水泥搅拌桩施工方案(2018)

水泥搅拌桩施工方案(2018)深层搅拌水泥土桩是应用较广泛的一种地基处理工艺，应用中大多考虑了该工艺的优点，而对其技术经济指标、施工工艺、设计方法等方面所存在的问题，则缺乏足够的认识，从而导致不合理甚至盲目应用的事例时有发生，有的造成了严重的质量事故。本文就深层搅拌水泥土桩应用中常见的主要问题进行了探讨，供应用中参考。 深层搅拌水泥土桩自上世纪八十年代在我国开始应用以来，应用领域得到很大的拓展，大量用于公路、铁路、机场的软弱地基加固，深基坑工程中的支挡防渗工程，以及8层以下的多层建筑物的地基处理。根据我国国情开发的价格低、机型轻便的搅拌机械，在软土地基处理中发挥了很大的作用。目前除西藏、青海等省外，其余各省、市、自治区，包括台湾在内都有应用的报道。 在工程实践中，由于我国搅拌机械的性能及施工监控系统不够完善，加上操作不认真，设计理论不够成熟，工程中出现了不少质量事故。上世纪九十年代，上海市、江苏省、天津市等先后发文，禁止在建筑物地基处理工程中使用干法工艺的深层搅拌水泥土桩粉喷桩。武汉市也于1998年出台了粉喷桩的设计。施工管理规定，对粉喷桩的适用范围作了明确地限制，对设计、施工的主要问题也进行了说明。 鉴于该技术具备施工速度快，对环境影响小，可施工不同形状的加固体等优点，从事该项施工的人数和单位不断增多，出于盈利的目的，商业性宣传掩盖了发生的问题，同时也掩盖了该工艺本身所存在的症结，形成了简单地禁止使用或者盲目使用、勉强使用的两个极端。为了深层搅拌水泥土桩技术的健康发展，有必要对一些主要问题进行深入探讨。 2.技术经济招标问题 国内大量应用的搅拌桩桩径多为500mm700mm， 有单头搅拌、二头搅拌和多头搅拌之分。用于特殊目的(如隔渗等)也可施工直径1000mm左右的搅拌桩。桩长可达20mm左右。为了降低造价，便于施工，水泥的掺入量大部分控制在15%左右。大量的工程实践证明，在此种掺入比的情况下，在软土中，桩体无侧限抗压强度(现场平均值)仅能保持在1.0MPa左右。常常形成桩身强度控制承载力，土的抗力不能完全发挥作用的不合理模式。 按建筑地基处理技术规范JGJ79-2002的有关规定，考虑试桩超载及使用中的安全度，桩体强度应符合下式要求。 式中fcu与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值; 桩身强度折减系数，干法可取0.200.30，湿法可取0.250.33; Up桩身横截面周长; qs桩园土摩阻力的加权平均值; L桩长; Ap桩身横截面积; 桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.6。 取=0.5，d=0.5m，=0.25一般软土中按 qs=12KPa，qp=150KPa计算，如下式: fcu?384L+300 按(3)式计算不同桩长可以充分发挥土抗力时桩身的强度值，计算结果见表1。 表1 不同桩长当充分发挥土抗力时对应的桩身强度值 桩长(m) 20 18 15 12 9 6 5 试块立方体强度(kPa) 7980 7212 6060 4908 3756 2604 2220 现场桩身强度(kPa) 3990 3606 3030 2464 1878 1302 1110 从表1中可以看出，除深厚超软土地区及短桩(桩长小于5m)外，目前施工水平所能保证的桩身强度(1MPa)远不能充分发挥土的抗力，形成了桩身强度严重制约承载力的不合理模式。500mm桩当桩身强度(现场平均值)为1MPa时，仅能提供98KN的单桩承载力特征值。 