6、深层搅拌桩施工工艺工法

深层搅拌桩施工工艺工法1 前言1.1工艺工法概况深层搅拌法是日本在70年代中期首创和开始采用，简称CMC工法。我国于1977年末才进行深层搅拌机研制和室内外试验，并在工程中正式开始使用。 深层搅拌桩主要用于地铁车站基坑附近有重要建(构)筑物或重要管线位置的地层加固,通过搅拌桩加固被动区,土体强度得到大幅度提高。此法解决了附近建(构)筑物变形敏感问题,另一方面也使地基的整体承载力得以大幅提高。深层搅拌桩按照加固材料状态分为浆体搅拌桩（水泥浆搅拌桩、水泥砂浆搅拌桩，桩长不宜大于18m）和粉体搅拌桩（桩长不宜大于15m）,按施工机械叶片搅拌方向不同又可分为单向水泥土搅拌桩和多向水泥土搅拌桩。处理深度较大、地基承载力要求较高市，宜采用多向水泥土搅拌桩或多向水泥砂浆搅拌桩。这种施工方法在市政道路、基坑挡土止水帷幕、基坑重力式挡土墙、软土地区厂房基础等项目中成功地应用。1.2工艺原理 水泥加固土的原理是通过水泥水解、水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子交换、团粒化作用、碳酸化反应以及硬凝反应等一系列物理化学作用，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土。水泥加固土的强度取决于被加固土的性质（含水量、有机质及烧失量等）和加固所使用的普通硅酸盐水泥等级、掺入量以及外加剂等。加固土的抗压强度随着水泥掺入量的增大而增大，工程常用的水泥等级为42.5级以上，掺入比为1220，水灰比0.430.55，其强度标准值宜取同配比的室内试块90天龄期的立方体抗压强度平均值和现场成桩28天的无侧限抗压强度，一般可达0.53.0Mpa。2 工艺工法特点深层水泥搅拌桩加固工艺合理，技术可靠，施工中无振动，噪音小，对环境无污染，由于它是就地搅拌加固地基，使软土不向侧向挤压，因此对邻近已有建筑物影响很小，加固效果良好，成本低。经过多次的试验检测，证明用深层水泥搅拌桩加固软基，提高地基承载力，是一个行之有效、经济合理的处理手段。但由于深层水泥搅拌桩是一门新技术、施工工艺及检测手段尚未完全规范，施工质量较难控制。因此，必须加强过程控制及终端验收，在施工中不断积累原始资料，逐步完善深层水泥搅拌桩施工工艺。3 适用范围 深层搅拌法适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土地基；也可适用于竖向承载的复合地基、基坑的止水帷幕、基坑工程围护结构等。4 主要引用标准 4.1建筑基桩检测规范(JGJ106)4.2建筑基坑支护技术规程（JGJ120）4.3建筑桩基技术规范（JGJ94）4.4建筑地基处理技术规范（JGJ79）4.5建筑地基基础设计规范(GB50007)4.6建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202)4.7软土地区工程地质勘察规范(JGJ83)4.8铁路工程地基处理技术规程(TB10106/J1078)5 施工方法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0.380.75m/min的速度沉至要求的加固深度；再以0.30.5 m/min均匀速度提起搅拌机，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，由搅拌叶片将水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地面（近地面开挖部位可不喷浆，便于挖土），即完成一次搅拌过程。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），一根接一根搭接，相搭接宽度宜大于100mm，以增强其整体性，即成壁状加固体，几个壁状加固体连成一片，即成块状。其常用的施工方法有浆体搅拌施工和粉体搅拌。5.1浆体搅拌施工采用浆体搅拌法施工：施工前应确定搅拌机械的压浆泵的输出量、浆液经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间以及设备提升速度等参数，并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比等方面参数和工艺要求。为保证桩端施工质量，当浆液到达喷浆口后应在桩底标高处停留不少于30秒以确保浆液完全到达桩端。5.2粉体搅拌桩施工采用干水泥粉或生石灰粉作为固化剂，利用搅拌机械和压缩空气将粉体送入地下，搅拌成桩。水泥的标号通常采用42.5。正式施工前应先打试验桩（也可利用工程桩），以掌握各项参数（气压、气量、送灰量及搅拌、提升速度等）；在施工过程中要及时检查送灰器中的材料容量，避免出现断桩；对于地下水位以上的桩，施工时可加少量的水，或施工完后地面浇水，以使水泥土的水解水化反应充分。为保证搅拌均匀，应考虑提升速度与搅拌速度匹配。6工艺流程操作特点6.1施工工艺流程施工准备搅拌机定位、预搅下沉制备水泥浆提升、喷水泥浆重复上、下喷浆搅拌移位清洗图1 施工工艺流程图图2 施工示意图6.2操作要点6.2.1施工准备1.确定深层搅拌桩处理方案前，应详细查明地基土的分层级组成情况、含水量、塑性指数、有机质含量、地下水侵蚀性和pH值等。地下水有侵蚀性时，应采用普通硅酸盐水泥和粉煤灰作为胶凝材料，粉煤灰掺量宜通过试验确定。2.深层搅拌桩施工前应进行室内配比试验，选择满足设计强度要求的水泥、固化剂及外掺剂及其掺量。固化剂和外掺剂必须通过加固土室内试验检验方能使用，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淅。