苏州市中环快速路湿法水泥搅拌桩施工应用

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  【摘 要】 本项目工程量大,工期緊,质地条件差,结合水泥搅拌桩速度快、造价低、无噪声的优点,已在实际施工中取得良好效果,地基处理后能快速使用,保证了后续施工。
  【关键词】 湿法工艺;施工过程;注意事项;质量控制;故障处理
  一、工程概述
  苏州市中环快速路工程吴中区段东线标,起讫桩号为EK58+715.890~EK61+700.000,全长2.984km。起点顺接工业园区九标终点吴淞江大桥南,向南跨东方大道后落地,利用现状苏同黎公路走廊采用地面快速路形式,上跨规划支路后,止于星塘街交叉口。本项目桩基工程单根桩最短5米,最长15米,每段桩群成梅花排列,桩数最多地段达1736根,湿喷桩总计24773根。
  二、工程条件状况
  地形地貌
  东线沿线场地大部分为现状道路绿化带,地势较平坦。地面标高一般为1.92~3.88m。地貌类型属古泄湖堆积平原区。
  工程地质条件
  根据《苏通大桥至杭州湾跨海大桥公路(江苏段)工程场地地震安全性评价工作报告》(江苏省地震工程研究院2005.12),该区属扬子准地台的下扬子台坳。本区地层区划属江南地层区修水——钱塘江分区中的苏州——长兴小区。区内大部分为第四系覆盖,第四系土层软硬交替,表层分布有全新统土层,总体上以粉质粘土、粉土为主,下部为上更新统土层,主要以粘性土,间夹粉土、粉砂,仅苏州西部山区基岩出露于地表。有上古生界的泥盆系茅山、五通砂岩,石炭系的黄龙、船山灰岩,二叠系的栖霞灰岩,堰桥、龙潭砂页岩;中生界发育三叠系青龙灰岩,侏罗、白垩系火山碎屑岩。
  项目区大地构造分区属于扬子断块区(Ⅰ)的下扬子断块。
  主要工程地质特征见下表1-2:
  水文条件
  (1)地表水
  拟建线路沿线内水系发达,呈网状分布,西南临太湖,属太湖水系,是典型的江南水乡,由于地面平坦低洼,地表径流缓慢,排水不畅,河流水位明显受太湖水位变化及人工控制影响,汛期河湖水位升高。项目区内地表水系主要为吴淞江。据资料统计,全区最高水位平均值3.38m(吴淞标高),最低水位平均值2.43m,常年水位平均值2.83m。
  (2)地下水类型
  项目区内地下水类型主要有松散岩类孔隙水及基岩裂隙水两类:
  ①松散岩类孔隙水:主要含水层为第四系砂性土
  压水层(2-4c~3-3层)。潜水层为全新统古泻湖堆积,岩性以粉土、粉砂为主,多与粘性土构成薄层互层状,该层透水性一般。弱承压水含水层主要为晚更新统,沉积成因类型为湖泊沉积,岩性以粉砂、粉土为主。上覆隔水层为同时代沉积的粘土或粉质粘土层,局部地段该隔水层缺失,承压水与潜水有直接水力联系。
  ②基岩裂隙水:主要见于剥蚀残丘砂岩裂隙水含水岩组,其具有微承压性,根据地质调查,其含水量不大。
  (3)地下水位
  勘察期间测得平原区地下水埋深在1.3~3.5m之间,稳定水位标高为0.5~2.5m。剥蚀残丘区地下水位埋深为5.9~21.3m,稳定水位标高为3.5~10.9m,地下水位随地形起伏大。
  现场交通条件
  本工程交通运输条件较好,纵横向地方网基本形成,沿线的等级公路和地方道路北侧现有东方大道、南有绕城高速车纺互通收费口,为筑路材料的运输、施工机械的进出场提供了有利条件。
  三、湿法搅拌桩施工工艺
  水泥搅拌桩的类型及工艺原理
  水泥搅拌桩是一种应用较广泛的地基加固方法,根据水泥水化的化学机理,其施工工艺主要有两种:一种先在地面把水泥制成水泥浆,然后送至地下与地基土搅和,待其固化后,使地基土的物理力学性能得到加强;另一种采用压缩空气把干燥,松散状态的水泥粉直接送入地下与地基土拌和,利用地基土中的孔隙水进行水化反应后,再行固结,达到改良地基的目的。本工程施工采用前一种工艺,即“预先制备喷浆”。