为确保工程质量，防止盲目设计，湖北省地方标准建筑地基基础技术规范(DB42/2422003)规定了水泥土搅拌桩单桩承载力特征值不宜大于120KN，复合地基承载力特征值不宜超过180KPa。 水泥土搅拌桩工艺的自身缺陷，较大桩径所提供的承载力较小，加上搅拌桩上的条基或筏基又高于桩基承台梁，因此，在许多情况下，其综合造价往往高于夯扩桩、沉管桩、预制桩或石灰桩及CFG桩复合地基。 深层搅拌桩对桩端土处理不力，其端阻力仅能取桩端土承载力特征值的二分之一左右，当桩端存在较好的土层时，不能有效地加以利用，此种情况下其它桩型的优势更为明显。 综上述，搅拌桩的技术经济指标在工业与民用建筑的地基处理中并不理想，但在控制沉降为主要目的的工程中(路基、堆场、地坪等软基加固)则仍有用武之地。 3.施工工艺的问题 我国的深层搅拌桩施工监控系统不完善，钻头升降与供料系统非联动操作，加上堵管等影响，单位桩长的供灰量不准确，常常造成沿桩长方向桩身强度过大的差异，不少桩身的芯样不能成型，在收集到的100余根粉喷桩的抽芯检测资料中，全桩桩身完整者仅3根，问题不容忽视。 深层搅拌桩利用原位土拌合，既有优点又有弊病。众所周知，水泥土强度与土质的关系非常密切，同样的掺入比，同样的工艺在淤泥中和砂类土中的水泥土强度可相差1倍以上。当穿越不同土层时，很难避免桩身强度的差异，这种差异也制约搅拌桩的承载力。 如前述，搅拌桩桩径与承载力不匹配，大于500mm的桩径给基础下布桩造成困难，在一定桩距条件下，它要求很宽的基础，从而降低了经济效益，在大量采用条形基础的多层建筑物下此种矛盾较为突出。 深层搅拌机械是针对软土设计的，但在软土处理中往往要穿透一定厚度的强度较高的土层，或要进行复搅时，目前的机械往往不能胜任，这也限制了该技术的发展。 4.设计方法的问题 由于水泥土桩的变形模量一般为其无测限抗压强度的120150倍，高达100MPa以上，其应用的环境又为软土，因此桩土模量比大多超过50，规范中规定按桩基的设计原理计算单桩承载力是合理的。 但是，如前所述，由于单桩承载力很小，在软土中要取得较理想的复合地基承载力，只得采取增加桩数，即加大置换率的办法。据笔者统计，大多数的深层搅拌桩的置换率在20%以上，桩中心距仅能保持在二倍桩径左右。深层搅拌桩多为摩擦桩或端承摩擦桩，在小桩距下其测阻力的群桩效应不容忽视，在软土中的搅拌群桩呈块体深基础形态。此时简单地套用规范中的规定，以单桩复合地基载荷试验的结果为依据，忽略群桩桩端土的强度和变形问题，是十分危险的。 上述问题表现在沉降计算中更令人担忧。按建筑地基处理技术规范JGJ792002第11.2.9条规定“桩端以下未加固土层的压缩变形S可按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007的有关规定进行计算。”条文说明中明确了“下卧层变形按天然地基采用分层总和法进行计算”。上述规定在浙江等地区的一般软土中，特别是桩端进入稍好的土层时，计算结果与实际情况相差不远，对于武汉地区湖相沉积的超软土淤泥，当搅拌桩未穿透厚层淤泥，呈“悬浮 ”状态时，计算结果远远小于建筑物实际沉降量，由此造成了数十憧建筑物大量下沉、倾斜，沉降量大多超过300mm且未稳定，倾斜率也超过危房标准的7。 5.检测方法的问题 复合地基及单桩承载力检验采用静载荷试验的方法。由于压板尺寸的限制及桩身的可压缩性，其影响深度不大，试验结果不能完全代表加固深度范围内复合土层及桩身质量的实际状况。 