12振冲与旋喷

一 振冲碎石桩 振冲碎石桩是用起重机悬吊振冲器 启动振冲器的潜水电机带动偏心块转动 使振冲器产生高频振动 同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流 在地基中形成圆孔 然后填入碎石 并进行捣实达到要求的密实度 从而在地基中形成一根密实的桩体 若干根碎石桩与地基土组成复合地基 1 振冲法施工配套机械 2 振冲碎石桩施工工序 3 振冲法加固地基的机理 一 对于松散砂性土是挤密和桩体作用砂性土属于单粒结构 可分为疏松和密实两种极端状态 密实的单粒结构 其颗粒结构的排列已接近稳定的位置 在动力和静力作用下不再产生大的沉降 是理想的天然地基 疏松的单粒结构 颗粒间孔隙大 颗粒位置不稳定 在动力和静力作用下很容易位移 因而会产生较大的沉降 特别是在振动力作用下更为显著 体积可减少20 对砂性土地基 振冲器的振动力在饱和砂土中传播振动加速度 因此在振冲器周围一定范围内的砂土产生了振动液化 液化后的土颗粒在重力 上覆土压力以及填料的挤压力作用下重新排列 使孔隙减小而成为较为密实的砂土地基 因此 密实后的土地基承载力和变形模量得到了提高 由于砂土预先经历了人工振动液化 预震效应使砂土提高了抗震能力 而且制成的碎石桩构成良好的排水通道 降低了今后发生地震时该场地的超孔隙水压力 这也是提高砂土地基抗震能力的一个主要原因 二 粘性土对粘性上地基 特别是饱和软土 由于土的粘粒含量高 粒间结合力强 渗透性低 在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走 所以碎石桩的作用不是使地基挤密 而是置换 振冲法施工时 通过振动器借助其自重 水平振动力和高压水将粘性土变成泥浆水排出孔外 形成略大于振冲器直径的孔 再向孔中灌入碎石料 并在振冲器的侧向力作用下 将碎石挤入周围孔中 形成具有密实度高和直径大的桩体 它与原粘性土构成复合地基而共同工作 由于碎石桩 或砂桩 的刚度比桩周粘性土的刚度大 而地基中应力按材料变形模量进行重新分布 因此 大部分荷载将由碎石桩 或砂桩 承担 桩体应力和桩间粘性土应力之比值称为桩土应力比 一般为2 4 4 碎石桩复合地基承载力计算 等效影响圆直径三角形正方形长方形 根据地基土的承载力计算复合地基承载力 S 十字板剪切强度 经验法估算承载力 对于中小型工程可根据天然土的土质条件 施工特点并按同类土质中工程实例来确定碎石桩的承载力 软粘土一般粘性土可加密粉质粘土30kw300 400kp400 500kp500 700kp70kw400 500kp500 600kp600 900kp 碎石桩承载力与密实度的关系 密实度N内摩擦角模量承载力63 5 100kp 100kp 很松散 4 30 35 1 2松散4 730 3335 601 2 2 0中等7 1033 3860 902 0 3 0密实10 1738 4590 1503 0 5 0很密实 17 45 150 5 0 5 振冲碎石桩设计与计算 一 设计步骤1 对地基土的物理力学性质与指标进行分析 尤其是查明淤泥或淤泥质粘士的厚度变化 2 编制综合剖面图 确定加固层的厚度 深度及力学指标 编制淤泥平面分布或等厚线图 为确定桩长 合理布桩提供基础资料 3 对上部结构特征 荷载分布进行分析 4 确定桩长 5 根据建筑物基础对加固土层的强度与变形要求 按有关公式试算复合地基承载力标准值及压缩模量预估值 从而确定碎石桩的直径 桩间距 置换率 布桩方式 加固范围 加固效果 形成初步加固方案 6 按照初步方案 结合地基条件 机械条件 场地条件进行试桩 试桩组数不少于两组6根 根据试桩的结果对初步方案进行修改调整 最终确定施工方案 二 设计原则 1 加固范围 处理范围 应根据建筑物的重要性和场地条件确定 通常都大于基底面积 对一般地基 在基础外缘宜扩大l 2排桩 对可液化地基 在基础外缘应扩大2 4排桩 2 布桩方式 桩位布置 对大面积满堂处理 宜用等边三角形布置 对独立或条形基础 宜用正方形 矩形或等腰三角形布置 对于圆形或环形基础 如油罐基础 宜用放射形布置 3 桩长的确定当相对硬层的埋藏深度不大时 应按相对硬层埋藏深度确定 当相对硬层的埋藏深度较大时 应按建筑物地基的变形允许值确定 对按稳定性控制的工程 桩长应不小于最危险滑动面的深度 在可液化的地基中 桩长应按要求的抗震处理深度确定 桩长不宜短于4m 4 桩的直径桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定 如采用30kw振冲器成桩时 碎石桩的桩径一般为0 7 1 0m 也可按每根桩所用的填料量计算 常为0 8 1 2m 5 桩间距应根据荷载大小和原土的抗剪强度确定 可取为1 5 2 5m 荷载大或原土强度低时 直取较小的间距 反之 直取较大的间距 对桩端未达相对硬层的短桩 应取小间距 6振冲碎石桩施工工艺 1 主要机具 振冲器 起吊机械 水泵 泥浆泵 填料机械 电动控制系统2 桩身材料20 