14软基处理中深层搅拌桩

软基处理中深层搅拌桩施工道路一公司肖永贵、何伟军摘要介绍常张高速公路5合同段利用粉喷桩进行软基处理，总结粉喷桩的施工工艺。关键词软基粉喷桩施工工艺1、工程概况本段软土位于常张高速公路K19+700～K20+100段，地势平坦，地面高程在34.0～35.5m左右，第四层覆盖层厚，地基岩土工程地质条件及特征：种植土为水田良土厚度0.3m；低液限粘土呈褐黄色，可～硬塑状为主，厚约2～3.2m，局部厚度达6m，中间夹软～可塑状；有机质低液限粉土呈灰褐色，软～可塑状，厚度约6.7～10.7m，为该段主要软土层；粉土质细砂，灰褐色稍密状，厚度＞1.2m；卵石夹土，中密实状，厚度约2m左右。由上可见该段广泛分布软～可塑状有机质低液限粉土，局部还有软～可塑状低液限粘土，上述土层强度低，压缩性大，该段（K19+700～K20+100）填土高度在10～12.8m左右，经强度验算，天然地基不能满足要求，根据设计文件对该段采用深层搅拌桩加固处理。2、加固机理水泥浆与软粘土采用机械加固的基本原理，是基于水泥加固的物理化学反应过程。它与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗填料中进行分解和水化作用，因而凝结速度快。在水泥加固体中，因水泥的掺入比很小（一般为被加固土重7%～15%），水泥的水解和水化反应完全在具有一定活性的介质——土的围绕下进行，因而硬凝速度缓慢而作用复杂。一般认为，水泥加固软土主要产生水泥的水解水化、粘土颗粒与水泥水化物的作用以及碳酸化作用。适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kpa的粘性土和粉性土等地基。珠江三角洲和广东沿海一带软土层分布范围广、土层厚度大，其特点主要是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数低、沉降稳定时间长，给工程施工带来一定困难。粉喷桩作为一种较新型的软基处理技术，适用于这类软弱地基加固方法，加固效果明显，加固后可很快投入使用，满足了经济合理、缩短工期的要求，并已广泛应用于高等级公路、铁路、港口码头、市政工程等大型建筑中。我公司先后进行了大量粉喷桩工程施工，如临长高速公路第9标，常张高速公路第5标等，均取得了显著的效果。现结合实际施工经验谈谈粉喷桩的施工。3、材料和机械设备及施工准备1）材料：一般选用32.5MPa普通硅酸盐水泥作固化剂，对桩身强度要求高、受力条件不利或成桩龄期较短的桩体，宜选用高强度早强水泥。每批水泥到场之前都必须有出厂检验合格单，并按一定比例随机送检，检验其强度、安定性、细度、凝结时间等物理力学性能指标。2）机械设备：(1)深层搅拌机：采用上海探矿厂生产的GPF-5型或铁道部武汉工程机械研究所生产的PH-5型桩机；(2)粉体发送器，如YP-1型；(3)空气压缩机：Q＞1m3/min；(4)发电机组：P≥75kw；(5)搅拌钻头：直径φ500～700mm，钻头的型式应保证在反向旋转提升时，对加固土体有压密作用。3）工程资料收集：工程施工前，应取得下列资料：(1)工程地质详细勘察资料，必要时补充勘察；(2)建筑物平面布置总图、基础平面图等有关图表；(3)粉喷桩设计说明、技术要求及桩位布置图；(4)测量控制点位置和座标；(5)地下地上障碍物情况及相邻建筑物有关资料。4）清表、平整场地：场地清理应做到清除场地内树根、杂草、有机质、腐泥等，清除有碍成桩的块石、砼块等硬质杂物，将原凸凹不平的地面回填整平，在其上按设计要求铺垫中粗砂工作垫层。5）配比试验：现场取样，保持湿度，带回室内制备不同配比的试件(试块模型70.7mm×70.7mm×70.7mm),进行7天龄期无侧限抗压强度试验，选取符合设计强度的配比作为今后施工的配比依据。