桩径偏小土层密实度偏大，喷射压力偏小，提升速度过快，喷射过程出现故障。切实把握地质分层资料，对密实程度大的土层制定详细的注浆施工工艺。3注浆中管道与喷嘴堵塞注浆管内有碎渣等硬物或橡胶密封件破碎后进入管内。①拆卸检查注浆管路与注浆泵彻底清洗②严禁使用过期水泥，加强水泥浆液过滤措施。4注浆压力骤降或上升注浆泵工作不正常，吸浆管进浆不正常，司泵人员控制压力不熟悉。①检查泵体与管道②熟悉操作技能5不冒浆或断续冒浆土质松软，附近有空洞、空通道。①复喷②不提升注浆管，增大注浆量继续注浆直至冒浆为止③掺加适量速凝剂6孔口大量冒浆注浆管封闭不良，或接头处损坏，土层密实程度大，浆液切割土体①检查注浆管个接头②分析土层密实度资料8范围小或喷嘴直径过大。③加快提升和旋转速度，提高喷射压力，适当缩小喷嘴径。7成桩桩顶凹穴浆液吸水后收缩或过早停止注浆二次注浆或补灌水泥浆8旋喷封闭结构渗水漏水孔位偏差大，钻孔倾斜度偏大，桩体直径不均匀，桩间间隙大。保持孔位准确，钻孔垂直，桩体成桩搭接良好。9桩体截面抗压强度偏低浆液水灰比过大，喷浆流量偏小，提升速度过快。调整适合的注浆工艺。10桩体形状上粗下细入土深度深，土层密实度上松下紧。喷射工艺自上而下无变化。喷射时结合土层触探曲线采取相应的喷射措施。5、旋喷地基加固质量检测旋喷加固施工结束28天后，应由有资质的检测单位对地基加固效果进行检测，检测应采取复合地基载荷试验和单桩载荷试验：抽取高压喷射注浆桩数的0.5%~1%且不少于3点进行复合地基载荷试验；抽取高压喷射注浆桩数的0.5%~1%且不少于3点进行单桩载荷试验。相关单位验收合格后方可进行浮土清理（褥垫层位置清理深度为基础垫层底面以下200mm）及褥垫层或垫层施工。6、机具设备和人员组成6.1主要机具设备序号机具名称单位数量备注1SH-30钻机台22变频高压注浆（ZJB(BP)-50台23泥浆搅拌(JN-1200)台24旋喷钻机(XPZ-50)台25水准仪台16斗车台47经纬仪台18配电装置套26.2项目人员组成6.2.1管理人员1)项目经理1人2)项目技术总负责人1人3)工程技术负责1人4)工程负责人1人95)责任工长1人6)质检员1人7)安检员1人5.2.2施工工人1)普工10人2)机操工3人3)电焊工2人4)电工2人7、施工质量