50mm碎石3 工艺参数f 1450次 分加速度13KW的4 5m ss30KW的9 9m ss55KW的11m ss 7工艺要点 1 要有足够的压力水 保证孔端喷出水压400 600KPa水量20 30立方 小时2 加固深度为10m时 保证输送料量为4 6立方 小时3 密实电流应超过空振电流35 45A4 保证一定的留振时间 每提升0 3 0 5m 留振30s 8质量检验 1 单桩荷载试验2 桩间土原位试验3 单桩复合地基试验和多桩复合地基试验 二 高压喷射注浆法 属柔性桩类 水泥土搅拌桩 高压喷射注浆法是把注浆管放入 或钻入 预定深度后 通过地面的高压设备使安装在注浆管上的喷嘴喷出20 40MPa的高压射流 冲击切割地基土体 与此同时 注入的浆液与冲切下的土体强制混合 待凝结后 在土中形成具有一定强度的固结体 以达到加固改良土体的目的 工法示意图 喷射方式 旋喷 成桩 定喷 成板 摆喷 成墙 一 高压旋喷加固地基机理 1 高压射流对土体的冲切作用高压喷射注浆是通过高压发生装置 使液流获得巨大能量后 经过注浆管道从一定形状和孔径的喷嘴中以很高的速度喷射出来 形成一股能量高度集中的液流 直接冲击切割土体 包括动压 射流脉动 水锤冲击力 空穴现象 水契效应等 浆液与土搅拌混合 在土中凝固成为一个具有特殊结构的固结体 从而使地基得到加固 2 水泥与土的固结机理 水泥与水拌合后 首先产生硅酸三钙水化物和氢氧化物 它们可溶于水中 但溶解度不高 很快就达到饱和 这种化学反应连续不断地进行 就析出一种胶质物体 随后 1 胶凝体增大并吸收水分 凝固加速 使水泥进入初凝状态 2 与此同时产生结晶体 不溶于水的铝酸钙 硅酸钙 结晶体与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态 这就是硬化的开始 3 水化作用继续深人到水泥微粒内部 使未水化部分再参加以上的化学反应 直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止 但无论水化时间持续多久 很难将水泥微粒内核全部水化完了 所以水化过程是一个长久的过程 3 固结体的结构 高压喷射流在地基中把土切割破坏 其加固范围就是喷射距离加渗透部分 在喷射动压力 离心力和重力的共同作用下 在横断面上土粒质量大小有规律地排列起来 小颗粒在中心部位居多 大颗粒都在外侧和边缘部分 形成了浆液主体 搅拌混合 压缩和渗透等部分 经过一定时间便凝固成强度较高 渗透系数较小的固结体 随着土质的不同 横断面结构也多少有些不同 由于旋喷体不是等颗粒的单体结构 固结质量也不均匀 通常是中心部分强度低 边缘部分强度高 定喷时 高压喷射注浆的喷嘴不旋转 只作水平的固定方向喷射 随钻具向上提升 在土中冲成一条沟槽 同时浆液充填槽中 最后形成一个板状固结体 固结体在砂性土中有一部分渗透层 而粘性土却无这一部分渗透层 二 工艺类型 单 重 管 CCP工法 喷浆压力20 40MPa 单射流虽然具有巨大的能量 但由于压力在土中急剧衰减 因此破坏土的有效射程较短 致使旋喷固结体的直径较小 当在喷嘴出口的高压水喷流的周围加上圆筒状空气射流进行水 气同轴喷射时 空气流使水或浆的高压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散 使高压喷射流的喷射破坏条件得到改善 阻力大大减少 能量消耗降低 因而增大了高压喷射流的破坏能力 形成的旋喷固结体的直径较大 双 重 管 JSG工法 在高压浆流外圈采用环绕气流进行聚能 使喷射浆液对土体的作用半径增大 即最终形成的桩体增大 通常 浆液压力为20MPa 气体压力为0 7MPa三 重 管 CJP工法 采用高压气体环绕高压水进行同轴喷射 冲切土体 水压29MPa 气压0 7MPa 浆液压力为2 5MPa 三 加固效果 1 固结体尺寸影响固结体尺寸因素 a 土层的类别与密实度 见表 b 喷射方式双重管 1 3 1 5倍单喷三重管 1 5 2 0倍单喷在粘性土中复喷一次可使直径加大38 在砂性土中可加大50 c 喷射技术参数 喷咀直径 喷射压力 提升速度与旋转速度 d 喷射出口处地层静水压力的影响 土层类别与密实度对固结体尺寸的影响 喷嘴直径与定喷板厚的关系 喷嘴直径定喷板厚 cm mm 粘土砂土砂砾24 76 910 1536 98 1212 20 喷射距离与喷嘴直径的关系 旋转速度与固结体直径的关系 1 N 10的砂土2 N 3的粘土 固结体直径与提升速度的关系 静水压力与喷射距离的关系 2 固结体的强度 Mpa 单双三砂土3 74 105 15粘土1 5 51 5 51 5 四 旋喷桩复合地基承载力 其中或承载力折减系数0 2 0 6水泥土强度折减系数0 35 0 50 五 应用 1 适用条件 1 适用于处理淤泥 淤泥质土 粘性土 黄土 砂土 人工填土和碎石土等地基2 对含有砾石直径过大过多 含大量植物根茎的腐殖土以及地层有地下水径流 永久冻土和无填充物的岩溶地段不宜采用 2 应用1 地基处理 提高地