铁路软基处理中水泥深层搅拌说桩的施工要点.doc

铁路软基处理中水泥深层搅拌桩的施工要点 1 前言 水泥深层搅拌桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，也叫加固土桩。水泥深层搅拌桩是以水泥浆体作为固化剂的主剂，通过搅拌头强制将软土和水泥浆拌合在一起，形成复合地基。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。如何有效地控制深层水泥搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果是我们在工程实践中探索的一个课题。 2  水泥深层搅拌桩技术的特点       2.1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。      2.2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a*10-7cm/s。       2.3施工机具简单。所用的施工机具比较简单，目前市场上有生产。      2.4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，避免了大量挖掘和弃土。      2.5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。       2.6节约资金。与目前常用的混凝土地下连续墙、地下喷浆等防渗技术相比，处理费用低廉。      3  水泥深层搅拌桩技术原理与基本性能。       3.1深基坑开挖以后，地下水形成一定的水位差，使地水由高处向低处渗流，在渗流的作用下，基坑底部出现渗透不稳定时，往往会发生基底隆起或产生流砂。在饱和软粘土中会产生流土，在砾石土层中则由于其中的细颗粒流走而产生管涌现象。这些渗透不稳定现象的出现，会危及基坑的安全。      3.2水泥土搅拌桩工艺是采用深搅桩机械钻进、喷水泥浆并强制与土搅拌而形成柱状固体，通过水泥水解、水化反应所略. 4  材料要求 水泥宜采用普通水泥或矿渣水泥，应是国家免检产品。严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等实验报告。 有条件地区可采用石膏粉作为掺加剂，有利于强度的提高。 施工实际使用的固化剂和外掺剂，必须通过室内试验的检验，符合设计要求后、方可使用。 5  采用的施工机械 主机为深层搅拌机，有双搅拌轴中心管输浆方式和单搅拌轴叶片喷浆方式两种；配套机械主要有灰浆拌制机、集料斗、灰浆泵、控制柜及计量装置。 6  劳动力组织 每台班深层搅拌机械由810人组成： 班长：1名，负责深层搅拌施工指挥，协调各工序间的操作联系； 司机：1名，按照班长发出的信号，正确操纵搅拌机的下沉、提升、喷浆、停浆等；观察和检查搅拌机运转情况，做好维修保养工作； 司泵工：1名，负责指挥灰浆制备，泵送系统的正常运转，做好水泥浆制备设备保养，负责输浆管路的清洗； 记录：1名，依据设计要求，测定搅拌桩每延米的灌浆量；发现停浆时立即通知班长，采取补救措施；同时记录施工中的各种数据，复查桩位、水泥浆配比等； 拌浆工：2名，按设计配合比制备水泥浆固化剂，并按照司泵工的指挥，将水泥浆倒入集料斗； 供料工：2名，负责搬运水泥及外掺剂；负责散装水泥的过磅秤量，并装入临时备用的水泥袋； 另外每台套机械应配备一名机修工和一名电工，保证整套机械和现场施工的正常进行。 7 试桩 7.1水泥深层搅拌桩施工前必须进行成桩试验，应达到下列要求并取得以下技术参数： 满足设计喷入量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等。 确定搅拌的均匀性。 掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。 根据地层、地质情况确定覆喷范围，成桩工艺性试验桩数不宜少于5根。 7.2 水泥深层搅拌桩适用于处理淤泥、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。   7.3 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佳的搅拌次数、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。   7.4 每个标段的试桩不少于5根，且必须待试桩成功后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。 8 施工准备 依据工程地质勘察资料，进行室内配合比试验，结合设计要求，选择最佳水泥掺入比，确定搅拌施工工艺参数。 编制水泥深层搅拌桩施工方案，做好现场平面布置，安排好打桩施工流水。布置水泥浆制备系统和泵送系统，且考虑泵送距离不宜大于lOOm。 清理施工现场的地下、地面及空中障碍，以利安全施工。 按设计要求，进行现场测量放线，定出每一个桩位，并打入小木桩。 9 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。 10 设计参数及要求 (1)水泥掺入比>12；   (2)室内配合比设计   7d无侧限抗压强度：qu08MPa，   28d无侧限抗压强度：qu16MPa，   90d无侧限抗压强度：qu24MPa；   (3)现场质量检测  28d取芯强度：R2808MPa，   90d取芯强度：R9012MPa，   单桩承载力>210KPa，   复合地基承载力>170KPa。 11 施工控制 11.1 水泥搅拌桩开钻之前，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。   11.2 为保证水泥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。   11.3 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。   11.4 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，以备随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。 工程监理  11.5 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。   11.6 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。   