2023年水泥深层搅拌桩复合地基的设计与实践.doc

水泥深层搅拌桩复合地基的设计与实践 【摘　要】介绍了水泥深层搅拌桩的根本知识，从设计条件、承载力计算、粉喷桩布置等方面探讨了水泥搅拌桩复合地基设计流程，提出了粉喷桩施工质量控制和质量检验要点。最后以红星排水站出水涵加固为实例，详细阐述了水泥深层搅拌桩复合地基的设计与质量检验, 对水泥深层搅拌桩复合地基的设计和工程实践具有重要的参考价值。 【关键词】软弱地基；搅拌桩；水泥掺入比；静载试验 design and practice of cement deep mixing composite foundation 【abstract】basic knowledge of the cement deep mixing pile is introduced. the design procedures of cement deep mixing composite foundation are proposed form the design conditions, calculation of bearing capacity, powder spraying pile layout, etc. also, the keys of construction quality and testing are put forward. lastly, this paper takes water culvert reinforcement of hongxing drainage station as a sample, and elaborates design and quality testing of the cement deep mixing composite foundation. this work has an important reference value for design and construction of cement deep mixing composite foundation. 【key words】soft foundation; mixing pile; cement ratio; static load test 0　引言 水泥深层搅拌桩是利用搅拌机把送入地层深部的水泥就地进行搅拌，使水泥与地层中的软土拌和均匀，让水泥与软土发生一系列物理化学反响，硬化成水泥土桩体的一种施工方法。水泥深层搅拌桩依水泥是否先加水拌成浆液再喷入地层搅拌，还是直接将干粉喷入地层并搅拌，区分为“湿法〞与“干法〞两种[1]。湿法搅拌比拟均匀，易于复搅，但水泥土硬化时间长，特别是地层中软土含水量过高时，桩间土多余的孔隙水影响水泥土强度增长；干法正好相反，搅拌不太均匀，很难全程复搅，但水泥土硬化时间较短，桩间土的含水量在一定程度上也能够减少，从而使桩间土的强度在一定范围内得以提高。 水泥搅拌桩适用于江河堤防的防渗，堤岸边坡加固，基坑开挖支护，水利、港口、高速公路等根底加固。就处理对象来说，它适用于砂性土、粘性土、粉土、淤泥、淤泥质土，松散至稍密无大块硬质建筑垃圾的杂填土和素填土。一般不适用于生活垃圾和化纤等工业废料杂填土，以及含大量树根、块石的土层。 1　水泥搅拌桩复合地基设计 1.1　设计条件 水泥搅拌桩设计应全面收集以下资料： １．１．１　处理区域内详尽的岩土工程资料。尤其是填土层的厚度和组成，软土层的分布范围、分层情况，地下水位及ｐh值，士的含水量、塑性指数和有机质含量等； １．１．２　建筑场地有无影响搅拌桩机械施工障碍物。地下有无各类管网，生活垃圾、工业化纤和硬质块体建筑垃圾，地上有无高压电线。如果影响大，又难以解决，有可能会导致地基处理方案变更。 １．１．３　应针对现场拟处理的最薄弱层软土做配合比试验，确定适宜的固化剂、外掺剂及其掺量，为设计提供各种龄期、各种配比的强度参数。对竖向承载的水泥土强度宜取90 d龄期试块的立方体抗压强度平均值；对承受水平荷载的水泥土强度宜取28d龄期试块的立方体抗压强度平均值。 