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水泥粉喷桩加固技术在软土地基处理中的应用

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水泥粉喷桩加固技术在软土地基处理中的应用

发布日期:2021-02-05 作者: 点击:

       1、 工程(Engineering)概况

    地质承载力较低,地基土层为第四系河水冲积层,土层分布不均匀,力学性质差异明显,属于高压缩性,高灵敏度的土层。因此,为了满足地基承载力的要求,设计施工中采用了水泥粉喷桩加固技术。粉喷桩呈梅花形布置,桩径为500mm,桩距:闸室为1.0m;岸墙及翼墙为0.8m,有效桩长为5.0~7.0m;共有工程桩1498根,其中:闸底板510根,前岸墙476根;后岸墙320根;左右翼墙292根。
    2、 地基处理要求
     地基采用水泥粉喷桩对基础范围内土体进行加固处理。由其固结桩体共同作用(role)成为复合地基。要求处理后的复合地基基底允许承载力提高到?k=140Kpa,压缩模量增加到Es=5.8MPa,沉降量与沉降差均应满足现有关规范要求。粉喷桩体底部必须进入粉质粘土层1.25m深。
     所谓水泥粉喷桩加固,就是用一种通过钻机成孔,然后将水泥粉利用压缩空气送入软土中使其与土及土壤(质地类型:壤土、砂土、黏土)水一同固结,形成具有一定强度的桩状体,达到地基(dì jī)加固的目的。这种方法与传统的浇筑水下砼加固技术相比,克服了富含水区水灰比不稳定、施工质量不易保证的缺点,施工方法简单,施工质量也易保证。施工时,首先将钻机在指定的桩位上成孔,钻至设计深度,然后通过高压泵把水泥干粉通过钻头处特定的喷咀喷出,在喷射过程中,钻头一边旋转一边缓缓提升,借助高压干粉的喷射力与松动后的土壤拌合,从而起到对地基加固的作用(role)。
    3、 桩体设计及试桩情况
     3.1 桩体设计
     
  ① 粉喷桩必须插入粉质粘土层至少1.25m,粉喷桩有效桩长为5.0~7.0m;
  ②水泥(材料:粉状水硬性无机胶凝材料)渗入比为20%,水泥标号采用东关32.5级普硅水泥,即每米长火桩长喷粉量平均为60kg。
  ③复搅长度为1.5m;电流控制:先采用三档钻进,当电流达到80A时,换成二档钻进不少于1.0m,电流控制在40~60A。
    3.2 试桩情况
     本工程共打试验桩4个。其中两个在闸(zhá)室底板外1.0m后岸墙右侧,另两个在闸室底板1.0m的后墙左侧,深度均为7.0m,喷粉至地面下0.5m处。试验桩钻进时电流情况(Condition)见表1。
    试验桩钻进时电流情况表 表1 
钻进深度(m) 档位 钻进电流(A) 0.0~5.0 Ⅲ 20~40 5.5~6.5 Ⅲ 40~60~80 6.5~7.0 Ⅱ 40~60