6）成桩试验粉喷桩施工前必须进行成桩工艺性试验，并取得满足设计喷入量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气(粉)压力、单位时间喷入量，确定搅拌的均匀性，并根据地层、地质情况掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。成桩工艺性试验桩不少于5根。4、粉喷桩施工工艺1）桩位放样：施工前根据导线点，定出基轴线及垂直线，按施工顺序排桩放样，布置出所有桩位并测量桩位标高，桩位布放误差≤2cm。2）装料：将水泥提前装入储灰罐，装料时必须筛网过筛，入罐水泥最大粒径不能超过5mm,不得有纸屑、塑料布、石头、钢球等杂物，以免造成管道堵塞，有碍成桩。3）桩机对位：按施工顺序，移动桩机就位，利用支腿油缸调平桩机，使桩机倾斜小于1.5%，检查钻头直径，磨损≤1cm，使钻头对准桩位，误差≤5cm。4）钻杆下沉钻进：启动电机，空压机送气，使钻头沿导轨下沉钻进，钻至接近设计深度时，应用低档慢速钻，目的是让土体充分松动。同时注意工作电流的变化，不能大于额定电流。如遇地下障碍物钻进困难，应查明障碍物情况，不得强行施工。5）提升搅拌：钻进到位后，反向旋转钻头，开启粉体发送器喷粉，按规定的速度提升钻头，边喷边搅拌，同时保持喷粉空气压力为0.3～0.4Mpa,流量20L/s，当提升至设计停灰标高时停止喷粉，慢速原地搅拌1～2min。注意事项：a、钻头钻至设计深度，确认送灰至孔底才能上提搅拌。b、操作粉体发送的人员应时刻观察压力变化及管路的送粉情况，若发现管道漏气或堵管应立即停止喷粉。c、时刻观察喷粉记录量仪，及时记录异常情况，以利于确定补救措施。保证每根桩及每米段的喷粉量，每米喷粉量偏差±5%。6）复搅下沉：为保证软土与水泥粉搅拌均匀，关闭粉体发送器，开启空压送气，再次将钻头下沉至设计深度。7）提升搅拌：重复步骤5。当钻头提升到地面以下50cm时，粉体发送器停止喷灰。整桩完工后，应及时检查喷粉记量仪及喷粉记录，若喷粉量不足时，应整桩复打，复打的喷粉量应少于设计用量。若局部喷粉量不足，须部分复打，复打重叠孔段大于1m。8）成桩段位：移位下钻前，须清除钻头上余泥。5、现场技术质量管理1）施工记录。粉喷桩施工过程中，应及时、详细记录水泥强度等级桩号、钻进起止时间、钻进速度、提升速度、喷粉量、压力、停灰标高等参数，并注明工程名称、施工单位、施工日期、施工机长、施工员等内容。严禁填写回忆录式表格。记录表要有专人记录、当天汇总。完工后装订成册，归档保存。2）现场技术管理人员必须跟班管理，跟踪检查施工过程及加固效果，严格按设计要求及施工规范施工。并经常向监理、设计、建设、质检方报告工程情况，共同监督工程质量。3）严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。施工中要对原材料进行定期、定批量随机抽查，凡是不合格的原材料一律不准使用。4）粉喷桩施工应根据成桩试验确定的技术参数进行。操作人员应随时记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。5）施工中如遇停电、机械故障等原因喷粉中断时，必须复打，复打重叠孔段应大于1m。6）严格控制喷粉标高和停粉标高。不得中断停粉，确保桩体长度，严禁在尚未喷粉的情况下提升钻杆。7）钻头直径磨损量不得大于1cm。8）当施工现场所用水泥品种、强度等级同室内试验所用的不同时，为保证粉喷桩强度满足设计要求，对每一批不同规格的水泥应备样进行配比试验。