钉形水泥土双向搅拌桩（精选4篇）
钉形水泥土双向搅拌桩 篇1
1 引言
水泥土搅拌桩具有施工简单、速度快、振动小、土体加固后容重变化小等优点被广泛应用于软基处理[1]。在此基础上, 东南大学刘松玉教授等通过对其承载机理和成桩机械的研究研制出了钉形水泥土搅拌桩[2]和双向水泥土搅拌桩[3]施工工艺, 并将二者相结合, 形成了钉形水泥土双向搅拌桩[4], 如图1所示。该法属新兴专利技术且在广州地区属首次采用, 为今后在该地区的运用提供借鉴和参考。
本次施工由于广州地区无使用该法施工的历史记录和相关经验, 故在其施工前与施工过程中进行了一系列的相关试验包括不同水泥掺入量、不同水泥型号以及不同施工参数 (桩间距、钻进速度等) 的水泥土室内无侧限抗压强度试验、平板载荷试验 (单桩及单桩复合地基) 、沉降观测试验和测斜试验等。本文重点介绍路基沉降试验的研究和成果。
2 工程概况
黄榄快速干线 (西段) 位于广州市南部, 连接广州市番禺区与佛山市顺德区, 总体呈东西走向, 全长7.57公里, 共分为5个标段。本标段为市政道路标 (第二标段) , 起点为榄核镇平稳村, 桩号K4+300, 止点为规划三路交叉口处, 桩号K5+960, 全长1660m。道路标准:城市快速路, 红线宽度80m, 设计时速:主线80Km/h、辅道40Km/h, 道路标准宽度44m, 双向8车道。
根据勘察资料 (见表1) , 该段路基土均属低强度、高压缩性土, 且多呈欠压密状态, 在土自重、路堤填土荷载及汽车行驶荷载作用下易产生沉降及不均匀沉降, 可能会产生路面开裂, 影响行车安全及道路美观, 故应对拟建道路路堤下一定深度范围内软弱土层进行处理。经分析比较, 全标段除桥梁外最终均采用钉形水泥土双向搅拌桩专利技术处理软基, 处理面积74000m2。最大处理深度23m。
3 沉降观测
3.1 沉降观测目的
本合同段除省道跨线桥外其余路段均经过地基处理。为控制和调整填土速率, 提供施工期间沉降土方量的计算依据, 确保工后沉降控制在设计允许范围内, 设计要求该路段进行路基沉降观测。表面沉降观测是软基处理沉降分析的基础, 沉降速率是判断软基处理成果的一个重要指标和加固效果最直接的反应。
⑴通过对沉降观测数据系统综合分析评估, 为路基填筑计划的制定和执行提供定量的参考数据, 保证填筑过程中路堤的安全, 使路基工程达到规定的变形控制要求。
⑵通过对软基段工后沉降的观测, 掌握沉降发展情况, 为路面 (特别桥头路面) 的施工、永久性路面铺设和异常变化地基的加固提供依据。
⑶通过对软基段的工后沉降的观测, 完善从软基施工到竣工验收整个过程的现场观测资料, 为了解软基处理效果和完成竣工资料提供现场实测数据。
3.2 沉降观测工具及仪器
本次沉降观测所采用工具由一块500mm×500mm, 3cm厚的方形钢板 (沉降板) 、φ6金属测杆, φ10塑料套管组合而成, 金属杆焊接在钢板上, 塑料套管包裹在金属测杆上, 塑料套管的作用是使测杆处于自由状态, 防止测杆与路基填土直接接触发成摩擦, 影响沉降结果, 如图2。观测沉降读数采用DSZ2水准仪, 具体技术指标参见表2。
注:L-水准路线长 (以公里计)
3.3 沉降观测点的布置
为及时、准确、全面地反映路基及构造物的沉降和水平位移情况, 通过观测数据判定路基的稳定性, 沉降观测点布设原则如下:
⑴观测点应设在同一横断面上, 这样有利于观测点的看护, 便于集中观测, 统一观测频率, 更重要的便于各观测数据的综合分析。
⑵沿线路方向150m布设一个观测断面。
⑶所有大、中、小桥桥头位置原则上设置一个观测断面。
⑷所有构造物路段原则上设置一个观测断面。依据施工图设计, 确定各观测断面观测点如表3:
3.4 沉降观测数据
由于试验数据较多, 本文不能全部列出, 选取地基处理具有代表性的一般路段K4+940段的数据进行分析和研究。具体沉降观测数据如表4所示。
根据试验所得数据, 绘制时间沉降量曲线图如图3:
通过图3我们可以得出以下结论:
⑴该段路基的最大沉降量为35.31mm, 出现在中桩 (大里程) 位置, 这是由于中桩的两块沉降板分别放置在桩顶 (小里程) 和桩间土 (大里程) 上。桩间土的承载力相对于桩顶的承载力要小, 即沉降量大于桩顶沉降量。
⑵该段路基的最小沉降量为29.87mm, 出现在中桩 (小里程) 位置, 与最大沉降量之差为5.44mm, 相差很小, 由此可以得到钉形水泥土双向搅拌桩复合地基能使处理后的软土地基很好地形成一个整体, 差异沉降较小, 满足工程需要和设计要求。
⑶路基的沉降趋势基本一致, 即试验开始阶段沉降量呈线性上升趋势, 随着时间的推移和填土的不断进行而增大, 当增大到某一值时, 开始趋向平稳呈水平直线状态。表明路基沉降已经趋于稳定。
⑷路堤填筑完成后, 即该曲线上的2011.03.28至2011.05.09各点的沉降量分别为0.27mm、0.37mm、0.13mm、0.22mm。完全满足设计要求的连续两个月不大于5mm/月, 即可视为该段路基沉降已经稳定。可以进行路面基层的施工。
4 结论
⑴沉降量是判断地基处理成果的重要指标, 尤其对于新工艺、新技术, 进行地基处理的路基沉降是必不可少的控制施工质量的试验指标。
⑵钉形水泥土双向搅拌桩复合地基在地基沉降量和承载力方面能完全适用广州地区多淤泥、淤泥质土的软弱地基, 今后在该地区软基处理工程中可以参考或借鉴使用。
⑶钉形水泥土双向搅拌桩复合地基属于新型地基处理技术, 目前阶段理论还滞后于实践, 沉降量分析只是其中的一个方面, 其他各方面试验还有待于进一步的研究和探讨。
摘要：钉形水泥土双向搅拌桩是近年来新兴的一种地基处理新技术, 结合该法在广州市番禺区黄榄快速干线路基处理中的应用, 通过试验监测和分析表明:钉形水泥土双向搅拌桩复合地基在处理该地区淤泥及淤泥质土的应用中取得了良好的效果, 尤其在路堤填土阶段的沉降观测数据表明:经过此法处理的软土路基在沉降方面完全满足本工程的实际需要以及设计要求。
关键词：地基处理,钉形水泥土双向搅拌桩,沉降观测
参考文献
[1]刘松玉.公路地基处理[M].南京:东南大学出版社, 2001.
[2]刘松玉, 宫能和, 冯锦林, 等.钉形水泥土搅拌桩操作方法[P].中国专利:200410065863.3, 2007-09-12.
[3]刘松玉, 储海岩, 宫能和, 等.双向搅拌桩的成桩操作方法[P].中国专利:200410065862.9, 2006-09-13.
[4]苏JG/T024-2007, 钉形水泥土双向搅拌桩复合地基技术规程[S].
钉形水泥土双向搅拌桩 篇2
钉型水泥双向搅拌桩是主要以水泥为材料,根据水泥或者水泥砂浆对双向搅拌桩进行固化作用,通过机械搅拌,到达软土的深处,搅拌时令固化剂和软土之间产生不同的物理作用和化学作用,达到整个水泥加固体的整体性、水稳性都有提高,而且水泥双向搅拌桩是采用同心双轴的结构,当双轴进行正反转动的时候,可以令搅拌体得到充分搅拌和减少泥浆上涌,令地基的承载性能增强,改善软土地基的弱点,充分发挥地基的承载潜能,减少地基沉降的可能性,令土地用途更加广泛。传统的水泥搅拌桩施工中易出现桩顶冒浆、桩体强度上下不均、处理深度浅、直径小而成本高,钉形水泥土搅拌桩和双向水泥土搅拌桩为一种新型的软土地基处理方法即大直径(钉型)双向深层水泥土搅拌桩,这种新型搅拌桩处理深度深、桩体强度均匀、施工质量可靠,采用大直径(≥90 cm)钉型桩形式后可以降低工程造价。钉形双向水泥土搅拌桩适用于公路工程软基处理等工程。主要相关设备包括:双向深层搅拌桩机、灰浆泵、制浆机、灰浆集料斗、水泵等。
二、钉形双向水泥土搅拌桩质量控制
为了保证施工质量,施工单位要根据工艺性试桩确定的各种操作技术参数制定施工要点,有如下的要求。
(1)为保证水泥土搅拌桩的垂直度,首先保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度,控制水泥土搅拌桩的垂直度偏差≤1.5%,桩位偏差≤5 cm。
(2)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(3 h以内)补喷,重叠复喷50 cm以上,超过3 h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%。