  本工程湿法水泥搅拌桩(双向)桩径φ50cm,采用42.5级普通硅酸盐水泥,设计水泥用量55kg/m,水泥浆水灰比的配置根据试桩的参数确定。水泥搅拌桩法是利用特制的深层喷射搅拌机械,借助高压灰浆泵将水泥浆通过空心钻杆喷入土体,原位搅拌,使水泥浆与软土混合均匀,产生一系列物理化学反应,形成具有较高强度的水泥土柱,并与天然地基组成复合地基,提高地基承载力。
  四、施工准备
  1、根据地质资料和设计文件,了解现场的地质情况、水文情况、土层土质情况,施工前协同建设单位认真做好障碍物的清除与管线的保护工作。施工场地应平整,排水应畅通。
  2、根据设计文件和施工组织设计的要求,确定合理可行的施工顺序,认真做好轴线的引测工作,现场必须设置两个以上的轴线控制点,用砼保护好,并引测到固定构筑物上。
  3、开工前认真细致地向所有参与施工人员进行技术交底,安全交底和分析相应地质条件下应采取的措施。
  4、开工前对进场的机械设备应作全面系统的检查工作,做好各部位的保养和润滑。
  5、场地低洼或水塘地段事先排水清淤后再回填素土(不得回填杂填土)至整平高程,并进行适当碾压,保证压实度达到87%。
  五、施工工艺流程
  湿法水泥搅拌桩施工工艺流程:原地面平整→桩位放样→机架机具就位→桩机就位(验收检查、水泥浆制备)→喷浆搅拌下沉→搅拌下沉至桩底持续喷浆至10s以上→反循环提钻至地表→关闭搅拌机→桩机移位→回填石灰土并压实。
  六、湿法水泥搅拌桩(双向)施工步骤
  1、湿法水泥搅拌桩(双向)机械就位,先将深层搅拌机用钢丝绳吊挂在起重机上,用输浆胶管将贮料罐砂浆泵与深层搅拌机接通,开动电动机,搅拌机叶片相向而转,借设备自重,以0.38-0.75m/min的速度沉至要求的加固深度;   再以0.3-0.5m/min的均勻速度提起搅拌机,与此同时开动砂浆泵,将砂浆从深层搅拌机中心管不断压入土中,边搅拌边喷浆直到提至地面(近地面开挖部位可不喷浆,做于挖土),即完成一次搅拌过程。
  2、边喷浆边搅拌下沉:启动搅拌机,使搅拌机沿导向架向下切土,同时开启送浆泵向土体喷射水泥浆,两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体,搅拌机持续下沉,直到设计深度,在桩底端应就地持续喷浆搅拌10秒以上
  3、提升搅拌:当水泥浆液到达出浆口后应喷浆搅30s,在水泥浆与桩端土充分搅拌后,再开始提升搅拌头搅拌机提升,两组叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土直到地表;当意外事故(如停电、灰管堵塞等)影响桩身质量,钻具提升后应立即回填素土,进行重新喷浆复搅,在12小时内补救,搭接长度不小于1.0m;
  4、用同法再一次重复搅拌下沉和重复搅拌喷浆上升,即完成一根柱状加固体,外形呈“8”字形(轮廓尺寸:纵向最大为1.3m,横向最大为0.8m)
  七、施工质量控制
  1、针对施工地段工程地质条件,首先打设一定数量的工艺性试桩,以确定泵送时间、搅拌机提升速度、复搅深度和水泥浆水灰比等各种施工参数和施工工艺。
  2、预搅下沉速度由电流监测表控制,工作电流不大于额定值。当钻杆进入淤泥质土层,电流明显增大时,开始慢慢提钻喷浆,有时由于深度大,土质粘,造成堵管,予以疏通,疏通管道后,在上下1m的范围内复喷复搅,以防断桩。为了加强桩顶强度,所有桩都要在设计桩顶以下3m范围内复搅,在桩座底喷浆时间不少于30s,使浆液完全达到桩端,然后喷浆搅拌提升。搅拌桩设计桩长是平均桩长,对于地基情况变化较大地段,实际施工桩长可由每台桩机确定的电流来控制(电流值I=60~70A),设计桩长为参考。
  3、桩机下钻时喷出总浆量的50%左右;喷浆压力控制在0.2-0.6Mpa;喷浆量24-30升/米匀速喷浆;钻进速度0.5-1.0m/min,搅拌速度30-50r/min;桩机上升时喷出总浆量的50%左右;喷浆压力控制在0.2-0.6Mpa;喷浆量24-30升/米匀速喷浆提钻速度0.5-0.8m/min,搅拌速度30-50r/min。