特别是水泥土桩桩身完整性及强度的检测，目前尚未找到有效的检测途径。规范中提出成桩3天内用轻型动力触探(N10)检查桩身的均匀性，实施中有时难以贯入。采用低应变检测桩身质量，目前无试验验证数据，亦不可行。采用钻芯法时，由于粉喷桩桩中心存在喷灰盲区，桩身横截面实际为200mm厚的园环状(500mm桩)，在环状截面中钻芯，钻头常偏出桩外，加之钻头的扰动，芯样大多不能成型，使钻芯法也难以准确评定桩身质量和水泥土强度，以上问题给工程的检查验收工作带来了困难。 6.几点建议 6.1 用于多层建筑地基处理时，可将桩径缩小至350mm400mm，同时增加水泥掺量，提高桩身强度。缩小了直径的桩有利于发挥测阻力，可以保持较大桩距，减少群桩效应的折减，减少基础宽度。 6.2 在基础与桩顶间设置100mm300mm厚的砂石垫层，充分调动桩间土的承载力，同时避免桩头破损。在深厚软土区、垫层厚度可加大至500mm以上，利用垫层的扩散作用，加大软土的受力面积，从而可将搅拌桩布置在基础以外。此时桩距可加大至3d以上，减少群桩效应。此种措施在桩端持力层较软弱时(即所谓悬浮桩)，可有效地减少沉降。 6.3 在淤泥等软土中，当桩距较小时，复合地基呈等代实体的深基效应，沉降计算应按桩基验算。湖北省地方标准建筑地基基础技术规范DB42/2422003第7.3.10条规定了具体的计算方法，这个计算方法是通过实际工程的验证得出的。 6.4 为了减少地基沉降，可将部分搅拌桩加长，最好打至较好的土层。在深层软土中采用悬浮桩时，除增加垫层厚度外，宜将部分桩加长，这些加长桩的桩距宜大于4.5d。超长部分的桩测阻力将减少短桩桩端的附加压力，减少沉降。 6.5 加强施工监控系统的研制，提高工法的技术含量。 6.6 进行固化剂研究，提高桩身强度。 6.7 搅拌桩桩身质量及完整性的检测，应研制检测设备。在目前的水平下，建议以单桩静载试验为主，可辅以挖开及钻芯检查，钻芯结果只能作为参考，不能作评定依据，现场水泥土强度检验，最好挖开桩头及桩头以下一定深度，人工取样进行立方体抗压强度试验。 xxxx铁路通道水泥搅拌桩试桩施工方案编制： 复核： 审核： 目 录1. 编制依据、编制范围 .11.1.编制依据 .11.2.编制原则 .11.3.编制范围 .12. 工程概况 .22.1.地质情况 .22.2.加固措施 .23. 试验地点 .24. 试验目的 .25. 施工组织机构 .26. 施工工期安排 .37. 试桩方案 .47.1.施工工艺流程 .47.2.施工准备 .47.2.1技术准备 47.2.2人员准备 57.2.3材料准备 57.2.4机械准备 67.3.场地平整 .67.4.施工放样 .67.5.钻机就位 .77.6.浆液制作 .77.7.预搅下沉 .77.8.提升搅拌补浆 .87.9.复搅（喷） .87.10. .移位 87.11. .检测验收标准 87.12. .资料整理 98. 质量保证措施 .98.1.人员 .98.2.设备 108.3.材料 108.4.施工过程质量控制 109. 安全保证措施 1210.文明施工及环境保护 1211.附表 1311. 编制依据、编制范围1.1. 编制依据（1）新建山西中南部铁路通道工程搅拌桩地基处理相关施工设计图纸；（2）铁路土工试验规程（TB10102-2004）；（3）客货共线路基工程施工技术指南（TZ202-2008）；（4）铁路路基工程施工安全技术规程(TB10302-2009)；（5）铁路路基工程施工质量验收标准（TB10414-2003）；（6）我项目部综合施工能力、机械、技术装备能力及近年来参加铁路路基建设的施工经验；（7）我项目部现场调查相关资料；1.2. 