    4、 水泥粉喷桩的工艺要求及施工
    4.1 桩位放线与测量
     因原河床淤积严重,在施工前先将淤泥挖去,然后再用运来的粉质土回填,将基础面大致整平,并在场地上放出闸基础轮廓线,再在此基础理论上进行桩位定位,严格控制各部位内边桩位置。同时测出各桩位地面高程,计算出粉喷桩有效桩长,并经校核准确无误,经监理部门验收合格后方能进行粉喷桩施工
    4.2 水泥粉喷桩工艺流程
     钻机就位→喷气搅拌钻进→喷粉搅拌提升至设计桩长→喷气搅拌钻进1.5m→重复喷粉搅拌→停灰→关闭空压机,钻机移位。地基施工队一般是指用于改善支承建筑物的地基(土或岩石)的承载能力或改善其变形性质或渗透性质而采取的工程技术措施。 
    4.3 粉喷桩的参数
    根据试验的试验成果,结合土层分布条件及设计要求(demand),确定有关的参数(见表2)
    粉喷桩参数表 表2 
钻进速度 提升速度 喷粉压力 掺入比 喷粉量 0.8~1.47 (m/min) 0.8~1.47 (m/min) 0.24~0.4 MPa 20% 55~65 kg/m
    4.4 粉喷桩施工(Construction)
     为了确保工程质量,施工中粉喷桩桩机功率为30kW,钻具总长12.5m,空压机风量3m3/min,压力(pressure)为0.8MPa。桩位偏差顺轴为±15cm,垂直轴向±10 cm,桩径垂直度为1.5%。桩的搅拌深度用钻杆标线控制,钻径用钻头控制。为了保证桩体强度,施工中采用单桩灰量控制法。即每根桩装一次灰搅拌一根桩;并在原设计喷粉量基础上乘1.1系数。为保证桩体粉量均匀,实施全孔三次搅拌两次喷粉工艺,并严格按先中轴后边轴,先里排后外排的顺序组织施工。
    4.5 粉喷桩的桩顶与桩端的处理
     为了确保粉喷桩的单桩承载力达到设计要求,有必要对桩顶及桩端作加强处理。
     由于桩顶直接承受上部结构传来的荷载,若施工质量不佳或发生其他变异情况,桩顶往往会被破坏,使承载力下降。桩端部位一般是受力较小的部位,特别是摩阻型桩,但由于搅拌桩设备构造(structure)原因或施工工艺(gōng y)原因,桩端土会被扰动而未与水泥搅拌均匀或根本没有搅拌,这部分被扰动的土体,在受荷载后会产生较大的压缩变形。所以,对桩顶与桩端的处理,笔者建议在桩顶或桩端部分(500~1000范围(fàn wéi)内)采用复喷复搅工艺,即二次喷粉,三次搅拌工艺,并在该段增加水泥掺量2~3%,这样可以收到明显的效果。若原设计水泥掺量已经较大,则可采用复搅工艺,即在原一次喷粉,二次搅拌工艺上再加一次搅拌而不再曾加水泥掺量。
    4.6 粉喷桩施工注意(attention)事项
     
  ①应严格控制钻机下钻深度,喷粉高程和停灰面,确保粉喷桩高度。
  ②应定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度,对使用的钻头应定期复核检查,其直径磨耗量不得大于20mm。
  ③当钻头提升至地面以下500mm时,喷粉机应停止喷粉。
  ④当喷粉机在成桩过程中遇有故障而停止时,第二次喷粉成桩时,其喷粉重叠长度不得小于1.0m。
    5、 质量控制的依据
     
  ①粉喷桩施工图纸;
  ②《建筑地基处理技术规范》(TC79-91);
  ③铁道部《粉体喷射搅拌桩加固软弱土层技术规范》(TB10113-96)。
    5.2 原材料质量控制
     施工所用水泥采用东关32.5级普通硅(silicon)酸盐水(Salt water)泥,经现场抽样检验(检查),其质量符合规范及设计要求,为合格产品。
    5.3 成桩质量(Mass)
     在施工(Construction)过程中要严格按照工艺所选定的参数操作,未经工地主管技术人员同意不得变更施工技术参数。在整个制桩过程中,在确保搅拌、断粉、提升的三连续作业法,如遇堵粉、民粉等问题要及时采取补喷措施,补喷重叠长度不得小于1.0m。为保证单桩喷粉量满足设计要求,要严格控制搅拌提升速度均匀和喷粉压力的变化;结果表时,均匀搅拌提升速度为0.8m/min时,平均喷粉量达到60kg/m,满足设计要求。
     5.4 粉喷桩轻便触探质量检查结果(result)
     为了及时判定成桩质量,在粉喷桩施工(Construction)结束后及时开挖,采用轻便触探仪(NIO)随机巡查成桩质量。在及时开挖部位随机抽检30根,其龄期均在6~7天内,100mmNIO击数均超过10击,质量符合要求。
     5.5 单位桩及复合(recombination)地基(dì jī)承载力试验验算
     按《建筑财基处理技术标准》(JGJ79-91)中的公式对粉喷桩进行验算。基坑支护工程根据基坑的深度把基坑支护工程分为两种:浅基坑支护工程和深基坑支护工程地基打桩工程施工将木桩或石桩等砸进地里,为了使建筑物基础坚固。由于闸(zhá)基础结构(Structure)的特性(有齿槽),以及土层的变化,设计要求等使每排桩桩顶标号要求不同,每个施工区段内都有长桩和短桩。本次验算取每排桩平均值作为验算桩长值。
    6、 结束语
    桩体施工结束,待桩体达到28天养护期强度(strength)后,经建设、设计、监理、质检、施工等单位(unit)测试,综合评定了桩体质量和复合地基效果,全部达到设计要求。实践结果证明,水泥与软弱土,粉质粘土拌合后,上软-流塑状态转化为坚硬、硬塑状态。桩体水泥含量高,连续性好,水泥土含水量比天然状态土降低10%。软土地基处理后,力学强度明显提高,均满足设计承载力140kpa的要求。

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