浅谈深层搅拌桩的设计与施工.doc

浅谈深层搅拌桩的设计与施工摘要：沿海地区地层中普遍存有厚度不等的软土，一般不能作为建筑天然地基直接利用，需进行一定加固处理,埋藏较浅时可用换填法处理，埋藏较深时或采用预制桩、或采用灌注桩、或采用水泥土搅拌桩等，因此在软土较深厚的情况下如何选用合适的地基加固处理方案成为既能满足设计要求同时降低工程成本的首选，而深层搅拌桩在处理软土地基中具有独特优势得到较为广泛应用。其独特之处在于：（1）最大限度地利用了原土；（2）搅拌时无振动、无噪音、无污染，可在密集建筑群中进行施工，对原有建筑物及地下沟管影响很小；（3）根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式；（4）与钢筋混凝土桩基相比，可节约钢材降低造价。关键词：深层搅拌桩、设计、施工一、设 计1、深层搅拌桩主要是利用水泥作为主要固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂浆液强制拌和，使软土硬结而提高地基强度，提高变形模量。处理效果显著。深层搅拌法适于处理淤泥、淤泥质土、粉土和饱和粘性土等地基。当用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数IP大于25的粘土、地下水具有侵蚀性及无工程经验的地区时，宜通过试验确定其适用性，而冬季施工时则应注意负温对处理效果的影响。2、确定地基处理方案前应搜集拟处理区域内的岩土工程资料，尤其是查明填土层的厚度和组成，软土层的分布范围，地下水埋深及其侵蚀性，土的含水率、塑性指数和有机质含量等。3、深层搅拌桩设计前必须进行室内配合比试验，针对现场拟处理的最软弱土的性质，选择合适的固化剂、外掺剂及掺量，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90d龄期试块的立方体抗压强度平均值。4、深层搅拌桩处理软土的水泥固化剂宜选用强度等级为R32.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺入量宜为被加固土重的12%20%。外掺剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节约水泥等性能的材料，但应避免污染环境。 5、深层搅拌桩的设计,主要是确定搅拌桩的桩长和面积置换率。桩长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,其加固深度不宜超过20米，其桩径不应小于500mm；面积置换率可根据要求达到的地基承载力,按(1)式求得。6、深层搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基荷载试验确定，也可按下式估算：fspk=m·Ra/Ap+·(1-m)fsk (1)式中fspk复合地基的承载力特征值(kPa)；m面积置换率；Ap桩的截面积(m2)；fsk桩间土承载力特征值,可取天然地基承载力特征值kPa)；桩间土承载力折减系数，当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.10.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.50.9，差值大时或设置褥垫层时取高值；Ra单桩竖向承载力特征值，应通过现场单桩荷载试验确定。初步设计时的单桩竖向承载力特征值也可按(2)、(3)式计算，取其中较小值：Ra=upqsili+qpAp (2)Ra=fcuAp (3)式中Up桩周长(m)；qsi桩周第i层土的侧阻力特征值，对淤泥可取47KPa，对淤泥质土可取612KPa，对软塑粘性土可取1015Kpa，对可塑粘性土可取1218Kpa；li桩长范围内第i层土的厚度(m)；桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.6,承载力高时取低值。qp桩端天然地基土的承载力特征值，可按国家标准建筑地基基础设计规范(GBJ50007)的有关规定确定；fcu与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）在标准条件下90d龄期的立方体的抗压强度平均值(kPa)；桩身强度折减系数，可取0.250.33；7、深层搅拌桩平面布置可根据上部建筑对变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状、块状等处理形式。可只在基础范围内布桩，独立基础下的桩数下宜少于3根。柱状处理可采用正方形或等边三角形布桩形式，其桩数可按(4)式计算：n=m·A/Ap (4)式中n桩数(根);A基础底面积(m2)。8、竖向承载的深层搅拌桩复合地基应在基础与桩之间设置褥垫层。褥垫层厚度可取200300mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。9、竖向承载的水泥土搅拌桩复合地基中的桩长超过10m时，可选用变掺量设计。在全桩长水泥总掺量不变的前提下，在桩长上部三分之一桩长范围内可适量增加水泥掺量及搅拌次数，桩长下部三分之一桩长范围内可适当减少水泥掺量。10、当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，可按国家标准建筑地基基础设计规范(GBJ50007)的有关规定进行下卧层强度验算。11、搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的平均压缩变形S1和桩端以下未处理土层的压缩变形S2。其中复合土层的压缩变形值s1可按(5)、(6)式计算，桩端以下未处理土层的压缩变形值S2可按国家标准建筑地基基础设计规范(GBJ50007的有关规定确定。S1=(Pz+Pzl)l/(2Esp) (5)Esp=mEp+(1-m)Es (6)式中Pz搅拌桩复合土层顶面的附加压力(kPa)；Pzl搅拌桩复合土层底面的附加压力(kPa)；l搅拌桩复合土层的厚度(m)；Esp搅拌桩复合土层的压缩模量(kPa)；Ep搅拌桩的压缩模量(kPa)；Es桩间土的压缩模量(kPa)。12、深层搅拌壁状处理用于地下挡土结构时，可按重力式挡土墙设计。为了加强其整体性，相邻桩搭接宽度宜大于100mm。二、施 工（一）深层搅拌桩的施工工艺流程及质量控制1、施工准备1.1搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍（包括大块石、树根和生活垃圾等）。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。1.2深层搅拌桩应采用合格的R32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，应将水泥样品送至具有相应资质的试验室检验。1.3深层搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。监理工程师每天收集电脑记录一次。1.4深层搅拌桩施工机械必须具备良好的稳定性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。