浅谈粉喷桩在地基加固工程中的应用(论文).doc

安徽建筑工业学院继续教育学院毕业论文（设计）题目 浅谈粉喷桩在地基加固工程中的应用 姓名 班级 工 程 管 理 学号 2009052059 摘要：结合工程实例，介绍粉喷桩加固软弱地基施工流程、工艺和技术要点，总结施工过程中应注意的几个问题及相应处理措施。关键词：水泥土搅拌桩；地基处理；应用Easy to pile in the application of the projects，On piles to strengthen a weak foundation construction process. ChengZe-PingAbstract：With an engineering example, on a weak foundation to strengthen the construction process, processes and techniques, a summary of the construction process should pay attention to several issues and the appropriate treatment measures.Key words：Water and soil a，Foundation treatment，Application目录0 引 言41 施工原理42 适用范围及优点53 施工流程54 设计参数65 施工准备65.1 原材料65.2 机具检查65.3 场地整平75.4 工艺性试桩76 施工控制76.1 测量定位76.2现场控制76.3垂直度控制76.4施工控制86.5现场施工应注意事项86.6人员要求：87 质量控制与分析97.1现场施工严格按建筑地基处理技术规范执行（详见下表）97.2对成桩质量的检测97.3.对成桩质量偏差的分析107.4.桩体沉降监测成果108 结语11参考文献12浅谈粉喷桩在地基加固工程中的应用0 引 言随着国民经济的高速发展，不仅需要选择在地基条件良好的场地从事建设，而且有时也不得不在地质条件不良的地基上进行修建。另外，科学技术的日新月异也使结构物的荷载日益增大，对变形要求越来越严，因而原来一般可被评价为良好的地基，也可能在某种特定条件下非进行地基处理不可，因此，地基处理的重要地位也日益明显，已成为制约工程建设的主要因素，如何选择一种既满足工程要求，又节约投资的设计、施工和验算方法，已经刻不容缓的呈现在广大的工程技术人员面前。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土等软弱地基。水泥土搅拌法可根据实际需要，采用柱状、壁状、格栅状等。水泥土搅拌法具有最大限度利用了原土、污染少、成本较低等特点，在工程实践中得到了广泛应用。本文从工程实践出发，探讨一下水泥土搅拌桩（干法）在地基加固工程中的应用及控制技术。本工程所处的地貌单元为淮北平原，微地貌为平地，选址东部有一处暗塘，空间分布较大，岩土工程性质差，根据岩土工程勘测报告，分为四个地质层：层粉土为表层“硬壳层”，岩土工程性质一般，可作为天然地基持力层；层粉质粘土的岩土工程性质较差，软塑局部可塑偏软，夹薄层粉土，不宜作为天然地基持力层；层以软流塑状淤泥质粉质粘土为主，压缩性低，为软弱下卧层；层粉质粘土岩土工程性质较好，分布稳定，为良好的下卧层。通过计算分析，位于暗塘部位的建、构筑物需进行深层地基处理，设计上采用水泥土搅拌桩（干法）即粉喷桩来处理软基，通过粉喷桩的间距来控制结构物的工后沉降。1 施工原理水泥土搅拌法分为深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法），由于本工程地下含水量大于70%且PH值小于4，适合采用干法施工，即粉喷桩，它是利用水泥等材料作为固化剂，通过带螺旋状的涡轮钻头将水泥粉和软土在地基深处进行强制拌和，由固化剂和软土间所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。其加固原理是：水泥加固土由于水泥用量很少，水泥水化反应完全是在土的围绕下产生的，凝结速度比在混凝土缓慢。水泥与软粘土拌合后，水泥矿物和土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出氢氧化钙生成硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、铝酸三钙（3CaOAl2O3）、铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）、硫酸钙（CaSO4）等水化物，有的自身继续硬化形成水泥石骨架，有的则因有活性的土进行离子交换和团粒反应、硬凝反应和碳酸化作用等，使土颗粒固结、结团，颗粒间形成坚固的联结，并具有一定强度。