水泥搅拌桩处理软弱地基施工技术研究

发表时间:2016/10/28   来源:《基层建设》2016年12期   作者:干安庆
[导读] 摘要:水泥搅拌桩技术作为处理软弱土层地基的一种有效措施,在软弱地基治理方面的应用非常广泛。然而由于水泥搅拌桩施工技术的复杂性,其成桩质量不容易控制,成桩质量在很大程度上取决于其施工技术的精准度和施工工艺的合理性。本文依托某航道改造项目中的软黏土地基治理工程,系统性地介绍了水泥搅拌桩加固软弱地基的施工工艺、施工关键技术、成桩质量检验方法,以期为类似工程提供参考,降低工程失败概率。
        舟山市海港工程有限公司  浙江舟山  316021
        摘要:水泥搅拌桩技术作为处理软弱土层地基的一种有效措施,在软弱地基治理方面的应用非常广泛。然而由于水泥搅拌桩施工技术的复杂性,其成桩质量不容易控制,成桩质量在很大程度上取决于其施工技术的精准度和施工工艺的合理性。本文依托某航道改造项目中的软黏土地基治理工程,系统性地介绍了水泥搅拌桩加固软弱地基的施工工艺、施工关键技术、成桩质量检验方法,以期为类似工程提供参考,降低工程失败概率。
        关键词:水泥搅拌桩,软弱地基,施工技术研究,地基处理
        1、工程背景
        本文所依托工程为某航道改造工程,主要工程内容为护岸工程、土方疏浚等的施工及缺陷责任期缺陷修复。新建护岸共计7573.99m,护岸类型主要有灌注桩护岸和衡重式新建C型护岸,并配以碎石垫层、水泥搅拌排桩、灌注桩及长板桩等不同的地基处理类型。航道浅部自上而下5.00m以内的地层类型为:①2层粉质黏土和12层粉质黏土夹粉土,②1层淤泥质粉质黏土、11层粉质黏土夹粉土和21层粉土,③1层粉质黏土、11层粉质黏土和21层粉土等。由以上地质条件可以看出沿线主要为粉质黏土,对航道稳定影响较大的是②中的高灵敏度、高含水量和高压缩性的1层淤泥质粉质黏土,该土层对岸坡的抗滑、抗冲和抗震稳定均存在不利影响,容易发生滑移、坍塌等工程地质问题,必须采取有效的加固措施对该软弱地基进行治理。
        2、施工方案选择
        2.1软弱地基治理方案比选
        对软弱地基的处理,一般工程中经常使用的技术,例如:强夯法、换填法、排水法以及水泥搅拌桩法与桩基础法等等[1] 每一类软弱地基处理方法都不一定实用性与缺点,但是为了有利经济基础上,对软土地基加以处理,对五个方面进行分析与比较,从中知道优点与缺点。
        ①强夯法:主要是对地基上施加巨大的夯击能,把碎石与石块夯穿软土层,在使与软土混合在一起形成桩基与桥墩来共同体,加固软基的工艺。另外工期短、施工简便,耗石料价格成本低,尤为适合在对地基沉降要求高的情况下,承载力刚需大,下沉有坚硬土层的中厚软土层场地,施工中有振动,对周边环境噪音影响及污染。
        ②换填法:又名换土垫层法,是一种直接置换地基持力层的软弱地基加固方法,是一种高效经济的浅层地基处理方法,可用于基坑、基槽、管道或道路基底地基处理。它是将基底下一定深度的软弱土层挖除并分层回填砂、碎石、矿渣等强度较大的材料以达到加固软基的方法,缺点是处理软土层深度一般不大于3m,处理地层深度较为有限。
        ③排水法:根据地基中设置沙井上排水设施中,使土质中的孔隙水排水,从而达到加速土质固结以及减少地基沉降的目的,因此改良软弱地基的工艺,故名称为排水固结法,普遍适用于软土层偏厚,或软土层中有薄层的粉细砂夹层的地基处理。
        ④深层搅拌法:是使用专制的搅拌机械,使水泥、石灰等固化剂与软土搅拌硬结成水泥土桩体或连成地下桩排共同承担地面荷载的软弱地基加固方法,适用于码头岸壁、原料堆场和高级公路地基加固等,优点是无振动,对环境污染小,造价低廉。
        ⑤桩基础法:是通过在软弱土层中打入的桩体,将上部荷载传递给埋深较大、强度较高的持力层中,常用于高水位的软弱地基加固处理,缺点是造价较高。
        综合上述各类治理方案的优缺点,从环境和工程经济方面考虑,工程采用了直径700mm的双头水泥搅拌两排、三排和五排桩对该软弱地基进行加固。水泥搅拌桩是通过深层机械搅拌,在地基深处将软土与水泥浆拌合,以形成抗压强度比天然土强度高,并具有整体性、稳定性的水泥加固土桩柱体,共同承担上部荷载[2]。该方法造价低廉、施工工期短、对周围环境影响小,是非常绿色经济的软弱地基加固方法。
        图1 航道改造工程水泥搅拌桩施工工艺流程图
        2.2施工准备
        2.2.1设计控制标准
        依据工程试验结果,水泥搅拌桩原设计桩径为700mm,桩身长度依据软土层深度确认,室内试验中,搅拌桩固化剂采取42.5级别硅酸盐普通水泥,摄取为15%。
        2.2.2室内配合比和试桩
        在确保工程成桩质量上,水泥搅拌桩在对施工前,逐步对室内配合比试验以及室外试桩试验,确保搅拌桩水灰比与单桩承载力。在室内,根据设计强度和土体的物理力学指标确定水泥掺入量和水灰比,根据现场采集的土样进行不同配合比试验,最终确定拌和物水泥掺入量。在试验点现场,按照试验确定的水泥参量和水灰比进行工艺性试验,数量不小于3根,确定施工工艺和水灰比,喷浆速度、次数和时间等技术参数。