(3)水泥浆必须按预定的配比进行拌制,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3 h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。
(4)双向水泥土搅拌桩在地面以下2 m范围内应进行二次喷浆搅拌。
(5)对输浆管经常检查,不得泄漏和堵塞,管道长度不得大于60 m。定期检查钻头,保持钻头直径误差在-1~+3 cm之间。
(6)合理安排桩位施工顺序,以利于整体的成桩质量和软基处理效果。
(7)成桩资料应在施工现场打印,每根水泥土搅拌桩施工完成后,应立即打印成桩资料,严禁补打资料。
三、钉形双向水泥土搅拌桩技术在软土地基中应用
水泥土搅拌桩施工中,经过不断探索和实验,在发现水泥搅拌桩的质量影响因素除了加固机以及搅拌桩本身的质量之外,对双向水泥搅拌机的施工技术和施工的机械也有很大的的影响。在双向水泥搅拌桩在施工期间,将动力系统安装在不同的轴内,令双向都可以搅拌水泥桩,形成更好的施工质量,带来更快的施工速度。而这装置会为现有的水泥搅拌桩技术带来更良好的施工水平,以及更加稳定。通过对钻杆以及钻头进行改造,采取双轴的钻杆和在杆内装有旋转叶防止泥浆的喷涌,将泥浆控制在钻杆的双轴之内,避免影响工程同时可以保障水泥可以在搅拌桩中均匀分布,增加桩的质量以及减少耗损。双向水泥搅拌桩的施工技术和普通的水泥搅拌桩的施工技术非常相像,不过也要注意对施工的每一个步骤都要严谨执行,避免有任何差错出现,具体操作的步骤是:第一,要将场地弄平整,方便施工。第二,要将场地对双向搅拌桩进行定位,确立每一根桩的位置,还有放线,减少出现误差的几率,尽量保持完美。第三,要为搅拌机定位,把搅拌机放置到合适的位置上,方便接下来的施工作业。第四,启动搅拌机,让搅拌机开始往下进行切土,让双向搅拌桩保持下降,直到搅拌桩到达需要的深度。第五,开始进行搅拌,用送浆机往土里送水泥浆,让水泥在轴中固定,在把搅拌机旋转搅拌水泥土,让水泥充分搅拌均匀,这样就完成水泥搅拌机的单桩施工。
四、钉形双向水泥土搅拌桩在应用中的注意事项及常见问题分析
双向水泥土搅拌桩的施工与常规水泥土搅拌桩的施工在水泥掺入量、场地要求、地质适用范围等许多方面是一致的,但在桩身受力、搅拌均匀、施工工艺流程等方面存在一定的差别。现将有关钉型与双向水泥土搅拌桩施工中注意事项及常见问题作一说明。
1. 注意事项
第一,搅拌的均匀性。搅拌的均匀性是影响桩身质量的一个重要因素。它主要指两个方面:一是机械在桩身任意一点的搅拌次数;二是固化剂在任意点的掺入量。固化剂在桩身任意一点的掺入量除应满足设计的要求外,还应依据地质条件调整每一段的掺入量,以保证桩身强度和桩体受力的一致性(此项工作根据试桩的上下两部分强度进行分析确定)。调整的原则是:桩身上部浆量多、下部少;土层好的少、差的多;含水量高的多、低的少。
第二,桩顶部位的处理搅拌桩施工完毕,桩的顶部0.3~0.5 m范围内,因上覆土压力较小,使土层变成蜂窝状,应对桩顶进行如理,处理的方法有两种:一是将桩顶质量较差的部分人工挖除;二是在桩顶1.0~1.5 m的范围内进行二次喷浆搅拌,并人工修整。
2. 常见问题及处理方法(见表1)
五、结语
通过了解钉形水泥土双向搅拌桩,发现这种新型的水泥搅拌技术可以在喷浆或者是喷粉时,使浆液或者是粉体能和原位土充分的拌和,这样可以节省复搅工序,可以节约施工能源,提高施工效率。在现有的桩机上更改的功能,只要在原来的桩机上换上一套双搅的分动箱、钻杆和钻头就可以使用了。更改方便,迅速,没有特殊的要求,并且省时、节约,成本低,可靠,是未来发展的重要技术,如果普及这项技术的话,可以大大节省人力物力,又可以提高工程的质量。不过,由于是新型技术,所以操作起来要特别细心,注意每一项步骤和细节,减少差错,令钉形水泥土双向搅拌桩这项技术可以更好地发挥所长。
参考文献
[1]席培胜,刘松玉.水泥土深层搅拌法加固软弱地基新技术研究[J].施工技术,2006(01).
