水泥搅拌桩施工技术总结(第二版).doc

水泥搅拌桩施工技术总结（第六项目部 李洪方 李金）【摘要】深层水泥搅拌桩是利用水泥与地基深处的软土强制拌合，使一定范围的软土硬结而提高整体地基的复合强度。本文结合公司黄骅港地区实际施工情况，着重介绍水泥搅拌桩施工工艺，为以后类似施工提供借鉴经验。【关键字】软基处理 水泥搅拌桩 施工控制1.工程概况黄骅港综合港区多用途码头轨道梁基础工程，包括轨道梁基础处理、轨道梁施工、轨道安装、堆场标高恢复施工，其中轨道梁基础总长1917m，共计4条，基础部分已进行真空预压地基处理并投产堆载矿石约1年时间，为提高地基承载力并防止轨道梁沉降影响设备运行，对地基进行水泥土搅拌法加固处理。本工程共需打设水泥搅拌桩3832根，桩径0.5m，顶标高及长度各异，详见下表：序号搅拌桩位置桩底标高桩顶标高设计桩长数量1标准段轨道梁下-12.4m+4.6m17m30802cl1轨道梁下-12.4m+4.0m16.4m3043fl1轨道梁下-12.4m+3.4m15.8m448水泥搅拌桩设计参数：桩径为500mm，最大有效桩长17m，水灰比0.55，采用32.5级普通硅酸盐水泥作为固化剂，水泥掺入量为加固土质量的20%。成桩后复合地基承载力特征值不小于180kpa，桩身水泥土无侧限抗压强度平均值不小于1.5mpa（龄期90天）。2.水泥搅拌法加固机理及优点2.1加固机理水泥搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法，它是利用水泥作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂强制搅拌，使软土硬结成具有整体件、水稳定性和一定强度的水泥加固土水泥土，从而提高地基土强度和增大变模。2.2优点水泥搅拌桩的强度和刚度是介于柔性桩（砂桩、碎石桩等）和刚性桩（钢管桩、混凝土桩等）间的一种半刚性桩，它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立，在轴向力作用下又有一定的压缩性，但其承载性能又与刚性桩相似，因此在设计时可仅在上部结构基础范围内布桩，不必像柔性桩一样需在基础外设置护桩，具有其独特的优势。水泥搅拌桩施工可最大限度地利用原土；搅拌施工时，对原有建筑物影响很小；根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化剂的类型及其配方，设计灵活；搅拌时无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集建筑群中施工；加固后土体的重度基本不变，不会产生附加沉降；与钢筋混凝土桩基相比，降低成本的幅度较大；可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式。3.施工准备及施工前的质量控制3.1设备选型根据设计及施工需要，本工程选用sjb-型深层搅拌桩机及其配套设备进行施工，该机采用中心管喷浆方式，具有移动灵活、成桩质量高、施工速度快、噪音低等优点，适宜本工程施工。主要技术参数见下表：序号项 目参 数备注1电动机功率（kw）2402额定电流（a）2753搅拌轴转速r/min434额定扭矩n.m285705搅拌轴数26搅拌轴距离mm11007搅拌头直径mm5008一次处理面积m20.719最大加固深度m1810主机外形尺寸（lbh）mm950482173711总质量kg2450施工前对各种仪器仪表进行标定，包括压力表、密度计等；打桩机安装就位，试运转正常，完成进场和安装使用验收手续后开始施工。3.2典型施工施工前必须进行工艺性试验，并严格按设计及工艺要求进行，用以确定水泥浆比重、搅拌头的转速、贯入与提升速度、着底电流和水泥浆流量等技术参数。搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，确保加固深度范围内土体的搅拌次数满足规范要求。4.