标定深层搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管送达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数；并根据设计要求进行现场试验或成桩工艺性试验（不少于2根），确定搅拌桩的配比等参数并报监理单位确认后，方可进行施工。3.测量放样，桩位宜采用正三角形、正方形或矩形布置；平整场地，低洼时应回填粘性土料；清除桩位处的障碍物，验明对施工有影响的地下管线位置，并在开机对钻机进行调试，检查桩机运转和输料管畅通情况。6.2.2深层搅拌桩施工1.成桩工艺回填平整场地至设计标高测量定位桩机就位对中搅拌下沉至设计桩底后略为提升制备水泥浆启动灰浆泵边喷边搅匀速提升至设计标高重复搅拌下沉喷浆提升移至下一桩位2.根据地基条件、工程要求等选择合适的施工机械。施工机械符合下列规定：根据地基的加固深度选择合适的深层搅拌机、起重机、水泥制浆系统、导向设备及提升速度量测设备、与深层搅拌机配套的起吊设备。不得使用无浆（粉）体自动计量装置的搅拌机；当要求桩体强度较高或有效桩长较长时，宜采用双轴多向水泥土（砂浆）搅拌机。组装机架，组装机架垂直误差小于0.50%；铺设枕木（采用钢枕木）时应找平，确保机身水平，应按找平的要求垫实、垫稳枕木，枕木规格不得小于2500×200×200，间距不大于1.2米。桩机移至制定桩位对中，整平，搅拌轴垂直误差小于1.5%，现场用线锤吊线检查垂直度，保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度。3.预搅下沉启动搅拌机电机，待搅拌头转速正常后，借深搅机机头自重，以不大于0.380.75m/min的速度下钻至设计桩底标高。钻杆垂直度不大于1.5%，钻头直径磨损量不得大于10mm。搅拌机预搅下沉时，不宜冲水；当遇到较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对成桩对桩身强度的影响。4.制备水泥浆按照设计要求的水泥掺入量（12%20%），待搅拌头下沉至距桩底23米时开始拌制水泥浆液，水泥浆制备必须有充分的时间（大于3min），以保证水泥浆液搅拌的均匀性和活化性。水灰比为0.430.55左右，浆液进入截料坑时应加筛过滤，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，同时泵送必须连续。5.喷浆搅拌提升当搅拌头下沉到设计深度后，将搅拌头略为提升（约200mm），根据标定的灰浆到达桩顶的时间，确定提升速度，以不大于0.30.5m/min的速度边搅拌边提升，与此同时开动浆泵将砂浆从深层搅拌中心管不断压入土中，由搅拌叶片将水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地面（近地面开挖部分可不喷浆，便于挖土）。直至规定标高（停灰面比设计标高高出0.5m），任何时候都需保证截料坑内有水泥浆液。6.重复搅拌提升为使土体水泥浆搅拌均匀，用同样的方法，进行二次下沉、喷浆、搅拌、提升，第一次送浆量宜为总喷浆量的60%，第二次将剩余的40%浆量全部送完。7.清洗移位每天加固完毕，应用水清洗储料罐、砂浆泵、深层搅拌机及相应管道。8.施工记录每班记录员应对施工每根桩的桩号、施工日期及搅拌每米下沉或提升的时间,深度记录误差不得大于50mm,时间记录误差不得大于5s,施工过程中出现的障碍物处理情况及机械设备故障方面做好记录。9.为了控制搅拌桩质量严格按照以下质量检验标准执行。表1 水泥土搅拌桩地基质量检验标准施工质量验收的规定检查方法项序检查项目允许偏差或允许值单位数量主控项目1水泥及外掺剂质量设计要求查产品合格证书或抽样送检2水泥用量参数指标查看流量计3桩体强度设计要求按规定办法4地基承载力设计要求按规定的办法项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数量一般项目1机头提升速度m/min0.5量机头上升距离及时间2桩底标高mm±200测机头深度3桩顶标高mm+10050水准仪（最上部500mm不计入）4桩位偏差mm50用钢尺量5桩径满堂布桩0.40D用钢尺量，D为桩径6垂直度%1.5经纬仪7搭接mm200用钢尺量7劳动力组织表2 深层搅拌桩劳动力组织表：序号工种人数备注1现场负责人1负责施工指挥及协调组织力量2技术员4负责现场技术指导3操机工2负责搅拌机的操纵4司泵工2负责灰浆制备和泵送水泥浆液5记录员2负责施工中的各种原始记录除6拌浆工7具体制备水泥浆液和负责各种生产用料的运输物供应7机械工2负责机械的维修8电工1负责电器设备的控装和安全使用合 计208主要机具设备深层搅拌机、履带式起重机、灰浆搅拌机、灰浆泵、集料斗车及导向设备及提升速度量测设备。深层搅拌机械设备见下表。表3 主要机具设备标序号作业名称机具设备名称规格型号单位数量备注1预搅下沉深层搅拌机45×2kw台12定位履带式起重机15t台13制备水泥浆灰浆搅拌机200L台34提升喷水泥浆灰浆泵1.47MPa台15制备水泥浆集料斗0.4m³个16导向和提升导向架及提升设备套19质量控制9.1易出现的质量问题9.1.1搅拌桩的强度与成桩效果达不到设计要求，搅拌均匀程度直接影响桩身的强度,这是搅拌桩质量检测工作中的重要指标之一。影响水泥土桩搅拌均匀性的因素有:施工阶段的复搅次数与深度,土层本身的密实度,土层的塑性指数与天然含水量等。强度的高低不仅与水泥掺入量有关,还与土层本身的力学指标有关。9.1.2成桩效果与芯样的完整性不满足要求，搅拌桩主要适合于软土, 但土性的不同直接影响搅拌桩的成桩效果。搅拌桩施工中如遇到粉砂土,水泥与粉砂不能产生水解、离子作用,水泥土桩成桩效果也将直接受到影响,水泥土桩在粉砂性中芯样基本上呈颗粒状,无侧限抗压强度很低。如果水泥土桩在高含水量的淤泥质粘土或淤泥土中,因原状