编制原则（1）严格按照相关施工规范、验收标准中各项规定和设计文件的各项要求进行编制。（2）优化施工方案，确保工程质量达到验收标准要求。（3）采用先进可靠的安全预防措施，确保施工生产和人身安全。2（4）加强环保，不出现环境污染事故。（5）尊重当地宗教信仰和风俗习惯，制定文明施工措施，确保文明施工。1.3. 编制范围本方案编制范围为新建山西中南部铁路通道ZNTJ-13标（洪洞北至汤阴段）路基工程搅拌桩试桩施工。2. 工程概况2.1. 水文地质情况勘察期间地表水不发育，见水渠中有少量水流，补给形式主要为大气降水，流量受季节性影响。该水样具硫酸盐侵蚀，化学环境作用等级为H1。岩性自上而下露出层有：粉质黏土、粉土、泥灰岩。2.2. 加固措施路基填方高，地层压缩性高，经检算沉降不满足要求，全段路基采用多向水泥搅拌桩加固，水泥搅拌桩设计桩径0.5m，桩间距1.4m，桩长5-15m，正三角形布置，其中DK634+350.00+373.00桩长6m，DK634+373+422.00桩长8m，DK634+422.00+640.00桩长10m，DK634+640.00+670.94桩长15m。桩顶铺设0.5m厚的碎石垫层 3，内夹一层抗拉强度110kN/m的单向拉伸多了土工格栅（TGDG110kN/m）。3. 试验地点本次试桩选择在DK634+350-DK634-DK634+670.94软土地基处理范围内。4. 试验目的通过本次水泥搅拌桩的试桩，确定主要施工工艺参数（水胶比、掺灰量、钻进及提升速度等），为后期大面积施工提供有力依据及保障。5. 施工工期安排根据本标段施工工期要求，我项目分部结合自身能力和实际情况，拟定于2011年3月22日开始试桩， 2011年4月底完成检测，计划工期约1个月。6. 试桩方案6.1. 施工工艺流程搅拌桩施工工艺流程图见下图。4水泥搅拌桩施工工艺框图6.2. 施工准备6.2.1. 技术准备（1）图纸会审施工图到达后，组织相关技术人员进行图纸审核，并使有关施工管理人员认真熟悉图纸。（2）材料计划5按照施工设计图及施工进度安排，编制材料计划，并保证按时、按质、按量组织进场。根据规范规定和要求，进行各种材料的检查、试验，以保证工程质量和进度要求。（3）室内配比按照设计要求进行室内配比，室内配比的水泥浆水胶比控制在0.45-0.55。6.2.2. 人员准备投入本工程施工人员，以经验丰富的管理人员和技术工人为骨干，以普工为辅助，技术等级能满足本工程施工对人员配置的要求。其主要人员配备如下：搅拌桩试桩人员配置序号 工种名称 人数 备注1 技术员 12 质检员 13 安全员 14 材料员 15 试验员 16 挖土机司机 17 自卸汽车司机28 操作工 29 普工 5合 计 156.2.3. 材料准备6采用42.5级水泥。提前编制好材料计划，根据材料计划采购，水泥提前进场，并完成各项检验。水泥棚在施工现场搭设，水泥棚的底部用土填高，使之比周围地面高出30cm50cm，并铺设一层木板，然后铺设一层彩条布，最后再铺设一层塑料薄膜，以确保水泥不受潮变硬。四周要开挖排水沟，若受潮结块不得使用，做到防水、防风。6.2.4. 机械准备施工设备的配备要体现出施工中先进的机械设备，配备高效率、低污染的施工设备，以保护环境和改善作业条件，满足工期要求。主要施工机械配置详见下表：主要施工机械配置表序号机械或设备名称单位 数量 备注1 浆液搅拌机 台 1 完好2 灰浆搅拌机 台 1 完好3 灰浆泵 台 1 完好4 150KW柴油发电机组套 1 完好5 电缆、电线 米 若干 完好76 修理设备 套 1 完好对进场的机具设备进行组装和调试，确保机具的完好率，保证满足施工要求。