2023年天津外环线调线工程软土地基水泥搅拌桩加固施工技术.doc

目 录 摘 要 I 第1章 前 言 1 1.1 工程概况 1 1.2 工程地质、水文概况 1 1.3 水泥深层搅拌桩技术的特点 1 第2章 软土地基处理和水泥搅拌桩原理 2 2.1 软土地基处理技术 2 2.2 水泥搅拌桩原理和作用 2 第3章 试桩 4 第4章 施工准备 5 第5章 施工工艺及施工控制 6 5.1 施工工艺流程 6 5.2 设计参数要求 6 5.3 施工工艺 6 第6章 质量保证措施 8 6.1 质量控制措施 8 6.2 质量控制要点 9 6.3 质量检验措施 10 6.4 施工质量管理措施 10 6.5 冬季施工保证措施 11 6.6 质量保证措施 11 第7章 质量检测 13 7.1 质量检测方法 13 第8章 安全及环保要求 14 8.1 安全要求 14 8.2 文明生产及环保要求 15 参考文献 16 摘 要 水泥搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式。本文结合本人这几年工作的经验以及所见、所闻介绍了水泥搅拌桩施工中试桩、施工准备、施工工艺流程、设计参数及要求、施工控制、质量检验等控制环节。其是采用水泥等材料作为固化剂,通过深层搅拌机械对淤泥、淤泥质土、粘土、亚粘土等进行深层搅拌,提高地基土承载力。 关键字：软基处理 水泥搅拌桩 施工控制 15 第1章 前 言 水泥搅拌桩多用于软土层的地基加固处理工程中，其根本原理是基于水泥加固土的物理化学反响过程，可通过专用机械设备将水泥喷入处理的软土地基内，并在喷注过程中上下搅拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反响，生成水泥水化物并形成凝胶体，将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体，这就是水泥骨架作用，同时，水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒外表的钠离子进行离子交换作用，生成稳定的钙离子，从而进一步提高土体的强度，到达提高地基承载力的目的。用水泥搅拌桩处理软弱地基效果显著，处理后可很快投入使用。 1.1工程概况 本文涉及的水泥搅拌桩位于第五标段WK11+250.260—WK11+489.525，软基处理平均长度239m，宽度47.2m，水泥搅拌桩5098根，总长40784m，桩径0.5m，桩横向桩距为1.6m，纵向桩距为1.39m，成等边三角形布置。 1.2工程地质、水文概况 本文涉及水泥搅拌桩为鱼塘处理，桩位岩层主要为素填土、粉质粘土、粉土、粉砂土等。 1.3水泥深层搅拌桩技术的特点 1.适用范围广。水泥深层搅拌桩技术适用于淤泥、淤泥质土、粉质粘土、粉土等软土地基，目前在粉砂土地基中最大施工深度达19米。 2.处理可靠，渗透系数小。采用双排梅花型的布置形式，处理更加可靠，水泥土28天龄期的抗渗系数小于ax10-7cm/s。 3.施工机具简单。所用的施工机具比拟简单，目前市场上有生产。 4.充分利用软土。由于利用深层搅拌机就地将土体和水泥固化剂强制进行搅拌，充分的利用软土，防止了大量挖掘和弃土。 5.对周围环境无污染。在加固过程中对周围土体无扰动，施工时无振动、无噪间，对周围环境无污染。 第2章 软土地基处理和水泥搅拌桩原理 2.1软土地基处理技术 软土地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、固结和加筋等方法对地基进行加固，从而提高地基的抗剪切强度、降低地基的压缩性、改善地基的透水性和地基的动力特性以及改善特殊土的不良地基特性等。 目前高速公路软土地基的处理方法有：置换法、排水固结法、固化法、振密挤密法、加筋法等，其中置换法是用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中局部或全部软弱土体，以形成双层或复合地基；排水固结法是指土体在一定何在作用下排水固结，空隙较小、抗剪切强度提高；灌入固化法是向土体中灌入水泥、石灰、或其它化学固化浆材，在地基中形成增强体；振密挤密法是采用振动或挤密的方法使土体密实；加筋法是在地基中设置强度高、模量大的筋材。无论何种地基处理方法，其目的都是提高地基承载力，减少工后沉降。 各种软基处理方法有着各自的特点及适用条件，大量的工程实践说明，对于工期较紧的工程，利用水泥土搅拌法处理软土取得过良好的效果，但处理费用相对较高。而对于一些工期不紧的工程建设中，排水固结法也是常用的软土地基处理方法，因为它的处理费用相对要比水泥土搅拌桩低得多。现在工程一般均是工期很紧，特别是高速公路的建设，因此水泥土搅拌桩在高速公路软土地基处理中使用量较大。 2.2水泥搅拌桩原理和作用 水泥搅拌桩，也称旋喷水泥搅拌桩，适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。分为干法和湿法〔在此只讲湿法〕。湿法以水泥浆为搅入料，搅拌均匀，易于复搅，只是水泥土硬化时间较长。湿法搅拌必须采用双向搅拌桩。水泥搅拌桩是软基处理的一种有效形式，是利用水泥作为固化剂的主剂，搅拌桩基将水泥浆喷入土体兵充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反响，使软土固结而显著提高根底强度，从而提高软土地基承载力，到达提高加载速率的作用。 固化剂水泥主要由硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)、铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)等矿物质组成。这4种矿物成分的主要特征如下： 硅酸三钙(3CaO·SiO2)的水化速度较快，水化热较大，且主要在早期放出。强度较高，能不断得到增长，是决定水泥标号上下的最主要矿物。 