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旋喷桩加固地基施工技术措施探讨

发布人:黄国兴 发布时间:2013年3月19日 已被浏览 919 次

摘 要:结合具体的工程实践,着重介绍了旋喷桩加固地基的施工主要技术措施,阐述了旋喷桩施工质量检验和标准,为同类工程提供借鉴。
关键词:旋喷桩 地基加固 技术措施
一、前言
旋喷桩地基加固技术,是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后,以高压设备使浆液或水成为20MP左右的高压水流从喷嘴中喷射出来,冲击破坏土体,同时钻杆以一定速度向上提升,将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后,在土中形成固结体,即为旋喷桩。运用该技术加固地基,具有施工方便,工艺简单,地基加固见效快,耐久性好,施工工期短等优点。
二、工程概况
某钢筋混凝土盖板箱涵位处某河西岸,离河道中心约700m。该涵址处基底下卧淤泥质粘土软弱层,基础设计为浆砌片石刚性联合基础。
三、地质资料
根据钻探资料,涵址处自上而下地质情况依次为:粉质粘土表层,厚约2m;中密细砂层,厚约4m;中密粗砂层,厚约3.6m;淤泥质粘土层,厚约1.6m;再下为中密粗砂,地基承载力不能满足设计要求,须加固处理。
四、地基加固方案
为满足承载力要求,设计采用旋喷桩进行地基加固处理。设计旋喷桩有效长度为11m,桩径为φ50cm,桩间距140cm,呈正三角形布置,共计旋喷桩99根,总长1089m。桩顶铺设30cm厚碎石垫层。
五、主要技术措施
(一)施工总体安排原则:
1、先地基旋喷桩加固,七天后挖基进行涵体施工;
2、先试桩,后正式成桩;
(二)施工准备
1、施工前必须进行地面构筑物、地下管线(水、电、油、通讯等)的调查、拆移,确认无障碍物后方可进行场地清理工作。
2、施工场地清理、平整。地面构筑物、地下管线和影响施工的架空线路拆移完毕后,用推土机推除地表腐植土、推平,并用压路机碾压密实。
3、挖设排浆沟和临时泥浆存放池,排浆沟沿涵长方向挖设,宜两排桩共用一排浆沟。同时必须挖设临时排水沟,疏干地表水,使基面层保持干燥状态。
4、根据设计测设涵洞中线、涵洞基顶平面及旋喷桩桩位,确定地基处理长度、宽度并用石灰线醒目标注。
5、准备旋喷桩机具、设备及材料。
6、试桩,确定旋喷速度、喷射压力、提升速度、喷浆量和泥浆水灰比等,确保成桩质量符合设计要求。
(三)施工工艺要求
本涵地基加固旋喷桩施工采用单管成桩法施工。
1、施工机具和材料的选择
旋喷桩施工机具:
本涵地基加固旋喷桩采用无锡30型钻机(或具有相当施工能力的钻机)施工。旋喷注浆机主要由:旋转钻机、卷扬机、旋喷管、高压泥浆泵(SCN-H300型)、高压水泵、泥浆搅拌机、贮浆罐、注浆管、输浆管、流量计等组成。
主要机具性能要求:
①旋转钻机转速:20r/min;
②旋喷管(单管):采用外径φ42mm或φ45mm地质钻杆;
③喷嘴:采用2个收敛圆锥形喷嘴,喷嘴孔径φ2~φ3mm;
④高压泥浆泵:压力20~40Mpa,流量80~120L/min;
⑤注浆管:采用内径φ19mm高压胶管,工作压力31Mpa。