计量设备应经有相关资质的单位进行标定，并贴标签才能用于施工。6.3. 场地平整施工前，先将施工范围内种植物及障碍物进行清除。场地平整高度为浆体喷射搅拌桩设计桩顶上0.5m，平整后用压路机碾压数遍，使之符合设计及规范要求。6.4. 施工放样根据桩位平面布置图，在施工现场用钢尺定出每根浆体喷射搅拌桩的桩位，用竹签插入土层并在桩位处撒石灰做好标记，每根桩的桩位误差不得大于5cm。同时做好复测工作，在以后的施工中应经常检查桩位标记是否被移动，确保浆体喷射搅拌桩桩位的准确性。测量场地标高，以便确定钻孔深度及停灰面高度。6.5. 钻机就位利用起重机移动搅拌机到指定桩位对中，为确保桩位正确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于5cm，导向架和搅拌机轴与地面垂直，垂直度的偏差不应超过1.5%。6.6. 浆液制作8根据试验室室内试验提供浆液配合比进行现场浆液配制，配制的灰浆应流动性好，不离析，便于泵送、喷搅，灰浆应搅拌均匀，加滤网过筛，现制现用。水泥浆液的配制要严格控制水灰比，加入的水应有定量容器，制拌好的水泥浆不得停置时间过长，超过2小时不得使用。浆液在灰浆搅拌机中要不断搅拌，直到送泵前。存浆容器应按设计投料量，按一次料打一根桩，以确保成桩质量。6.7. 预搅下沉开动灰浆泵，证实浆液从喷嘴喷出时启动桩机向下旋转钻进喷浆搅拌并连续喷入水泥浆液。相关工艺参考值如下：钻时速度，参考值V=0.50.8m/min；提升速度，参考值Vp=0.50.8m/min；搅拌速度，参考值V R=3050r/min；钻进、复搅与提升时管道压力，参考值0.10.2MPa；喷浆时管道压力，参考值0.20.4MPa；喷浆量，参考值30L/min。钻进喷浆成桩到设计桩长或层位后，原地喷浆半分钟，再反转匀速提升，深度误差不得超过5cm。9下沉钻头钻进时，应根据土质软硬，选择合适的档位，并时时注意电流的变化及时换档。6.8. 提升搅拌补浆钻头钻到桩底设计标高后，关闭发送器前的控制阀，反转提升，视地质情况，调整转速，再打开控制阀，按需要逆向被搅动的疏松土体喷射水泥浆，补足剩余浆量，边提升边喷射边搅拌，搅拌一定要均匀，使软土与水泥浆充分混合，直到停浆面（停浆面距地面0.50m）。6.9. 复搅（喷）提升搅拌补喷浆到停浆面时，为了加强搅拌的均匀性，对全桩上下复搅不少于一次，对软弱土层可增加复搅次数。同时，为提高上部桩身强度，对于位于建筑地基范围内的浆喷桩，搅拌桩头以下4m范围内，除复搅外，还要进行复喷。6.10.移位每一根桩施工完成后，可移位进行下一根桩的施工。6.11.检测验收标准10成桩7天内应采取轻型动力触探仪（N 10）检查桩体的质量，触探点应在桩径方向1/4处。在成桩28天后选取桩在桩体上部（桩顶以下1.0m）现场截取桩体进行无侧限抗压强度试验（90天无侧限抗压强度不小于1.8MPa）。施工质量偏差表如下：施工质量允许偏差表项次 检查项目 规定值或允许偏差备注1 桩体间距(mm)1002 桩 位(mm) 503 桩 径 不小于设计值4 桩 长 不小于设计值5 竖直度（%） 1.%6 单桩喷浆量 符合设计7 桩体强度 不小于设计8 复合地基承载力不小于设计6.12.资料整理试桩完成后，对取得的数据进行整理并按程序上报，待批准后作为以后指导浆体喷射搅拌桩大面积施工的依据。7. 