9）储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg，当储灰量不足时，不得对下一根桩开始施工。10）完工后清理出桩头，对桩位全面复测，如出现遗漏及时补桩，对桩位偏差超过设计或规范要求的桩记录汇总，据情况确定是否补桩。6、工程检测与验收粉喷桩工程检验包括施工质量检验及加固效果检验。施工质量检验内容包括①桩数、桩径、桩深、粉体材料必须符合设计要求。②桩身强度必须符合设计要求。③桩位偏移、桩径及垂直读度应在规范允许偏差范围内；加固效果检验包括桩体质量检验和复合地基检验。具体检验包括以下项目。1）查施工记录：检查施工过程所有记录，重点检查桩长、垂直度、水泥喷粉量等项目。对不符合设计要求的桩应进行补钻。2)检验：按已完工桩数的2%随机抽检，开挖桩头深约0.5m，一般以设计桩位布置形式(正三角形或正方形)为一组，测量桩径、桩间距，检查桩头强度。如发现桩位偏差过大，桩头强度偏低等情况，应采取有效补救措施。3）抽芯检验：在成桩28天后，按总桩数的2%抽检桩体。采用金刚石钻头，直径不小于101mm，取芯率达到90%，钻孔倾斜＜1%，抽芯孔位置距桩中心15cm左右，深度应超过桩长1m，注意桩端土层是否与设计要求的桩端持力层相符。在桩体上、中、下各取芯样1件，一根桩取3件试样进行无侧限抗压强度试验。试样可制成立方体或与直径等高的圆柱体，其无侧限抗压强度应高于设计要求。4）静载试验：静载试验应在28天后进行，检验点数占成桩数的0.2%且不少于3个点，可进行桩土复合地基静载试验或单桩静载试验，复合地基静载试验的压板面积应与桩加固元面积相等。单桩静载试验，在桩顶上做一个桩帽，以使受力均匀。粉喷桩通常是摩擦桩，试验结果一般不出现明显的拐点，容许承载力可按沉降的变行条件选取。单桩或复合地基承载力应高于设计要求。5）工程验收：工程验收由建设方组织，设计、监理、质检、施工等单位参加，按设计及施工规范要求对工程质量验收，评定工程质量等级。工程验收时应提供材料试验报告，开工报告、试桩报告、施工原始记录、施工质量检验报告等资料。6)沉降、位移观测：工程完工后，定期进行沉降、侧向位移等观测。选取一定的基准点或预设沉降观测点，定期观测、记录，检验加固结果。7、施工中常见问题和处理方法1）桩体施工中，钻机出现不正常振动、晃动、倾斜、移位等现象，电流值偏高，其原因可能是土质太硬或遇到旧基础，石块。若土质太硬改用慢档钻进，并沿钻杆向土壤中浇少量水，减少部分阻力。若遇到旧基础、石块必须挖除，重新回填砂并压实后再钻。2）钻头喷口堵塞，其原因可能是喷口粘结粉、泥后变小，或是粉料中混用杂物。处理方法是提出钻头，掏出喷口堵塞物。掏动时应特别小心，注意防止突然喷出的粉体喷入人的眼或口中。3）土层强度较低而主机电流却偏大，其原因是电路故障。处理方法是拧紧电线接头，调高电压。4）送灰过程中压力突然下降，灰罐加不上压，其原因可能是灰罐内水泥粉体已喷完，或管道、容器漏气。处理方法是将钻头下至一定深度，重新加料复打，保证成桩质量。5）桩偏位、桩身倾斜，原因是钻杆平台倾斜，导致钻杆倾斜。处理方法是重新调整钻杆平台，或支腿下垫枕木，保证钻杆垂直。6）喷粉量不足、喷粉量不均匀，其原因可能是提升过快或粉体发送器转速不均匀。处理方法是降低提升速度及调整粉体发送器转速。7）设计上要求搭接的桩体，因停点、机械故障而超过允许间隔时间，应征得设计部门的同意，采取适宜的补救措施。结论本段软基处理于2003年10月份完成，该段路基填筑也于2004年4月份完成，通过一年的路基沉降观测，该段路基已基本稳定，累计沉降量在40～50cm。与此同时K19+700～+800段采用薄壁管桩处理软基，目前尚未稳定，其累计沉降量已达60cm，相比之下，粉喷桩处理效果要显著得多。