        2.2.3 施工准备与放样
        为保证水泥搅拌桩的成功施工和准确定位,在施工前应做好准备和测量放样工作[4]。水泥搅拌桩施工前的准备工作主要有场地平整,机械设备安装与调试,供水供电,组织材料进场等,施工放样与控制是根据设计图纸按照设计桩位用特定的测量仪器确定桩位和标高。
        3、施工方法和施工工艺
        水泥搅拌桩的施工方法和工艺是否正确合理是成桩质量好坏的关键,现在比较成熟的水泥搅拌桩的施工工艺为:平整场地→进行桩位放样→钻机就位和调整→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→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。如图1航道改造工程水泥搅拌桩施工工艺流程图示意。
        主要的步骤有:(1)桩机就位:将桩机移到指定桩位,并检查钻杆长度和钻头直径,连接好输浆管路。(2)拌制固化剂浆液:根据掺入比及水灰比拌制固化剂浆液,在深层搅拌机搅拌下沉的过程中,将其搅拌均匀在压浆前倒入集料斗中。(3)喷搅下沉:桩机钻杆垂直下沉至设计深度,下沉速度不得大于每分钟1米。(4)搅拌提升:桩机到达设计深度后在桩端搅拌喷浆30s后开始匀速提升,提升时要保持送浆连续,在输浆管冲水下沉的部位加强搅拌喷浆。(5)重复搅拌下沉:重复前次作业。(6)移位:桩机移至下一桩位并重复上述步骤。
        4、施工关键技术控制
        为了施工工程质量达到一定稳定性,在水泥搅拌桩成功施工与成桩时,需要进行关键技术进行严格操作,质量也必须安全、稳定:(1)应在开钻前检验管道中是否堵塞,若有堵塞需清除障碍物,并用水清洗管道;(2)对成桩直径、和水泥浆搅拌的均匀程度、以及使用的钻头的磨损量要定期进行检查,检查结果满足相关规范要求;(3)控制桩身垂直度,可根据导向架的吊锤偏移测定搅拌轴垂直度,来间接测定桩身垂直度,桩身偏差不能超过1.0%;(4)在工程进行是要严格检查压浆过程是否出现断浆情况,喷浆搅拌提出时间和复搅拌数量是否满足规范要求,如出现不足时要再施工。(5)不能中断喷浆、开钻时应该连续作业,严格操作停浆时间与喷浆规定时间;(6)控制浆液。水泥浆液搅拌应当均匀,制备好的浆液不得离析,且停置时间不得超过2个小时。
        5、质量检查
        水泥搅拌桩因其技术复杂性,经常会出现桩长不够,桩身断裂或缩颈等问题。水泥搅拌桩在施工完成后,还需进行质量检查工作,对不合规范的桩要及时进行拆除或返工。水泥搅拌桩在施工完成后需要进行单桩承载力检验、桩身完整性和均匀性检验,其质量检验应符合《水运工程质量检电预防措施;为了避免遭受雷击或者出现漏电伤人事故,应通过串联的方式实现大模板同避雷网之间的有效连接;此外,大模板垂直存放时,堆存地应满足自稳角要求。
        3.2检查设施安全性
        第一,对模板吊环及用于吊装的卡具、绳索的可靠性、安全性及完整性进行详细检查。第二,模板吊装作业的开展应充分考虑风力这一因素:5级风力时,可从地面上吊装1层至2层楼体施工所需的模板;5级以上风力时,模板吊装作业必须停止,否则会带来安全隐患。[5]第三,大模板吊运作业必须听从专业人员的指挥,而且指挥信号必须有统一的标准;开展模板吊运作业时,现场指挥、挂钩等相关人员必须同作业现场保持一定的安全距离。第四,施工现场决不允许单纯的人力对大模板进行搬运。第五,在模板拆除作业得以开展的前提中,其中一个条件是必须毫无遗漏的拆除全部的连接件及穿墙螺栓,而且只有在模板完全脱离墙体的情况下,才可以起吊。
        4总结
        总而言之,我国建筑业的快速发展离不开科学先进的施工技术。大模板技术具有实用性强、抗震性能好、工程质量优、施工速度快、工程成本低、工艺简单及结构整体性强等优点,因而将大模板技术应用于高层建筑施工,可以使高层建筑施工进度及工程质量得到可靠有效的保障,从而增加社会及经济效益,促进我国建筑行业的可持续发展,相信在不久的将来,大模板技术会在高层建筑施工领域得到更加广泛的推广和应用.
参考文献:
[1]藏亮.大模板技术在高层建筑施工中的应用与分析[J].城市建设理论研究(电子版),2012,05期:87-91.
[2]杨平.试论大模板技术在高层建筑中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2015,06期:134-135.
[3]孙秀丽.大模板技术在高层建筑施工中的应用[J].房地产导刊,2015,13期:97-102.
[4]王玉柱.大模板技术在高层建筑施工中的应用分析[J].中国建材科技,2013,04期:134-135.
[5]林再成.刍议大模板技术在高层建筑施工中的应用实践[J].中国科技纵横,2015,11期:97-102.
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