旋喷桩浆液材料:
水泥:采用42.5普通硅酸盐水泥。使用前必须经试验符合质量要求,严禁使用过期、受潮结块的水泥。进场水泥必须离地存放,并加以遮盖,防止受潮、雨淋。
水:必须经化验符合混凝土拌合用水标准。
外加剂:在上冻前进行旋喷注浆时,必须在水泥浆液中添加抗冻剂,掺量由试验确定,防止桩体冻胀。
水泥浆液配合比:
水泥浆液水灰比宜为1:1~1.5:1,稠度应适宜,防止过稠堵喷嘴、过稀影响质量,由试验根据现场各层土样优选出最合理浆液配方。为减缓水泥浆液沉淀速度、防止离析及保持良好的可喷性,宜在浆液中加入水泥用量3%的膨润土(陶土)、0.9‰的碱。
浆液宜在旋喷前1小时内配制,使用时必须滤去硬块、砂石等,以免堵塞管路和喷嘴。
2、施工顺序和工序
①施工顺序:
旋喷桩施工顺序:横涵长方向逐排进行,同排桩应跳孔成桩(相距宜为4m),相邻两桩施工时间不应小于48小时。
②旋喷桩单管成桩施工工序:
略--
3、旋喷桩单管成桩施工工艺要求
(1)试桩:
根据现场各层土样,在室内按不同的含水量和配合比进行试验,优选出最合理浆液配方后,必须在正式施工现场进行喷射成桩试验,确定旋喷管的转速、提升速度、注浆喷射压力、注浆量等参数,以查明喷射固结体的成桩直径和桩体强度,验证设计的可靠性和安全性。
(2)机具就位、调整钻架:
钻机组装好后,采用导轨法就位。钻机基本就位后,调平安稳,将转盘、钻杆轴线对准桩位小竹片桩,对准误差控制在2cm以内,再调整钻架、钻杆,使钻杆垂直度控制在1%以内。
搭设设平台,安装浆液搅拌机、高压泥浆泵、输注浆管路、水电接头、闸阀、仪表等。辅助设备安装应满足下列要求:①制浆机应略高于贮浆罐上口;②高压泥浆泵进浆口必须加设滤网,并稍低于贮浆罐出口;③高压泥浆泵与旋喷管间必须用高压胶管连接。
安装完毕后,必须再次检查高压设备、管路系统,确保规格符合设计要求、连接密封完好。并尽量缩短高压注浆管的长度,控制在20m以内为宜。
(3)设备试运转:
旋喷桩设备安装完毕后,必须进行试运转,确保状态良好、运转正常。设备试运转应满足下列要求:
①钻机(旋喷管)转速、提升速度符合设计规定值,误差在10%以内;
②设备工作电压、电流稳定,电压保持在380V±15V,电流不超过额定值;
③输、注浆液管路、水管路畅通,无渗漏;闸阀使用正常;压力、流量等仪表显示正确;
④高压泥浆泵电机达到设定转速,能保持设定泵压,泵压误差在±2Mpa以内;浆液排放量符合设计流量;
⑤制、贮浆液设备的制备浆液能力满足注浆要求;
⑥设备运转平稳,操作人员配合默契。
(4)钻孔:
单管成孔法采用钻机预钻导孔。由于本涵址处地层中夹有较厚的中密细砂层,不宜利用旋喷管直接射水成孔法施工。
钻孔前,应测量每根钻杆长度,并按序用红油漆编号,并在最上一根钻杆壁上用红油漆标出深度控制红线。钻进深度控制,以地面水平测量和设计桩底标高为依据,确定钻杆入土深度。
钻孔过程中必须做好导孔成孔记录,包括地质层情况记录。
导孔成孔后倾斜度应小于1.5%。
(5)水泥浆液制备:
水泥浆液制备在下旋喷管前1小时进行,随配随用。浆液的水泥、水及掺加剂必须按室内试验和现场试桩确定的配合比严格计量,采用制浆机均匀拌制,足量贮存备用。
单桩水泥浆液用量按下二式计算:
①按体积法计算:

②按喷量法计算:

式中:Q------旋喷浆液用量(m3);
D------桩体直径(m);
K------填充率,取0.75~0.90;
H------桩长(m),从地面计算;
B------损失系数,可选用0.1~0.3;
V------提升速度(m/min);
q------单位时间喷射浆液量(m3/min)。
拌制好的水泥浆液必须经过严格过滤,除去硬块、砂石等,以免堵塞管路和喷嘴。制备好的水泥浆液在旋喷过程中必须连续不停地搅拌,防止沉淀。
(6)下旋喷管:
导孔成孔后,检查孔位、孔深、垂直度符合设计要求后,提出钻杆,下插旋喷管。
旋喷管下插前,必须检查各部位连接是否紧密,密封圈是否封闭。并必须采用红油漆在管壁上明显标示出下插深度控制红线。
下旋喷管采用边射水边下插的方法进行,防止喷嘴堵塞,射水下管采用低水压,水压力不超过1Mpa。直至旋喷管下插至离设计深度0.5m(以管壁上红漆线控制),停止射水,利用自重作用上下串动沉至设计深度。
(7)试喷:
旋喷管下插到设计深度后,必须先试喷,确保一切正常后方可正式旋喷成桩。
试喷主要步骤:
①将注浆泵的吸管插入贮水箱;
②起动空压机,待动转正常后,空载起动高压泥浆泵(注浆泵),使泵压逐渐升高至规定值(20Mpa);
③在设计深度原地旋转旋喷管,转速按20r/min控制;同时开动注浆泵,向孔内注入清水;
④待确认旋喷管转动平稳、泵量和泵压正常,将注浆泵的吸水管移至贮浆罐开始正式注浆成孔。
(8)旋喷成桩:
试喷确定注浆系统运作正常后,注浆泵开始送水泥浆液入旋喷管,待估算水泥浆液的前锋已流出喷嘴后,即可提升旋喷成桩。
旋喷成桩操作原则:先喷浆后旋转和提升。
旋喷成桩步骤:
①试喷完毕,旋喷管在桩底部原地边旋转边喷射水泥浆液1min;
②边旋转喷管、边提升、边喷射浆液成桩。转速按20r/min控制,提升速度按20~25cm/min控制,注浆泵泵压按20Mpa、流量按80~120L/min控制。
在旋喷成桩过程中,应按设计要求经常检查量测泵压、流量、转速、提升速度和实际的浆液耗用量,并按规定填写《旋喷注浆记录表》保存。
在注浆过程中,出现泵压骤然上升或下降、大量冒浆等异常情况时,应立即停止提升和注浆,以防断桩。
当发现喷浆量不足影响桩体固结质量时,应采取重复喷射进行处理,确保成桩质量。
在注浆过程中,会有一定数量的土粒,随着一部分浆液沿注浆管壁冒出地面,冒浆量小于注浆量的20%为正常现象,超过20%或完全不冒浆时,应查明原因,并采取相应措施。
③拆卸注浆管:旋喷注浆过程中需拆卸注浆管时,应先停止提升和旋转,再停止送浆,最后停机。拆卸注浆管采用钻机自带卷扬机人工辅助进行,拆管宜快,尽量缩短停泵时间。继续旋喷注浆成桩时,开机顺序同试喷。
停泵后重新旋喷时,旋喷管必须插入已喷桩体中不小于10cm,也即:注浆管分段提升的搭接长度不得小于10cm。
④当旋喷管提升接近桩顶时,应从桩顶以下1m开始,应减缓提升速度,慢速提升旋喷至桩顶,并停止提升原地旋喷30秒,再向上慢速提升旋喷0.5m,确保桩顶质量。
(9)喷射结束、拔管、器械清洗:
旋喷注浆达到设计桩顶(再加0.5m)后,注浆泵继续送浆液,同时拔出旋喷管,待水泥浆液从孔口返出后,即可停止送浆,并将注浆泵的吸浆管移至清水箱中,抽吸定量清水将泥浆泵和注浆管路中的水泥浆液顶出,然后停泵。
钻机、泥浆搅拌机、贮浆罐、注浆管和泥浆泵外用清水冲洗干净备用。
(10)机具移位、桩顶补灌:
机具移位采用导轨法进行。移位时,防止损坏已成桩的旋喷桩固结体。
旋喷注浆结束后,由于水泥浆液的析水作用,一般均有不同程度的收缩,使旋喷桩固结体顶部出现凹穴,应及时用水灰比为0.6的水泥浆补灌。
桩顶补灌结束后,桩顶以上的空孔洞采用砂子填平地面保护,防止意外。
六、旋喷桩施工质量检验和标准
(一)旋喷桩施工质量检验
1、对旋喷桩固结体的质量检验内容主要有:固结体的整体性和均匀性;固结体的有效直径、垂直度、强度等。
2、旋喷桩质量检验应在喷射注浆结束4周后进行。
3、检验方法:
桩径、垂直度外观特征:开挖检查;
固结体整体性和均匀性:钻孔取芯或动测法;
强度评价:钻孔取芯或动测法或标准贯入试验;
复合地基承载力:荷载试验。
(二)旋喷桩施工质量标准
旋喷桩注浆固结体质量及地基承载力标准
序号 项目 允许偏差 检验方法
1 位置(纵横向) 50mm 尺量
2 垂直度 1.5% 经纬仪或吊线测钻杆倾斜度,查施工记录
3 有效直径 ±50mm 开挖500~1000mm深后尺量
4 深度 不小于设计深度 测量钻杆长度,查施工记录
5 无侧限抗压强度 ≥3.5Mpa 在桩径方向1/4处、桩头至桩长范围内垂直钻芯取样
6 复合地基承载力fsp,k ≥0.15Mpa
七、结语
实践证明,利用旋喷桩技术进行地基加固的效果是显著的,大大提高了地基的承载力。同时,此法适用于各种复杂的地质条件,具备质量好、承载力高等优点,对于中、小型结构地基和既有建筑物结构地基加固造价底,较为经济合理。
参考文献:
[1] 赵王生.旋喷桩在神木北站机务整备场检查坑地基加固中的应用.路基工程,1995,(05)
[2] 刘静,胡焕校.旋喷桩在桥梁基础中的新应用.中南工业大学学报(自然科学版),2000,(03)
[3] 杜腾飞.旋喷桩在秦沈客运专线于虎跨线桥台后软基处理中的应用.路基工程,2002,(03)
[4] 胡卿纪.秦沈客运专线旋喷桩加固松软地基的施工.西部探矿工程,2002,(05)
[5] 王海珍.旋喷桩复合地基在桥梁软基处理中的应用.石家庄铁道学院学报,2002,(S1)
 

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