2、施工工艺流程桩位放样钻机就位检验、调整钻机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至工作基准面以下0.3m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。3、施工控制3.1搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。3.2为保证搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。3.3对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。3.4为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。3.5水泥搅拌配合比：水灰比0.450.50、水泥掺量12、每米掺灰量46.25kg、高效减水剂0.5。3.6水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa.3.7为保证搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。3.8 在搅拌桩施工过程中采用"叶缘喷浆"的搅拌头。这种搅拌头的喷浆口位于搅拌叶片的最外缘，当浆液离开叶片向桩体中心环状空间运移时，随着叶片的转动和切削，浆液能较均匀地散布在桩体中的土中。长期使用证明，"叶缘喷浆"搅拌头能较好地解决喷浆中的搅拌不均问题。3.9 施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。3.10施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施。3.11 现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：a施工桩号、施工日期、天气情况；b喷浆深度、停浆标高；c灰浆泵压力、管道压力；d钻机转速；f钻进速度、提升速度；g浆液流量；h每米喷浆量和外掺剂用量；i复搅深度。4、施工注意事项4.1 避免工程质量通病4.1.1深层搅拌机应基本保持垂直，要注意平整度和导向架垂直度。4.1.2深层搅拌机下沉到一定深度后，即开始按设计配合比拌制水泥浆。4.1.3水泥浆不能离析，水泥浆要严格按照设计的配合比配置，水泥要过筛，为防止水泥浆离析，可在灰浆机中不断搅动，待压浆前才浆水泥浆倒入料斗中。4.1.4要根据加固强度和均匀性预搅，软土应完全预搅切碎，以利于水泥浆均匀搅拌4.1.4.1压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管不能发生堵塞。4.1.4.2严格按设计确定数据，控制喷浆、搅拌和提升速度。4.1.4.3控制重复搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围每一深度内，得到充分搅拌。4.1.5在成桩过程中，凡是由于电压过低或其它原因造成停机，使成桩工艺中断的，为防止断桩，在搅拌机重新启动后，将深层搅拌叶下沉半米后再继续成桩。4.1.6相邻两桩施工间隔时间不得超过12小时。4.1.7确保壁状加固体的连续性，按设计要求桩体要搭接一定长度时，原则上每一施工段要连续施工，相邻桩体施工间隔时间不得超过24小时。4.1.8考虑到搅拌桩与上部结构的基础或承台接触部分受力较大，因此通常还可以对桩顶板-1.5M范围内再增加一次输浆，以提高其强度。4.1.9在搅拌桩施工中，根据摩擦型搅拌受力特点，可采用变掺量的施工工艺，即用不同的提升速度和注浆速度来满足水泥浆的掺入比要求。在定量泵条件下，在软土中掺入不同水泥浆量，只有改变提升速度，通过提升速度检测仪检测。4.2主要安全技术措施4.2.1深层搅拌机冷却循环水在整个施工过程中不能中断，应经常检查进水和回水温度，回水温度不应过高。4.2.2深层搅拌机的入土切削和提升搅拌，负载荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢提升速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起之后，才能重启电机。4.2.3深层搅拌机电网电压低于380V应暂停施工，以保护电机。4.2.4灰浆泵及输浆管路4.2.4.1泵送水泥浆前管路应保持湿润，以利输浆。4.2.4.2水泥浆内不得有硬结块，以免吸入泵内损坏缸体，每日完工后，需彻底清洗一次，喷浆搅拌施工过程中，如果发生故障停机超过半小时宜见拆卸管路，排除灰浆，妥为清洗。4.2.4.3灰浆泵应定期拆开清洗，注意保持齿轮减速器内润滑油清洁。4.2.4.4深层搅拌机械及起重设备，在地面土质松软环境下施工时，场地要铺填石块、碎石，平整压实，根据土层情况，铺垫枕木、钢板或特制路轨。4.3产品保护深层搅拌桩施工完成后，不允许在其附近随意堆放重物，防止桩体变形。5、质量检验5.1检验方法5.1.1深层搅拌桩成桩7天可采用轻便触探法进行桩身质量检验。5.1.1.1检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。5.1.1.2触探试验：根据现有的轻便触探击数（N10）与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m.5.1.2深层搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送实验室做（3个一组）28天龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为115。5.1.3如果某段搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10小于20时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30，则该段水泥搅拌桩为不合格。5.1.4对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。5.1.5在软土层深厚的地方，或对施工质量有怀疑时，可在成桩28天后，由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于桩数的0.2，且不得少于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。5.2外观鉴定5.2.1桩体圆匀，无缩颈和回陷现象；5.2.2搅拌均匀，凝体无松散；5.2.3群桩桩顶齐，间距均匀。三、结语深层搅拌桩通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂浆液强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土，处理效果显著，处理后可很快投入使用，在建筑工程施工中确保工程质量的前提下能够降低施工成本、缩短了基础处理施工工期，在工期紧、出于成本考虑不易进行基坑大开挖或基础土质换填，考虑使用深层搅拌桩进行基础处理应该是经济、科学的设计施工方案。13