质量保证措施为确保工程质量，符合设计要求及有关规范的规定，实行过程控制为主，工后检测为辅的方法，从人员、11设备、材料、施工前的准备、工程施工过程等方面对工程质量进行预控。7.1. 人员实行岗位责任制，做到定机、定人、定岗、定责。每处施工现场确定一名机长，制定详细的操作手、机长、自检人员岗位责任制。对现场施工和质检人员进行培训，从干部到职工都强化质量意识，凡参加浆体喷射搅拌桩施工的人员上岗前首先要了解、掌握、重温有关施工技术规范，明确岗位责任，做到未经培训不得上岗。充分发挥质检人员对工程质量的控制作用，对成型后的每根桩实行施工队、项目部全过程工地自检，全部合格后方可报请监理组抽检。项目部质检人员和监理人员对质量具有一票否决权。7.2. 设备浆体喷射搅拌桩机必须采用专用浆体喷射搅拌桩机，严禁采用粉喷桩机改装。钻头应为双十字钻头，严禁使用利用自重下沉和无位直接利用卷扬机进行提升的钻机。输送管长度一般不大于60，摆放平顺，管道最大长度不得大于80，接头最多不超过2个。每台湿喷桩必须配备能够自动记录，打印处理深度，单位长度水泥12浆用量，复搅深度、水泥浆比重的电脑记录装置，即能打印每根桩施工中钻头各次下钻深度及提高高度的全过程记录和水泥浆段浆量、水泥浆用量曲线图和水泥浆比重，所有数据必须实时打印。所有的电流表、压力表和电脑计量装置等必须经过计量部门的标定认可，每台设备必须经监理人员现场试桩后，由驻地监理组统一发放进场设备准许证后方可使用。7.3. 材料只有合格的材料才能保证合格的工程，施工中建立健全材料管理台帐，施工中使用的水泥应经过自检后方可进场，进场后的水泥应按批进行报检，报请监理工程师抽检合格后方可投入使用。用水泥库保管水泥，水泥库四周设排水沟，防止水泥受雨淋导致受潮、结块。建立水泥台帐审核签认制度，台帐中应注明水泥的领料日期、数量及施工桩点号等。浆体喷射搅拌桩机的水泥必须由机长领取并编号，同时必须由旁站人员现场核实后签认，施工人员在原始记录上应注明每根浆体喷射搅拌桩的施工桩号。137.4. 施工过程质量控制施工前应绘制浆体喷射搅拌桩平面布置图，对全体浆体喷射搅拌桩进行统一编号，按编号进行施工，防止漏桩。建立的水泥台帐审核签认制度，台帐中应注明水泥的领料日期、数量及施工桩点号等。水泥必须由机长领取并编号，同时必须由旁站人员现场核实后签认，施工人员在原始记录上应注明每根浆体喷射搅拌桩的施工桩号。每天认真校核桩机的领料数量及施工桩位，检查桩机的每批领料数量与该机完成的浆体喷射搅拌桩延米数量是否相符，并复核打印资料的准确性。每日的施工原始记录应交现场施工负责人核查，正确无误后，交现场监理人员检查签认。严格控制钻孔下钻深度、喷浆高程及停浆面，确保湿喷桩长度和喷浆量达到规定要求。浆喷桩要穿透软透土层到达强度相对较高的持力层深入土层50cm，持力层深度除根据地质资料外，还应根据钻进电流表的读数值来确定，当钻杆钻进时电流表的读数明显上升，说明已进入硬土层，如能持续50cm以上14则说明已进入持力层。如软土层厚度与设计桩长不符时，应遵循以下原则：如达到设计桩长软土层仍未穿透时，应继续钻进，直至深入持力层50cm为止；如未达到设计桩长在已探明确已钻至硬土层的情况下，至少应深入持力层1.0 。钻机提升时管道压力不宜过大。在成桩过程中，如发生断电、卡钻等外在因素影响桩身质量时，应在12h内采取补喷措施，补喷重叠长度不宜小于1.0。对输浆管要经常检查，不得泄漏，不得采用受潮成块的水泥，其直径以4953毫米为宜。在边坡附近施工时，应采取措施确保边坡的稳定。8. 安全保证措施（1）推行安全标