2 适用范围及优点水泥土搅拌桩加固技术具有独特的优点：（1）最大限度地利用了原土；（2）搅拌时无震动，无噪音，无污染，对土无侧向挤压，可在密集建筑群中进行施工；（3）根据上部结构的需要可灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式；（4）施工周期短，造价低廉，效益显著。本法适于加固较深较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力不大于120kPa的粘性土地基，对超软土效果更为显著。3 施工流程选择打深能力不少于15m，成桩直径60cm的粉喷桩专用机械设备，施工流程为：桩位放样钻机就位桩机整平，复核桩位高压气打开喷粉孔钻进到设计深度反转提钻并喷水泥粉至自然地面停止喷粉重复搅拌反转提升至地表成桩移位。（a）定位下沉；（b）深入到设计深度；（c）边搅拌边喷粉边提升；（d）原位重复搅拌下沉；（e）重复搅拌提升；（f）搅拌完成形成加固体图1 粉喷桩施工工艺流程4 设计参数水泥搅拌桩复合地基主要由桩身、桩间土和褥垫层共同组成。水泥搅拌桩技术在运用之前主要要先确定水泥掺入量，桩径、桩长、加固范围、褥垫层、桩的承载力以及桩的布置形式等内容。水泥掺入量：水泥掺入量为加固土体重量的15%。水泥搅拌桩固化剂采用强度等级为42.5级普通硅酸盐水泥。桩径：根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2002以及成桩施工机械等因素确定，本工程水泥搅拌桩直径采用600mm。桩长：同样根据规范，水泥搅拌桩的长度宜穿透软弱土层到承载力相对较高的土层。本工程水泥搅拌桩有效桩长为8.5m，桩体必须进入第4层粉质粘土层，不得少于1m。加固范围：水泥搅拌桩可只在基础平面范围内布桩。本工程基础采用钢筋混凝土独立基础，粉喷桩仅在各独立基础范围内布桩。褥垫层：水泥搅拌桩复合地基在基础和桩之间设置300mm厚褥垫层，其材料为中粗砂。桩土承载力：桩身材料强度确定的单桩承载力应大于或等于由桩土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。相应水泥土28天龄期强度标准值不小于2200kPa，加固后复合地基承载力不小于130KPa。5 施工准备5.1 原材料粉喷桩加固材料选用42.5级普通硅酸盐袋装水泥，项目部对水泥的采购、贮存及使用统一管理。为了避免水泥受潮，水泥进入工地后存放在水泥库房中，并在地面上搁置木板支架、油毡、薄膜等进行隔离。水泥入库、出库后严格登记水泥台帐，以便在施工时能及时核对每天完成的喷粉桩数量和水泥用量是否相符。每批水泥进场后，项目部及时取样送试验室检测其各种物理性能。5.2 机具检查施工之前应先检测粉喷桩钻机上的粉体自动计量装置和打印设备的完好性、准确性，以及搅拌机械、供粉泵、送气和送粉管路的密封性和可靠性。电脑计量装置必须送往市以上的计量单位标定、校核，贴标签进行密封后方可施工。此外，送粉管路长度不得超过60m，以保证粉量的持续均衡性。5.3 场地整平本工程地势较为平坦，场平工作可以省略，但对于其他位于沟塘处的工程，则需进行必要回填、整平，清除桩位处地上、地下一切障碍物（包括大块石、树根和生活垃圾等），场地低洼处用粘性土料回填夯实，不得用杂填土回填，以保证施工设备在施工现场能顺利施工。5.4 工艺性试桩为了提供满足设计固化剂掺入量的各种操作参数，验证成桩的搅拌均匀程度和成桩直径，了解下钻及提升的阻力情况，在正式施工前应根据设计进行不少于2根的工艺性试桩；当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥用量。6 施工控制6.1 测量定位在粉喷桩施工前，根据施工蓝图和设计参数，利用全站仪或经纬仪进行测量定位，并利用小木桩定好制桩点，以利施工。6.2现场控制项目部派专人全过程监督负责粉喷桩的施工，且所有施工人员（包括技术员、施工员、机长）要求持证上岗，施工设备要求进行挂牌编号，主机塔架上标每米的刻度线（要求有反光标志），以便掌握钻入深度、复搅深度、复搅速度。6.3垂直度控制为保证成桩的垂直度能满足设计或规范要求，在主机塔架上挂一重锤，通过钻机支腿的升降来调整主机塔架的垂直度，从而确保钻杆和桩体的垂直度。6.4施工控制6.4.1控制钻机速度 钻机以慢速启动钻进，正常后换中速钻进，当钻头接近设计深度时挽回慢速钻进，钻头在原位转动1min。