1.2　承载力计算 水泥土搅拌桩竖向复合地基承载力及单桩竖向承载力特征值，应通过现场荷试验确定。初步设计时，复合地基承载力和单桩竖向承载力按文献[2]计算，确定搅拌桩的复合地基承载力、桩的直径、置换率和长度。 1.3　粉喷桩布置 竖向承载搅拌桩的平面布置可根据上部结构特点及对地基承载力和变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状或块状等加固型式。柱状加固一般在根底平面范围外布置一排维护桩，可采用正方形、梅花形等布桩型式。 竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧以下。 1.4　桩顶调整层 竖向承载搅拌桩复合地基应在根底和桩之间设置褥垫层褥垫层厚度可取其材料可选用中砂粗砂级配砂石等。 2　粉喷桩施工质量控制要点 ２．１　粉喷桩应在设计桩顶以上不小于1.5m基坑面开始施工，如地面高程缺乏，应回填中、重粉质壤土，保证施工机械安装平稳、牢固，施工面平整。 ２．２　粉喷桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，根据试桩质量确定工程桩施工工艺参数，试桩数量不少于2根。 ２．３　水泥土搅拌桩施工步骤由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异。其主要步骤为：搅拌机就位、调平，预搅下沉至设计深度，边喷浆〔粉〕、边搅拌提升至预定的停浆面，重复搅拌下沉至设计深度，喷浆〔粉〕搅拌提升至预定停灰面，空钻提出地面，关闭搅拌机。 ２．４　粉喷桩施工时实际施工桩顶高程需高出设计桩顶500mm以上，在基坑开挖时将设计桩顶以上局部人工凿除，严禁采用挖掘机等机械凿除，以免破坏桩身。 ２．５　水泥土搅拌法干法喷粉施工机械必须配置经国家计量部门检定合格、具有能瞬时检测并记录出粉量的粉体计量装置及搅拌深度记录仪。 ２．６　控制好喷粉〔浆〕时钻头的下沉、提升速度，第一次喷粉应控制在0.5～0.7m/min，第二次喷粉应控制在0.6～0.8m/min，匀速提升防止因喷粉不均匀形成软弱夹层。 ２．７　土样含水量：当水泥掺入量相同时，桩身强度随土样含水量增大而降低，施工时应测定土样含水量。湿法根据实际含水量调整水灰比，现场应配备水泥浆比重测定仪控制浆体稠度。干法在地基土天然含水量小于30%土层中成桩时，应采用地面注水搅拌工艺。 ２．８　桩长、桩位、桩径的控制。桩长的控制不仅要看表通过钻速和时间计算，还要在钻进时在搭架上在设计桩长深度位置划上明显的标记，同时根据钻机负载电流突变和转速变化，判断是否穿透软土层进入持力层[3]。桩位测量放样后应在桩位钉小桩，并保护好不被破坏，桩机就位时桩位偏差应<5㎝。垂直度是桩位控制的关键，施工中应经常用锤球检查桩机垂直度，垂直度偏差应<1%。桩径控制要求不小于设计直径，施工中应经常检查钻头直径，发现磨损超过标准要求应及时补焊。 3　质量检验 水泥土搅拌桩的质量控制应贯穿在施工全过程，并应坚持全程旁站监理。施工过程中必须随时检查施工参数和计量记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定。重点检查水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅遍数和复搅深度等。成桩后应检验桩体均匀性、完整性和承载力。 ３．１　粉喷桩桩体均匀性检验。根据建筑地基处理技术标准，搅拌桩应在成桩后3天以内用轻便动力触探器进行质量检验，检验桩的数量为施工总桩数的1％，且不少于3根。 ３．２　粉喷桩应在成桩7d后，及时检查桩身的完整性。抽样检测数量为成桩的5％，检测方法为：浅部开挖桩头(含超喷局部)，其深度为500mm，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径，对桩身强度持有疑心的桩体，钻取桩身芯样，测其强度。 ３．３　成桩28d后，按总桩数的0.2%且不少于3根，检测单桩及复合地基承载力是否满足设计要求。 4　红星排水站出水涵加固实例 4.1　工程概况 红星排水站位于繁昌县峨溪河右堤上，站址区原为老河道，峨溪河大堤修建后人工填筑，该地段堤顶高程11.6m，堤顶宽度为5.0m。临水高程5.0～6.0m，背水侧地面高程5.00～7.5m。根据钻探资料所揭示的地层，建筑物底板以下地层分布如下： ４．１．１　层淤泥质粉质壤土：呈灰褐色、灰黄色等，湿，流塑～软塑状态。层底高程-3.6～-4.1m，层厚9.4～10.0m。静探比贯入阻力ps值0.4～0.80mpa，平均为0.5mpa，实测标贯击数n为2～4击/30cm，平均为3.2击/30cm。 ４．１．２　层粉质粘土～重粉质壤土：呈灰黄～褐黄色，湿，可塑～硬塑，含少量铁锰矿物及少量高岭土。该层未钻穿，最大揭露厚度5m。 4.2　设计参数与施工工艺 ４．２．１　粉喷桩数量。泵站出水箱涵断面尺寸2m×2.5m，设计面积置换率19.6%，采用正方形布置，桩径50cm，桩距100cm，在箱涵底面以外布置一排维护桩，共布置250根桩，具体布置参见图1。 ４．２．２　粉喷桩深度。桩长穿过③层淤泥质粉质壤土层，进入下部④层粉质粘土～重粉质壤土层1米，桩长在9.5～10米之间，桩顶高程4.9m，桩顶停灰面高程5.1m。 图1　出水箱涵粉喷桩布置图 ４．２．３　材料。水泥采用po42.5，干法，掺入比为15%，复合地基承载力130kpa。 ４．２．４　施工工艺。工程桩施工前对现场进行了粉喷桩干法工艺试验，共打2根试桩，拟定施工工艺参数为：采用干法，水泥掺入比为15%〔56kg/m〕，全程复喷、复搅工艺，钻进速度0.6～1.0m/min，第一次喷粉提升速度0.5～0.7m/min，复喷、复搅速度0.6～0.8 m/min。 4.3　质量检验 搅拌桩的成桩质量检验方法常用的有：反射波法、静载试验、钻芯检验、轻便触探、标准入试验、挖验等。红星排水站出水涵水泥搅拌桩加固地基检测采用：轻便触探、挖验和静载试验三种方法，分阶段检测桩体均匀性、完整性和复合地基承载力，检测结果如下： ４．３．１　桩体均匀性检测。成桩3d内，选择3根桩，用轻型动力触探(ｎ10)检查桩身的均匀性，成桩后的触探检测结果见表1，显示3天内的n10击数均大于对应天然地基土的n10击数的一倍以上，满足设计要求。 ４．３．２　成桩开挖检查。成桩7天后采用浅部开挖桩头，检查成桩效果。选择12根桩，经检查，桩的外径为50cm，和搅拌机头部的叶片直径相当，桩体均匀、无断层现象，整体性、密实性较好。强度方面，用铁锹铲比拟困难，初步判断强度较高。 ４．３．３　复合地基承载力试验。成桩28天后，选取3根桩检测复合地基承载力，3根桩的复合地基承载力检测结果如下：54#静试点：单桩复合地基加荷至270kn时，抗压稳定，未到达极限荷载，最大沉降量15.79mm，最大回弹量为11.98mm，剩余沉降量3.81mm；106#试验桩：单桩复合地基加荷至270kn时，抗压稳定，未到达极限荷载，最大沉降量18.50mm，最大回弹量14.69mm，剩余沉降量3.81mm；174#静试点：单桩复合地基加荷至270kn时，抗压稳定，未到达极限荷载，最大沉降量26.97mm，最大回弹量为21.71mm，剩余沉降量5.26mm。3根桩复合地基承载力均大于130kpa，满足设计要求。成桩后的静载试验p-s曲线见附图3。 〔ａ〕106# 〔ｂ〕54# 〔ｃ〕174# 图 3　单桩复合地基静载p-s曲线图 5　结语 通过近几年来几项水泥搅拌桩加固地基的实践，初步得出以下结论： 水泥深层搅拌桩具有施工操作简单，施工中噪声小，无振动、无污染，施工速度快、造价低等优点；繁昌县河漫滩土层含水量一般在40～50%，其岩性多为粉土、淤泥质粉质壤土，地下水无侵蚀性，适合采用水泥深层搅拌桩加固地基；水泥搅拌桩主要承受竖向荷载，对桩身连续、均匀要求极高，桩的实际承载