施工工艺流程本工程采用“三喷六搅”施工工艺，工艺流程及简图如下：测量定位预搅下沉预搅提升制备水泥浆下沉喷浆搅拌提升喷浆搅拌下沉喷浆搅拌重复提升复搅清洗移位。图1.“三喷六搅”工艺简图4.1测量定位按设计图纸进行测量定位，用钢筋钉好桩位，并用白灰作标识，桩位误差不超过50mm。搅拌机就位时，应对准桩位，机身垂直，在施工时不发生倾斜。现场用吊线锤来控制钻杆的垂直度，桩位偏差用钢尺等测量检查。4.2预搅下沉及提升启动深层搅拌机电机，放松起吊钢丝绳，使搅拌轴沿导向架搅拌下沉，下沉速度由电器控制装置的电流检测表控制，控制在0.9m/min左右，工作电流不大于额定值。搅拌机预搅下沉时，不宜冲水，当遇到较硬土层下沉过慢时，方可适量冲水，但应考虑充水成桩对桩身强度的影响。预搅下沉完成后，以0.9m/min的速度空搅提升，提升至地面后，对钻头进行清理，清除掉土工织物及排水板等杂物。 图2：预搅贯通及清理钻头4.3制备水泥浆搅拌机预搅提升的同时，在后台拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒至储浆池中。要求使用的水泥规格及掺量必须满足设计要求，水灰比取0.55，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。4.4喷浆搅拌过程采用中心管喷浆方式，用输浆胶管将贮料罐泥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0.9m/min左右的速度沉至要求的加固深度，再以0.9m/min的均匀速度提起搅拌机，第三次下沉搅拌的同时开动泥浆泵，将水泥浆从深层搅拌机中心管不断压入土中，由搅拌叶片喷出的水泥浆与软土搅拌，边搅拌边喷浆直到下钻至设计底标高，即完成一次搅拌喷浆过程，注意要控制泵送流量约为20l/min。第一次下沉喷浆完成后，用同样的方法再一次重复搅拌提升喷浆和下沉喷浆搅拌，待搅拌机注浆下沉至设计底标高时，关闭灰浆泵，为使地层和浆液搅拌均匀，再次复拌提升，即完成一根水泥搅拌桩的施工。4.5清洗施工完成后，向储存浆池内注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。4.6移位重复上述施工步骤，再进行下一根桩的施工。5.施工过程中的质量控制5.1严把材料质量关，水泥做到按批次按频率检验，并按设计及规范要求进行见证抽样。水泥现场应做好防晒、防潮、防雨淋等，存放时要求下层垫枕木或木板，上层覆盖防水编织布等。5.2应保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度，搅拌桩的垂直度偏差不得超过1.0%，桩位偏差不得大于50mm。5.3制备好的浆液不得离析，泵送必须连续，拌制浆液的罐数、固化剂与外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。5.4喷浆时，应保证注浆时前后协调一致，确保整个注浆过程的连续性，前后台安装电铃，统一信号。喷浆搅拌提升的速度和搅拌次数符合设计及施工工艺要求，喷灰量及提升速度等由流量计控制并由专人记录。5.5注意首次开启灰浆泵后应先注浆30-60s，使浆液顺利自喷浆口喷出，首次下沉喷浆至底面标高后，要求搅拌头在桩底停留喷浆30s左右并桩底1m范围内上下活动一次，再按设计规定的速度提升搅拌头，边持续注浆。5.6对于个别桩在施工中出现“抱钻”现象应及时清理钻头进行复搅。5.7施工过程中如因故停浆，要将搅拌头提升至停浆点以上0.5m处，待恢复供浆时搅拌下沉至停浆位置一米以下再进行搅拌提升，以免断桩。若停机超过三小时，要拆卸输浆管路进行冲洗。5.8现场派专人监管控制下钻深度以确保桩长，并由现场记录人员检测水灰比以确保水泥用量符合设计要求。6.施工检测及成桩效果6.1施工检测成桩7d后，采用浅部开挖桩头，开挖深度宜超过停浆面下0.5m，检查搅拌的均匀性及成桩直径。 图3：人工凿除、清理桩头成桩40d后，进行桩身强度检验，按设计要求采用双管单动取样器钻取芯样进行无侧限抗压强度检验。