双向水泥土搅拌桩施工技术及应用 篇3
关键词：双向水泥土搅拌桩,施工技术,质量控制
运用特制的深层搅拌机强制搅拌水泥和软土, 使其发生一系列的化学反应和物理反应, 促进土地的固结, 从而形成达到一定强度的、具有较好的水稳定性和整体性的水泥土桩, 这种工艺被称为水泥土搅拌桩施工技术。常规的水泥土搅拌桩施工中存在很多问题, 双向水泥土搅拌桩技术能够克服传统水泥土搅拌桩的技术问题, 使成桩质量得到提高。本文对双向水泥土搅拌桩施工技术及其应用进行了分析。
1. 传统水泥土搅拌桩施工的常见问题
水泥土搅拌桩施工的优点有振动小、速度快、施工便利等, 能够使软土地基的稳定性得到提高, 并对其沉降量进行有效的控制。然而由于不合理的成桩工艺和施工机械设备, 加之施工操作的不规范, 对桩身全长的质量检测的手段落后, 造成了施工质量的下降。桩体的强度会受到桩体搅拌不均匀、沿桩体垂直分布的水泥浆不均匀等因素的影响。传统双向水泥土搅拌桩施工技术具有较小的有效处理深度和桩长, 对其应用范围造成了束缚, 当深度达到7米之后该技术的优势就难以发挥。双向水泥土搅拌桩施工技术具有较低的工效, 施工时需要四搅两喷。
2. 双向水泥土搅拌桩施工技术
所谓的双向水泥土搅拌桩技术指的是通过在双向水泥土搅拌桩机外同心杆和内同心杆的搅拌叶片上分别安装动力系统, 使其能够同时从两个方向对水泥土进行搅拌的技术[1]。
2.1 双向水泥土搅拌桩机
通过改进传统水泥土搅拌桩成桩机械的钻头、钻杆和动力传动系统, 设计了双向水泥土搅拌桩机。将反向旋转叶片安装在外钻杆上, 将喷浆口和正向旋转叶片安装在内钻杆上, 并使用同心双轴钻杆和双向动力传动系统来进行正反两个方向的旋转。
在施工的过程中通过外钻杆叶片来进行压浆, 上下两组叶片能够对水泥浆进行控制, 使其不能上冒, 从而使桩体中的水泥浆掺入量得到了保障, 并能够分布均匀。这样能够对搅拌桩及其深层的质量进行保障。
2.2 双向水泥土搅拌桩的钻头技术要求
一般情况下钻头叶片的厚度为25至30毫米, 宽度为80至100毫米, 只有这样才能保障水泥土搅拌桩的均匀。在搅拌的过程中, 对搅拌均匀造成直接影响的就是钻头叶片的倾角, 因此钻杆与叶片之间的倾角应该为10度至20度, 如果是沙性土可以将夹角调小。为了避免“糊钻”现象, 搅拌钻头叶片之间的间距一般在20至40厘米左右。在内钻杆叶片的三分之二处设置喷浆口, 并根据现场测定的情况来设置喷浆的大小[2]。
实验证明, 在水泥土桩的任意一点使用双向水泥土搅拌桩机进行20次以上的搅拌, 能够取得最好的施工效果。施工时要保障钻杆的下降速度、提升速度和回转数, 钻头翼片与搅拌轴的垂直夹角、宽度和枚数都符合相关的技术参数。
2.3 双向水泥土搅拌桩施工技术的施工工艺
在施工时首先要进行放线和定位工作, 使用方形或梅花形来布置双向水泥土搅拌桩。进而就位桩机, 将搅拌机移动到制定位置, 并进行安装和对中。第三, 进行切土下沉, 也就是将搅拌机启动, 沿着导向架使用搅拌机进行切土, 并使用灰浆泵来喷射水泥浆液, 进行10秒以上的桩底持续喷浆搅拌。最后, 就行提升搅拌, 将灰浆泵关闭, 提升搅拌机。
2.4 水灰比和水泥掺入
要根据单桩的承载力来确定双向水泥土搅拌桩水泥掺入比, 以被加固湿土质量的百分之十五左右为宜。如果水泥掺入量在百分之七以下, 则会影响水泥土的强度。在百分之二十二的范围内, 水泥土强度随着水泥掺入比的增加而增加。根据工艺性试桩将水泥浆液的水灰比确定下来, 以0.5至0.6为宜。如果温度较高、桩径较大时可以取大值。水灰比不能小于0.45, 也不能大于0.7, 否则会影响成桩的质量, 并造成施工的困难[3]。
2.5 双向水泥土搅拌桩施工技术的适用地质