硅酸二钙(2CaO·SiO2)的水化速度最慢，水化热最小，且主要在后期放出。早期强度不高，但后期增长率较高，是保证水泥后期强度增长的主要矿物。 铝酸三钙(3CaO·Al2O3)的水化速度极快，水化热最大，且主要在早期放出，硬化时体积减缩也最大。早期强度增长率很快，但强度不高，后期几乎不增长。 铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)的水化速度也较快，仅次于铝酸三钙。水化热中等，强度较低。 固化剂水泥和软土中的水发生强烈的水解和水化反响，反响原理如下： 2(3CaO·SiO2)+6H2O-3CaO·2SiO2·3H20+3Ca(OH)2 2(3CaO·SiO2)+4H2O-3CaO·2SiO2·3H20+Ca(OH)2 3CaO·Al2O3+6H2O-3CaO·Al2O3·6H2O 4CaO·Al2O3·Fe2O3+2Ca(OH)2+10H2O-3CaO·Al2O3·6H2O+3CaO·Fe2O3·6H2O 水泥经水化作用后，生成新的化合物为：氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水花铁酸钙等水化物，有的自身继续硬化形成水泥骨架，有的那么因与活性的土进行离子交换和团粒反响、硬凝反响和碳酸化作用等，通过机械搅拌，将土颗粒粘结在一起，使土颗粒固结、结团、形成网状的结构，从而改善土的物理力学性质、到达加固软土地基的效果。 第3章 试 桩 1.深层搅拌水泥桩适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定其适用性。冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。 2.深层搅拌桩施工是藉搅拌头将水泥浆和软土强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也超高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最正确的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。 3.每个标段的试桩不少于5根，且必须待试桩成功前方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检验可采取7天后直接开挖取出，或至少14天后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。 第4章 施工准备 1.确定水泥掺入量为60kg/m，水灰比选用0.6，钻进、提升时管道工作压力0.1-0.2Mpa，喷浆时管道工作压力0.4-0.6Mpa，钻进速度≤1.0m/min，提升速度≤0.5m/min。 2.平整场地：去除施工场地上的障碍物及杂物〔包括树根、草皮、垃圾等〕将原地面整平，一般整平后地表高程须高出桩顶50cm左右，以便施工，如达不到此要求，可采用回填粘土，填至桩顶50cm左右。 3.水泥搅拌桩应采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。 4.按照设计图表的要求进行施工放线、确定桩位，打入竹钎并作出明显的标志。 5.机具运至现场后进行安装调试。 第5章 施工工艺及施工控制 4.1施工程序与工艺流程 4.1.1施工程序 桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→翻开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.5m→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。 4.2设计参数要求 4.2.1 水泥掺入量 水泥掺入量一般不得低于60kg/m。 4.2.2 室内配合比设计 水泥搅拌桩桩芯28d无侧限抗压强度 桩身上部〔桩顶-2/3L〕 桩身下部〔2/3L-桩尖〕 ≥0.8Mpa ≥0.6Mpa 4.2.3 现场质量检测 28d取芯强度：R28≥0.8MPa， 　　90d取芯强度：R90≥1.2MPa， 　　单桩承载力>110KPa， 　　复合地基承载力>120KPa 4.3施工工艺 1.施工期间，施工单位必须按规定要求，设专人负责施工记录，并随时和标定的工艺参数进行对照，监控成桩质量，如发现异常情况及时研究解决。施工时应实行甲方代表、监理代表当日签证制度。 2.水泥搅拌桩桩顶接近设计标高时，搅拌机自地面以下1.0m喷浆、搅拌、提升出地面时应采用慢速，并增加一次喷浆，以保证桩头质量。 3.水泥搅拌桩施工应采用双向水泥搅拌成桩，该方法是指在水泥搅拌桩成桩过程中，由动力系统带动分别安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土，而形成的水泥土搅拌桩。 双向水泥土搅拌桩成桩机械是对现行水泥土搅拌桩成桩机械的动力传动系统、钻杆以及钻头进行改良，采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口，在外钻杆上安装反向旋转搅拌叶片，通过外钻杆上叶片反向旋转过程中的压降作用和正、反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，并采用两搅一喷工艺施工，确保成桩质量。 4.水泥浆液应连续供给，如发生断浆现象，必须复打，复打重叠长度必须大于1m。 5.浆液应拌合均匀不得有结块，浆液不得离析或停滞时间过长，超过两小时应停止使用。 6.构造物基底的桩顶高程应根据构造物底高程进行计算确定，同时应考虑凿除50cm桩头的影响。 7.成桩28d后，可开始基槽开挖，凿除50cm软桩头。凿除软桩头后的水泥搅拌桩长度不得小于设计桩长。