为保证钻杆中送粉通道的干燥，从钻进开始到喷粉期间应连续输送压缩空气。6.4.2提升喷粉搅拌 当搅拌桩到达设计桩底标高以上1.5m时，立即进行喷粉作业；在确认水泥粉喷至孔底后，以1.08m/min的速度反转提升，在提升的同时连续喷粉。当提升到设计停灰面（自然地面下0.5m）后，应慢速在原地搅拌12min。6.4.3重复搅拌 为保证桩体中水泥粉更加均匀，须再次将钻头下钻到设计深度，提升复搅时，速度仍控制在1.08m/min。6.5现场施工应注意事项6.5.1每根桩完成后，及时检查电脑小票中的各种技术参数。如出现桩体中喷粉量不足时，应及时整桩复打，复打的喷灰量应不小于设计喷灰量。如出现机械故障喷粉中断时，必须复打，复打重叠应超过1m。6.5.2严格控制喷粉提升时的速度和复搅速度，严禁尚未喷粉的情况下提升钻杆作业。6.5.3贮灰罐容量应超过一根桩的灰量加50kg，当贮灰量不足时，不得对下一根桩进行施工。6.5.4施工过程中复搅时可能会出现卡钻头现象，因为经过喷粉的粘土与钻头的磨擦阻力增大，较易出现卡钻现象。可以采用复搅时沿钻杆加水减少磨擦阻力，以满足整桩复搅的需要。6.5.5钻头经过一段时间施工后，应卸下来检查其尺寸，其磨耗量不大于10，以保证成桩尺寸能满足规范要求。6.5.6粉喷桩固化剂是水泥粉。为防止喷粉时堵管，不仅要保证水泥不受潮，还应该在储灰罐进口处设滤网，防止结块的水泥或杂物进入储灰罐。6.6人员要求：现场施工技术人员，施工人员严把喷粉量、提升速度及风压三个参数关、以确保粉喷桩的成桩质量。并做好现场记录，及时整理资料并核对电脑小票中的各项技术参数，并确保桩距和数量均满足设计要求。7 质量控制与分析7.1现场施工严格按建筑地基处理技术规范执行（详见下表）7.2对成桩质量的检测7.2.1成桩7d后，破去桩头0.5 m表层水泥土，进行外观检测，检测外观是否圆顺、水泥土是否密实、搅拌是否均匀，量测成桩直径。检查量为总数的5%。7.2.2施工完成后3d内的N10轻便触探试验，主要是目的是检验水泥搅拌桩桩身水泥浆液的分布均匀性，轻便触探深度一般不大于4m，检测频率为施工总桩数的1%，且不少于3根。7.2.3施工完成28d后进行的水泥土搅拌桩承载力（静载）试验，可采用复合地基承载力试验和单桩承载力试验。主要目的是检验水泥搅拌桩完成后地基的承载力是否得到提高，检验桩身是否达到设计和规范要求，检验数量为施工总桩数的0.5%1.0%。且每项单体工程不应少于3根。7.2.4经轻便触探和静载试验后对桩身质量有怀疑时，在成桩28d后，用抽芯机对桩体进行抽取芯样，主要目的是检验桩身的强度、完整性、桩土搅拌均匀度及桩身长度。检验桩身强度是要求抽取芯样送检测机构进行28d 和 90d的无侧限抗压强度试验。检验数量为施工总桩数的0.5%，且不少于3根。7.3.对成桩质量偏差的分析7.3.1 垂直度偏差的主要原因：1）场地未平整，引起桩机难垂直；2）桩机钻孔搅拌前未调整到规定垂直度；3）搅拌头动力不足，在搅拌过程中产生偏移；4）钻杆偏细扭动，产生垂直度偏差；5）地表层有块石，迫使钻杆偏移。7.3.2 桩位偏差的主要原因：1）定位时以目测估计，产生误差； 2）表土块石使桩位偏移。 7.3.3 桩径偏小的主要原因：1）搅拌头叶片磨损未及时更换；2）水泥掺入量不足，使搅拌不匀，桩径偏小；3）钻杆上下速度过快，搅拌不匀使桩径偏小。7.3.4 强度达不到要求的主要原因：1）水泥掺入量达不到设计要求；2）地下水较大出现涌水现象，冲走了水泥粉，3）地下水含量较低，水泥与土不能固结或凝固效果较差；4）水泥凝结时间过长，水泥粉慢慢被冲走；5）水泥掺入量未能填满砂层中的空隙，在水流的作用下，水泥粉被带走；6）桩体搅拌不均匀或提升速度较快造成成桩强度不够。7.4.桩体沉降监测成果经质量检测部门做28天的复合地基承载力试验和单桩承载力试验，所测得数据均大于设计极限荷载，符合设计和规范要求，实际的工后沉降量均少于理论计算的沉降量，从而达到了减少工后沉降的目的。（图2为71#单桩复合地基静载荷试验图示） 图2 71#单桩复合地基静载荷试验图 p：荷载（kPa）；t：时间（min）；s：沉降量（）8 结语从近年来软基处理方式的应用效果上看,粉喷桩处理软土地基在目前来看仍然是一种行之有效的技术手段,它与其他软基处理方式相比,具有了预应力砼管桩、砂桩等所没有的一些技术优点。但从施工操作的角度出发,其技术难度较大,如果掌握不好,极易出现偏差,且因其为隐蔽工程,易留下隐患。所以,我们只有以科学的态度,按照设计的方法、标准来严格规范施工的工艺控制,只有这样,才能确保粉喷桩施工质量。本工程9998延米粉喷桩施工中，严格按照上述控制方法进行施工，通过质检部门的检测评定，所有的粉喷桩合格率100%，均达到优良工程。