11.7 为保证水泥搅拌桩桩端、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。   11.8 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。   11.9 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。   监理工程师论坛http:/bbs.job2299.com/11.10 现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括： 施工桩号、施工日期、天气情况； 喷浆深度、停浆标高； 灰浆泵压力、管道压力； 钻机转速； 钻进速度、提升速度； 浆液流量； 每米喷浆量和外掺剂用量； 复搅深度。 12 质量检验 12.1 检验方法   12.1.1 水泥搅拌桩成桩7天可采用轻便触探法进行桩身质量检验。   (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。   (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。   12.1.2 水泥搅拌桩成桩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11.5。   12.1.3 如果某段或某一桥头水泥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。   12.1.4 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。   12.1.5 在特大桥桥台或软土层深厚的地方在成桩28天后，应检定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。 12.2  质量评定标准 固化剂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；浆液倒人集料时应加筛过滤，以免浆内结块，损坏泵体。 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。 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、停泵时间等有关参数的变化。 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3h，为防止浆液硬结堵管，应先拆卸输浆管路，清洗后备用。 搅拌机提升至地面以下lm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。 12.3 外观鉴定   (1)桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。   (2)搅拌均匀，凝体无松散。   (3)群桩桩顶齐，间距均匀。 13 测试技术  由于深层搅拌桩成桩工艺的特殊性，其施工质量及处理效果受到人们的普遍关注。规范规定的质量检测方法有开挖检查、钻孔取芯、标准贯入及静载试验等，但上述方法投入大，效率低，特别的桩身完整性检验针对性较差。近几年，在桩基检测实践中，采用低应变 反射波对深层搅拌桩进行桩身完整性检测，取得了较好的效果。以下就“水泥土桩”低应变反射波可行性测试条件及测试方法作一说明。  13.1“水泥土桩”用动测方法进行完整性检测的可行性     水泥搅拌桩是将水泥固化剂（浆体或粉体）就地与软土充分搅拌而成，是水泥与土的硬化体，与土不同，属于有结构性的介质材料。结构的强弱与水泥的掺入比有关。在一定条件下，搅拌桩桩体可视为或近似为弹性体，其弹性模量与弹性波传播速度具有相关关系。     大量室内试验和现场取芯试验成果表明，水泥搅拌桩桩体介质与混凝土类似，其声波波速与强度的对应关系大致相同，其应力、应变关系也有一个线性段。在满足一定条件（例如龄期大于一个月，掺入比大于8%等）的情况下，可将水泥搅拌桩看作或近似看作弹性材料，应力波在其中的传播特性可描述为介质的连续性等性质。  大量的室内无侧限抗压强度试验及有关文献表明，当水泥搅拌桩达到30d龄期后，其桩身强度可达（1-n)Mpa，外观十分坚硬，其抗压强度远大于桩周土，显然，水泥搅拌桩的波阻抗远大于桩周土波阻抗。      因此，弹性波在搅拌桩介质及边界面上的反射与透明规律，在一定条件下可作为对其完整性判定的依据。另一方面，弹性波在搅拌中的传播速度与其介质抗压强度之间有着很强的相关关系，可以将波速作为测定搅拌水泥土强度的物理量。      显然，水泥搅拌桩满足反射波法基桩完整性检测所依托的基本理论为一维弹性中应力波（纵波或弹性波）波动理论：      （1）桩长远大于桩径。  （2）龄期一般大于30d，桩体介质连续基本呈弹性关系。      （3）桩体介质的波阻抗与桩周土波阻抗有明显异常。  基于以上分析，反射波法用于水泥搅拌桩质量检测在理论上有依据，实践上切实可行。      13.2水泥搅拌桩测试条件      13.2.1水泥搅拌桩具有一定强度的情况下，才具有浅弹性特性，实践和资料证明，龄期在±30d能满足强度要求。      13.2.2桩长远大于桩径，即500mm桩径的桩桩长要不小于5m。  也就是说桩长大于5m，龄期在30d左右的水泥搅拌桩在理论上满足低应变反射波法检测要求。      13.3测试方法     与混凝土相比，应力波在水泥土中传播时介质吸取产生的衰减较大。为了得到良好的检测效果，应当注意桩头处理、传感器的选择和安放位置、振源选择等问题。     桩头处理：由于成桩时上部压实不够，搅拌桩桩头通常比较松散、粗糙、不平整，桩头应予凿 除，并平整、清洁。   传感器安放：传感器安放点应避开疏松处，保证应力波接收质量。    振源选择：选择合适的振源，使激励击发脉冲具有最佳指向性和穿透能力。理论和实践说明，力锤所产生的瞬时冲击，其频谱宽度包括 桩-土体系振动响应频段，并能提供足够能量激励起检测对象。      反射波法是工程界应用广泛的桩基检测的较好方法，对满足一定条件的水泥搅拌桩进行反射波检测，可满足工程的大面积质量检测，其特点是快捷、高效、经济、无损伤，且保证足够的精度。   11 结束语 铁路软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，紧抓施工环节，严格施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量。