  4、搅拌机预搅下沉时不宜冲水。当遇到较硬土层下沉太慢时可适量加水下沉。凡经输浆管冲水下沉的桩,喷浆提升前必须将管内的水排干净。
  5、搅拌桩的垂直度不得超过1.5%,桩位偏差小于5cm。
  6、施工记录必需详尽完善,要有专人负责,深度记录误差不得大于5cm,时间误差不得大于5S,施工中发生的问题和处理情况均须如实记录,以便汇总分析。
  7、提升喷浆搅拌时一定要用慢档,保证搅拌均匀。喷浆搅拌时,司机与送浆工应集中注意力,相互配合,确保掺入比准确无误。
  8、搅拌桩成桩质量检测标准:水泥用量不小于设计用量,成桩7天后,进行开挖检查,观测桩体成型情况及搅拌均匀程度,用轻便触探器进行桩身质量检查,检查频率2%,最少不得少于2根,当桩身1d龄期的击数N10大于15击或7d龄期的击数大于40即为合格,否则为不合格;成桩28天后进行钻孔抽芯检验,检验频率0.5%,同时每个段落不少于2根,对于28天的抗压强度和标准贯入试验,28天标准桩身无侧限抗压强度不低于0.84MPa,90天不低于1.2MPa;
  八、施工注意事项
  1、水泥浆制备必须保证有充分的搅拌时间,保证水泥浆搅拌的均匀和水泥的活化,浆液进入喷浆池随时搅拌保证不离析;桩机必须配置喷入计量装置,并记录水泥浆的瞬时喷入量和累计喷入量,浆液罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg,当上述重量不足时,不得开钻下一根桩的施工。
  2、严格控制喷浆标高和停浆标高,不得中断喷浆,确保桩体长度;严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。
  3、施工时发现喷浆量不足,实行整桩复打,复打的喷浆量应不小于设计值。
  4、当施工中遇到停电、机械故障等原因中断喷浆时,应在12小时内复搅复喷,保证二次复搅复喷搭接长度不小于1.0米。
  5、桩身施工时,应采用中低速档钻进或提升。
  6、施工中固化剂应严格按预定的配比拌制,并应有防离析措施。起吊应保证起吊设备的平整度和导向的垂直度。成桩要控制搅拌机的提升速度和次数,使连续均匀,以控制注浆量,保证搅拌均匀,同时泵送必须连续
  7、桩长控制原则:设计时处理深度以打穿软土进入相对硬层50cm为原则,现场采用双控,即以地勘资料中软土层深度和文件中处理长度为基础,结合施工机械的电流变化,确定是否打穿软土层,当电流发生突变,一般电流达到60~70A,可认为进入相对硬层。
  8、所有使用的水泥都应过筛,制备好的浆液不得离析,泵送必须连续。拌制水泥浆液的罐数、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录;喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。
  九、水泥桩常见故障判断及处理措施
  1、预搅下沉困难,电流值高电机跳闸。处理措施:调高电压,适当冲水或浆液,挖出障碍物。
  2、搅拌机下沉不到预定深度单电流不高。处理措施:增加搅拌机自重或者开启加压装置。
  3、喷浆未到设计桩顶面高程或集料斗浆已经排空。处理措施:重新标定投料量,检修灰浆泵,重新标定灰浆输浆量。
  4、喷浆到设计位置集料斗中剩浆过多。处理措施:重新标定拌浆用水量,清晰输浆管路。
  5、输浆管路堵塞爆裂。处理措施:拆洗输浆管,使喷浆口球阀间隙适当。
  6、搅拌钻头和混合土同步旋转。处理措施:重新标定浆液水灰比,调整叶片角度或更换钻头。
  十、结束语
  本工程桩基工程量大,工期紧,相对工程地质条件较差,湿法水泥搅拌桩工艺具有造价低、速度快、无振动、无噪声、无污染等优点,且用本法进行桩基处理后很快投入使用,保证后续施工,综合考虑选择水泥桩施工,已在本工程实际施工中取得较好效果,已按计划工期如期完工。
  参考文献:
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