水泥土搅拌桩复合地基设计与施工 任鑫

发表时间:2019/11/11   来源:《基层建设》2019年第23期   作者:任鑫 董凯
[导读] 摘要:水泥土搅拌桩复合地基是国内常用的软土地基处理方法。
        中国建筑第八工程局有限公司华北分公司  天津  300000
        摘要:水泥土搅拌桩复合地基是国内常用的软土地基处理方法。文章以实际工程为例,分析了水泥土搅拌桩承载力计算方法,并阐述了水泥土搅拌桩的施工工艺及质量控制要点,为类似工程的实施提供了可参考的依据和宝贵的经验。
        关键词:水泥土搅拌桩;复合地基;承载力;施工
        1 引言
        水泥搅拌桩的实质是指利用水泥、石灰共同制作而成的一种固化桩基,具有较强的固化作用。水泥搅拌桩复合地基,是以水泥作为固化剂的主要材料,通过深层搅拌机械,将固化剂和地基土强制搅拌行程竖向增强体的复合地基。
        复合地基作为一种比较成熟的地基处理形式,在工程实践上已经积累了相当的经验。常见的复合地基有水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、CFG桩复合地基等。
        水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂,利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌,使土体与水泥发生一系列反应,从而使软土硬结而提高地基强度。在国内,水泥土搅拌桩的加固深度一般在15m左右[1],搅拌桩过长可能会因施工质量不佳而达不到理想的处理效果。
        水泥土搅拌桩桩体与天然地基共同组成承载力较高、压缩性较低的复合地基,同时土中高应力区增大,从而提高了地基的承载力。水泥土搅拌桩复合地基较其它软土地基处理方法,设备简单,施工方便,噪音小,工期短,材料仅需要水泥,对软土厚度大、含水量高、孔隙比大的地基有较好的加固效果。根据经验其成本约为CFG桩的1/2~1/3。
        2 工程概况
        某工地提梁区建设需安装大型跨墩龙门,龙门吊基础采用扩大条形基础,由于原土质较松软,需进行处理后方能达到使用要求。
        根据施工图设计,最大提梁(T梁)重量198T,龙门吊自重180T。为满足施工要求,提梁区跨墩龙门基础采用水泥土搅拌桩复合地基处理。
        3 水泥土搅拌桩设计
        施工荷载T梁Gmax=198t;跨墩龙门吊G1=180t,每个支腿4个轮,大车轮距1.5m,扩大基础宽度为3m,扩大基础截面积2㎡。基础受力范围简化为每个支腿下部6m×3m区域,地基处理采用直径50cm的水泥土搅拌桩。
        水泥土搅拌桩桩长7.5m,搅拌桩端部进入粉土层不小于0.5m,桩端长度满足3倍桩径为同一地层,置换率为15.75%,等边三角形布置桩间距120cm,处理后复合地基承载力为110KPa,满足93.5KPa的要求。
        4 水泥土搅拌桩施工工艺及设备参数
        (1)施工工艺流程:桩位放样→钻机就位、对中→检验、调整钻机→搅拌下沉至设计深度→喷浆同时搅拌提升至离地面30cm→停止喷浆,二次搅拌下沉至设计深度→二次喷浆同时搅拌提升至离地面30cm→关闭电源,完成单桩施工→成桩结束→施工下一根桩。
        (2)施工工艺
        1)施工准备
        搅拌桩施工场地事先应整平,必须清除地面以下的一切障碍物,低洼地段应先排水清淤,必要时进行换填处理。施工现场提前配备各种计量仪器设备,做好计量装置的标定工作。
        2)桩位放样
        施工前,根据设计要求,准确的进行桩位放样。根据图纸在施工现场用钢尺定出每根水泥土搅拌桩的桩位,并用竹签插入土层做好标记,每根桩的桩位误差不得大于5cm。同时做好复测工作,在以后的施工中经常检查桩位标记是否被移动,确保水泥土搅拌桩桩位的准确性。
        3)钻机就位、对中
        桩机使用其自身的步履行走系统移动,到达施工地点后先安装调试,待转速、空压正常后,用塔架提吊搅拌桩机就位,对中。当地面起伏不平时,采用整塔架丝杆或平台基座,使搅拌轴保持垂直。
        4)调整钻机
        采用经纬仪或吊线锤双向控制导向架垂直度,确保搅拌桩的垂直度偏差不得大于1%。
        5)搅拌下沉至设计深度
        启动深层搅拌桩机转盘,待搅拌头转速正常后,方可使钻杆沿导向架边下沉边搅拌,通过档位调控下沉速度,不可超过1.0m/min,工作电流不可超过额定值
        6)制备水泥浆
        搅拌头搅拌下沉同时,后台拌制水泥浆液,待压浆前将浆液放入集料斗中。浆液配合比按照表2-1依次配比,提前计算每种配合比的水泥用量,避免资源浪费。水泥应抽检,加水应经过核准的定量容器。水泥浆拌制时间须达到4分钟,以保证搅拌均匀和水泥的活化。