在进行软弱地基的处理时往往使用双向水泥土搅拌桩技术, 包括无流动地下水的松散砂土、软粘性土、粉土、淤泥质土和淤泥等。在使用双向水泥土搅拌桩施工技术对具有腐蚀性的地下水、塑性指数超过25的粘性土、有机质土和泥炭土进行处理时要先进行现场试验。一些特殊土质会影响双向水泥土搅拌桩技术的应用。例如有机质含量较高的软土和泥炭土中的有机质会对水泥水化过程进行延缓, 从而对水泥土的结构形式进行破坏, 使水泥土的强度降低。粘性土的塑性指数过大也会造成“糊钻”。如果地下水中的硫酸盐含量过高, 水泥会与硫酸盐发生反应, 形成结晶性侵蚀, 造成水泥土的崩解和开裂。
3. 双向水泥土搅拌桩施工技术的应用
3.1 工艺性试桩
工艺性试桩的目的在于用科学的技术参数来指导施工, 保障施工的质量, 工艺性试桩的主要内容有以下几点:要计算水灰比和水泥掺入量, 据此来对单桩对喷浆量以及其他技术参数制定出来, 例如进入持力层电流、搅拌机转速、喷浆压力、钻杆提升和下沉速度、钻进速度等。要对提升和下沉的阻力情况进行掌握, 将合适的搅拌叶片的倾角和宽度、电机功率以及搅拌钻头形式选择出来。要对室内实验的水灰比和配合比进行检验, 确定是否需要添加外加剂。对复合地基的承载力进行检验, 并在同一工程地质条件下至少进行3根工艺性试桩。
3.2 控制施工质量
首先, 在配制水泥浆液时要严格按照配合比, 不要将制备好的浆液搁置超过两小时, 先对其进行加筛和过滤, 再倒入存浆桶, 以免泵体受到结块浆液的损坏。必须配备专人对浆液拌制现场进行记录, 记录内容包括停浆面、喷浆深度和送浆的时间等等, 从而对水泥浆液的喷入量和喷入深度进行保障。要对钻机内外杆的速度、钻机提升和下沉的速度进行控制, 使水泥浆液能够与破碎的土体进行拌合。要确保搅拌桩机的导向架和底盘水平的垂直, 将其桩位偏差控制在50毫米以内, 垂直度偏差控制在百分之一以内。
3.3 处理常见的施工问题
(1) 处理桩顶部位的问题。桩顶的问题主要是蜂窝状土层, 处理方法为挖除桩顶质量较差的部分, 或者对其进行人工修整和二次喷浆搅拌。
(2) 处理施工间断问题。如果由于突发状况不能进行连续供浆, 要将搅拌机钻头退到停浆前的1米处, 避免缺浆或断桩。如果需要半小时以上的停机检查, 为了避免钻杆内水泥浆的硬化, 要冲洗钻杆, 并每隔半小时转动一次转杆, 以免出现内外钻杆抱死的现象。
(3) 处理“糊钻”。“糊钻”的产生主要是土质的含水量过小、塑性指数过大造成的, 这就会造成在桩体的单位体积内钻杆和钻头占有较大的以及比例, 难以均匀的搅拌水泥浆和土体。其处理办法为适当增大桩径、对钻杆和叶片之间的夹角以及水灰比进行调整、使搅拌叶片之间增大距离等。
(4) 处理局部密实土质。密实土质指的是含水量较小的硬塑粘性土和厚度较大、标贯击数较大的砂性土, 这些土质不适合使用双向水泥搅拌桩施工技术, 应该调整施工方案, 选择其他的施工技术。
4.结语
总而言之, 双向水泥土搅拌桩施工技术能够突破传统水泥土搅拌桩施工技术的不足, 使成桩效果得到显著的提高, 对成桩的质量进行保障。这样一来, 在软弱地基的处理中就可以广泛的使用双向水泥土搅拌施工技术, 发挥该技术的优势。与此同时双向水泥土搅拌施工技术还具有操作便利、易于推广的优势, 具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]李兵.水泥土双向搅拌桩在上海S32高速公路软基加固中的应用研究[J].公路工程.2010 (04)
[2]刘松玉.钉形搅拌桩与常规搅拌桩加固软土地基的对比研究[J].岩土工程学报.2011 (07)
钉形水泥土双向搅拌桩 篇4
关键词：双向搅拌桩,施工机械,粉喷桩,质量检测,软基
1 概述