桩身水泥土无侧限抗压强度要求大于等于1.5mpa，要求沿水泥搅拌桩全长进行抽芯取样，每1.0m取1-2个试件进行试验，取芯检测占总桩数2%。 图4：单管双动取样器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。水泥搅拌桩施工完成后采用载荷板法进行地基承载力的检测，要求每条基础测点间距不大于100m，符合地基承载力特征值不小于180kpa。 图5：水泥搅拌桩取芯效果图水泥搅拌桩施工的允许偏差、检验数量和方法应符合下表规定序号项目允许偏差(mm)检验数量单元测点检 验 方 法1桩位50逐件检查1拉线用钢尺测量纵横两方向，取大值2桩底标高2001测量机头深度3桩顶标高100501用水准仪测量4桩径0.04d抽查 10%1用钢尺测量5桩垂直度101用经纬仪或吊线测量注： d 为水泥搅拌桩的直径，单位为 mm； 表中桩顶标高不包括浮浆厚度。6.2成桩效果内在质量：本工程施工完成后，通过取芯检测表明该工程水泥搅拌桩符合设计要求，实际施工水泥搅拌桩总数量3838根，检测桩数79根。检测报告显示，79根受检桩制作的抗压试件芯样抗压强度值均超过1.5mpa，均满足设计要求。复合地基承载力试验共检测16个桩位，承载力均超过180kpa，满足设计要求。 图6：复合地基承载力试验外在质量：在基槽开挖后，可以观察到基槽内两排桩体，桩体外观圆匀，无缩颈和回陷现象，凝体无松散，间距均匀，无透水漏水现象。 图7：水泥搅拌桩成型效果图7.施工功效分析本工程共计打设水泥搅拌桩3832根，高峰期配备12台搅拌桩机，自8月13日开始，至9月20日完成全部施工，共计33个有效作业日，实际功效为9.7根/台.天，较施工前预计效率16根/台.天，偏差较大。经分析，造成施工效率较低的主要原因有以下几个方面：7.1本次施工区域内，前期工程采用真空预压处理软基，基础内留存大量编织布、土工布、塑料排水板等，预搅时宜缠绕钻头，必须贯通整个桩体并清理钻头后方可进行喷浆，且钻头被缠绕后阻力增大，贯入速度大大降低。针对这种情况，可适当增加搅拌机自重，以加快贯入速度。7.2本次施工搅拌桩长度为17.5m，sjb-型深层搅拌桩机最大加固深度18m，且大多数设备较陈旧，不适合深度较大，地质条件较差的施工区域。7.3桩机的合理布设也是影响施工效率的一大因素，类似工程施工时必须综合考虑、提前谋划、合理布局，尽早达到施工高峰，并使每台设备能发挥出最大效率。8.施工中的几点体会8.1影响水泥搅拌桩施工强度的几点分析水泥掺入比：水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，一般施工中不宜小于12%，也不宜超过20%。水泥标号：本工程采用32.5普通矿渣硅酸盐水泥施工，28天龄期钻芯取样时发现强度较低，取芯成功率较低，后调整为40天龄期，取芯能顺利进行。为此，后期单独取出40根搅拌桩，采用42.5普通硅酸盐水泥施工，21天即可成功取芯，早期强度较好，类似工程施工时建议使用42.5标号水泥。另外，如要求达到相同强度，水泥标号提高后，可降低水泥掺入比，节约施工成本。含水量：施工过程中发现，土样含水量较大时，水泥土强度较低，因此施工中应对含水量进行有效控制。水泥浆比重：施工中应重点控制水泥浆的比重，比重不宜小于1.8，比重较低时，芯样强度较低。8.2其它施工建议设备选型：本次水泥搅拌桩施工采用sjb-型深层搅拌桩机（双轴），该机型搅拌轴转速仅为43r/min，通过取芯检测发现部分芯样搅拌效果较差，不均匀，强度较低。而使用单轴机型dsm-5b-18型专业深层搅拌机打设的水泥搅拌桩，取芯效果较好，搅拌均匀，该机型搅拌轴转速可达90r/min。建议类似施工中设备选型时将搅拌轴转速作为重点指标。使用外掺剂：经调查研究，不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响，如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起减水作用。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择合