        7)喷浆搅拌同时提升
        下沉到达设计深度后,开启灰浆泵,通过管路送浆至搅拌头出浆口,出浆后启动搅拌桩机,拉紧链条装置,按设计确定的速度边喷浆搅拌边提升钻杆,控制在0.4-0.7m/min之间,使浆液和土体充分拌和。


        8)二次搅拌下沉
        搅拌钻头提升至离地面30cm时,关闭灰浆泵,重复搅拌下沉至设计深度,下沉速度不可超过1.0m/min。
        9)二次喷浆搅拌提升
        二次下沉至设计深度后,开启灰浆泵,喷浆同时搅拌提升至离地面30cm处,搅拌数秒以保证桩头均匀密实。关闭电源,完成单桩施工。
        10)清洗移位
        成桩完毕后,清理搅拌叶片上包裹的土块及喷浆口,桩机移至另一桩位施工,重复进行上述步骤的施工。若因故停机超过3小时,为防止浆液硬结堵管,应先拆卸输浆管路,清洗后备用。将地面以下未喷水泥的30cm用水泥土回填捣实。
        (2)施工控制措施
        ①搅拌机械运至工地后,先安装调试,待转速、空压正常后,再开始就位。
        ②将搅拌头对准设计桩位,启动电机,待搅拌头转速正常后,边旋转切土边下沉,后搅拌提升至地面下30cm止。
        ③从桩底向上喷浆,同时搅拌提升,直至离地面30cm,再重新搅拌至桩底,最后搅拌提升至地面下30cm止。
        ④关闭电源,移动设备,重复以上步骤。
        ⑤将地面下未喷水泥的30cm,用水泥土回填,并捣实。
        设备参数
        ①钻进速度:V<1.0m/min。
        ②提升速度:0.4~0.7m/min。
        ③平均提升速度:喷浆时0.4~0.7m/min,复搅时0.8m/min。
        ④搅拌转数r=30~50转/min。
        ⑤钻进、复搅、提升时管道压力0.1~0.2MPa。
        ⑥喷浆时管道压力0.25~0.40MPa。
        5 质量控制
        控制水泥土搅拌桩施工质量的主要指标为:水泥用量、提升速度、喷浆均匀性和连续性以及施工机械性能。施工时应控制好以下几点:
        ①水泥浆液应严格按预定的配比拌制。制备好的浆液不得离析、不得停置过长,超过2h的浆液应降低标号使用;浆液倒入集料时应加筛过滤,以免浆内结块,损坏泵体。
        ②泵送浆液前,管路应保持潮湿,以利输浆。现场拌制浆液,应有专人记录固化剂、外掺剂用量,并记录泵送浆开始、结束时间。
        ③根据成桩试验确定的技术参数进行施工。操作人员应记录每米下沉时间、提升时间,记录送浆时间、停浆时间等有关参数的变化。
        ④供浆必须连续,拌和必须均匀。一旦因故停浆,为防止断桩和缺浆,应使浆喷搅拌机下沉至停浆面以下0.5m,待恢复供浆后再喷浆提升。如因故停机超过3小时,为防止浆液硬结堵管,应先拆卸输浆管路,清洗后备用,此根未完成桩应采取补喷措施或重新打设。
        ⑤搅拌机提升至地面以下2m时宜用慢速;当喷浆口即将出地面时,应停止提升,搅拌数秒以保证桩头均匀密实。
        ⑥浆喷水泥土搅拌桩施工中若发现喷浆量不足,应进行整桩复打,复打的喷浆量仍应不小于设计用量。
        6 复合地基
        搅拌桩施工完成后铺设10cm厚C15混凝土垫层,以满足荷载传递及技术要求。垫层施做完成后根据设计要求浇筑C30混凝土条形扩大基础。经验收使用,水泥土搅拌桩复合地基能够满足现场的施工要求。
        7 结语
        在施工过程中,经常会遇到软土地基的情况,从安全性和经济可行性方面考虑,一定要保证软土地基的处理效果,水泥土搅拌桩作为最常用的施工方法,具有施工便捷、价格低廉、绿色环保等优点,在工程中可以继续改进施工工艺和质量控制方法,继续提高并发挥其在软土地基处理中的重要作用。
        参考文献:
        [1]何开胜.水泥土搅拌桩的施工质量问题和解决方法[J].岩土力学,2002,23(6):778-781.
        [2]JGJ79-2012建筑地基处理技术规范[S].
        [3]李琦.水泥搅拌桩施工的质量控制要点[J].铁道建筑,2013,(10):72-74.
        [4]胥陈浩.水泥土搅拌桩复合地基在土木工程施工中的实践[J].赤峰学院学报,2017,33(12):69-70.
        [5]李翔军.水泥搅拌桩复合地基技术研究与工程实践[D].天津大学.2003.
        [6]王肇森.水泥搅拌桩复合地基设计计算[J].天津建设科技,2003,(6):24.
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