水泥土搅拌桩是利用特制机械将水泥或水泥浆作为固化剂喷入软弱土体中,就地将水泥土混合物强制搅拌,形成具有一定强度的水泥土加固体,与基土共同作用形成复合地基,从而达到提高承载力及减小路基沉降的目的。该技术具有成本低、工效快、施工简便、振动小、污染少等特点,在需要大面积处理软土地基的工程建设中得到广泛应用。但在以往工程建设应用中,由于水泥土搅拌桩属地下隐蔽工程,其人为因素及地下不确定性因素较大,易发生工程质量问题,致使工程建设者怀疑水泥土搅拌桩的成桩质量及其对软土地基的处理效果,甚至有慎用或限用的态度。
为此,部分优秀的工程建设者对常规搅拌机进行改进,制造出水泥土双向搅拌桩机,并提出相应理论。笔者就在建的某高速公路中采用的干法水泥土双向搅拌桩来了解该桩机的工作原理及相应理论,以供大家参考。
2 水泥土双向搅拌桩机械及成桩原理
2.1 水泥土双向搅拌桩钻机
水泥土双向搅拌桩钻机主要改造了常规水泥土搅拌桩钻机的动力系统以及钻杆和钻头。
1)动力系统改造,设置了正、反两个方向动力设备(见图1),即外钻杆的动力由磨盘提供,内钻杆的动力由单独的电机提供,同时为了保证搅拌更加均匀,将磨盘和下钻、提升动力分开,下钻、提升的动力由无极调速电机提供,在施工时,将磨盘置于高转速,将下钻、提升置于低转速,提高单位时间里的搅拌次数,使得成桩质量更加有保障。
2)钻杆、钻头改造,设置两个同心圆的内、外钻杆,并在内外钻杆底部钻头处设置两两分开的四层搅拌叶片(见图2)。外钻杆连接外钻头,内钻杆连接内钻头,在外钻杆的内壁设有与内钻杆之间配合的轴承和密封装置。内钻头的外壁上设有上下两层翼片,下层翼片的下部为钻尖,两层翼片之间的距离为20 cm～30 cm,在两层翼片之间靠近上层翼片的内钻杆上开有喷灰口。通过外杆上叶片反向旋转过程中的压灰作用及正向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用,阻断水泥上冒,把水泥控制在两组叶片之间,保证水泥在桩体中分布均匀,确保成桩质量。
2.2 水泥土双向搅拌桩成桩原理
水泥土双向搅拌桩是指在施工过程中,通过分别设置的动力系统带动安装在钻机上的同轴内、外钻杆同时正、反双向转动,强制内、外钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反双向切土,使钻机在施工过程中形成全程复搅,充分搅拌土体,并能阻断水泥上冒通道。从而可提高搅拌均匀性,增加桩身强度;并能有效改善复合地基的承载特性,提高软土地基的承载力,减少地基沉降。
2.3 施工工艺
双向搅拌粉喷桩施工工艺流程图见图3。
1)按设计要求整平场地,清除地表如树根、垃圾等障碍物,回填沟塘至整平高程。2)按批准的布桩图进行桩位放样,就位搅拌机械,对中桩位。3)下钻搅拌喷灰:启动搅拌机,使搅拌机沿导向架向下切土,同时开启喷粉装置,两组叶片同时正反向旋转,外钻杆逆时针旋转,内钻杆顺时针旋转,切割、搅拌土体。此时内钻杆上的两层叶片作用为:下一层是破土,上一层为搅拌;外钻头上的两层叶片作用为:搅拌、压灰。搅拌机继续下沉,直到设计深度,在桩端应就地保持喷灰搅拌10 s以上才可停止喷灰。4)提升搅拌:搅拌机提升,关闭喷灰泵,两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土,链条将钻头提升至设计桩顶标高,完成双向搅拌粉喷桩施工。
3 工程实例
3.1 项目概况
建设中的某高速公路软土地基设计采用干法水泥土双向搅拌桩处理,场地地势平坦低洼,线路区域主要为软土及软弱土,连续分布,土性为淤泥、淤泥质粉质粘土(粉土),局部地段夹粉砂、粉土薄层,具高孔隙比,高压缩性。有机质含量为0.5%～4.84%,平均值3.38%,层厚4.3 m～17.5 m,最高层厚达32.4 m,含水量为35.1%～86%。水泥土双向搅拌桩的布桩为正三角形,桩间距1.5 m,桩径500 mm,水泥固化剂采用42.5号普通硅酸盐水泥,设计水泥用量为65 kg/m,桩长17.0 m。
3.2 质量控制
水泥土搅拌桩属地下隐蔽工程,施工中由于人为因素较大,需要控制的参数较多,因此施工中常会出现一些质量问题。为此,在工程建设开始时,业主聘请相关专家组织“某高速软基处理技术培训班”,提出水泥土搅拌桩相关控制技术参数及控制要点,并明确各参建单位软基处理相应职责及填报水泥土搅拌桩施工管理表格。笔者作为工程建设参与者,针对干法水泥土双向搅拌桩处理软基实际情况,提出以下几点控制要点,以备参考。
3.2.1 加强对施工机械设备管理
干法水泥土搅拌桩施工机械可根据设计要求和试桩资料选取专门的施工机械,建议选用定型产品。每台桩机的粉体发送器必须配置粉料电脑计量装置,并记录水泥的瞬时喷入量和累计喷入量。且计量装置上的任何一个可操作的按钮和开关不得用于设定或操作时间、深度、喷粉重量、桩位编号等参数,防止伪造施工记录。桩机上所有检测记录设备如气压表、转速表、电流表、电子秤必须经过计量部门检验标定并铅封,不合格的仪表必须更换。监理单位也应制作封条对计量仪表进行铅封,并在日常巡视中经常检查封条的完好性。在每台桩机的钻架上画上钻进刻度线,标写醒目的深度,且每台桩机钻架上设置吊线锤,并画上垂直线。
3.2.2 加强对水泥的管理
施工单位应对多家水泥厂进行考察,择优选购质量稳定的水泥厂生产的水泥,确保水泥质量、数量能满足施工要求。施工、监理单位应按规定频率进行水泥质量检验,满足规范要求,严禁使用过期、受潮、结块、变质的水泥。施工单位应指派专人负责水泥的供应、统计工作,每个施工班组、项目部及监理应分别建立水泥使用台账。监理单位应对每日水泥用量进行统计,及时分析水泥用量与水泥搅拌桩施工量的关系,纠正施工中的不正常现象。
3.2.3 加强工艺性试桩管理,严格开工报告审批制度
在施工前,项目经理部应对参加本项工程施工的全体人员进行技术、安全交底,认真学习技术规范、设计文件及学习业主组织的“软基处理技术培训”文件,领会各项质量指标及安全规定,以确保本项工程能够保质保量按期完成。根据设计文件及业主相关规定绘制施工布桩图,并上报签认。选择典型地段按设计文件提供的地质资料及室内配合比试验结果进行工艺性试桩。且每种配合比不少于3根,总桩数不少于10根,以验证室内配合比,确定主要施工工艺指标。通过试桩掌握满足设计单桩喷灰量的各种技术参数,如钻杆下沉和提升速度,喷粉压力、搅拌机转速及进入持力层电流和钻进速度等。另外,通过工艺性试桩掌握下沉和提升的阻力情况,从而选择合理的搅拌钻头形式、钻机功率及搅拌叶片的宽度和倾角等。
根据工艺性试桩结果,编写施工组织设计、安全操作条例,严格执行开工报告审批制度,未经监理工程师批准不得开始施工。按照设计要求对施工场地进行整平,清除障碍物、回填沟塘,根据签认的布桩图放样,定位桩位。
3.2.4 加强对施工现场管理
监理单位应加强对旁站人员的培训及职业道德教育,高度认识水泥搅拌桩施工质量的重要性,认真履行监理职责,完善监理程序,细化监理职责,应做到全方位、全过程的施工监理。水泥土双向搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程,应坚持全过程施工监理,并制定每日值班表。
施工前,监理人员应对水泥原材质量、计量设备、搅拌叶片的伸展直径和机械性能进行检查;应对桩位放样进行抽查,其容许偏差应控制在±50 mm;应检查机架垂直度、机架底盘的水平度。
施工过程中,监理人员应随时检查施工记录和计量记录,严格控制桩长、单桩水泥用量及单桩施工时间。随时检查机架的垂直度、机架底盘的水平度、搅拌机提升和下钻速度以及到设计桩长最后30 s的电流和钻进速度等。
如遇机械故障、停电等原因喷粉中断时,监理人员应督促施工单位在3 h内采取补喷措施,其重叠长度不应小于1 m。如果无法在原桩位补喷时,应紧靠原桩位旁进行补桩,并在施工记录备注中填写完整,做好记录备查。
单桩施工结束后,应立即打印成桩资料,严禁补打资料,所有在桩机移位后或室内打印的电脑小票均视为假资料。旁站监理应监督作业班组打印成桩电脑小票,打印好的成桩电脑小票交旁站监理保管。旁站监理应在打印好的电脑小票上手写编号,格式采用:施工标段→桩机编号→旁站监理姓名→日期→序号,其中序号按时间顺序递增且必须连续。施工单位需安排专人负责收集、扫描每日打印的成桩电脑小票,上报监理及业主。
3.2.5 加强对施工、监理单位内业资料的管理
在施工过程中,项目经理部、监理单位应认真做好水泥搅拌桩施工管理工作,细化管理程序。根据各自的管理特点,制定各单位用表。
项目经理部:水泥搅拌桩施工承包协议登记表,水泥搅拌桩施工桩机登记表,水泥搅拌桩施工桩机日工作量统计台账,水泥搅拌桩水泥调拨台账,水泥搅拌桩施工现场记录表等。
监理单位:水泥搅拌桩施工情况日报表,旁站监理工作安排台账,水泥搅拌桩桩机性能验收表,水泥搅拌桩水泥用量台账,水泥搅拌桩施工监理记录表。所有表格应保存完好,及时归档。
4 结论与展望
桩体工程施工结束,经建设单位委派的两家第三方检测公司自检、强检,干法水泥土搅拌桩芯样完整,综合质量评定优良率为96%。
4.1 水泥土双向搅拌桩的优点
1)水泥土双向搅拌桩正、反向同时搅拌,形成全程复搅,使水泥土混合物能得到充分搅拌,从而能使搅拌桩桩体搅拌更均匀,水泥与土充分混合,胶结好,成桩质量高。2)工艺简单,克服人为减少复搅的因素,减小管理难度。3)扰动减少,由于设置同轴的正、反双向钻头,相互抵消了土体对钻头产生的水平旋转力,从而降低钻杆的左右晃动及钻头对桩周围土体的扰动。4)施工的桩长增长,且因机械改进减少复搅施工过程,从而大大缩短了单根桩成桩时间。5)更加经济,由于双向搅拌桩能使桩体搅拌更均匀,大幅度提高桩身强度,从而可以扩大桩间距,使单位体积的软土地基处理工程量减少,达到降低造价的目的。
4.2 干法水泥土双向搅拌桩的缺点
虽然干法水泥土双向搅拌桩能有效解决常规水泥土搅拌桩由于施工过程中冒粉、搅拌不均匀等引起的桩身质量问题,提高桩身质量。但也存在不足之处:对于地下水位以上桩体部分,水泥土水化反应不够充分,水泥土呈颗粒状,桩身成桩质量较差,特别在1.5 m范围内,水泥土标贯击数过低,对桩体质量等级评定严重不利,有望对桩机进行改进。
4.3 展望
对于水泥土双向搅拌桩钻机来说,是土木建设领域中机械的一次革新,大大缩短搅拌桩成桩时间及降低了软基处理施工难度。因此,笔者希望有以下改进:
1)能否结合干法和湿法优点,研制出下部采用干法而上部采用湿法施工的机械。笔者认为水泥土双向搅拌桩钻机作为干、湿法两用机有望能实现。
2)干法水泥土双向搅拌桩钻机送粉与钻进由两人在不同地点控制,存在时间差异,人为因素很大,能否电脑统一控制,自动控制喷粉与钻进。
参考文献
[1]JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S].
[2]JTJ017-96,公路软土地基路基设计与施工技术规范[S].
[3]缪小靳.粉喷桩加固软土地基[J].中南公路工程,2002(4):28-29.
[4]龚晓南.地基处理手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,2008.