7双向搅拌粉喷桩复合地基技术规程02

ICS点击此处添加中国标准文献分类号DB32江苏省地方标准DB 32/T 双向搅拌粉喷桩复合地基技术规程Technical code for composite ground with bidirectional mixing dry jet mixing columns（报批稿）2019 - xx-xx 发布2019 -xx-xx实施江苏省市场监督管理局发布DB 32/T 前言本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。本标准由江苏省交通运输厅提出并归口。本标准主要起草单位：东南大学、江苏盛泰建设工程有限公司、嘉盛建设集团有限公司。本标准主编起草人： 杜广印、刘松玉、章定文、杨泳、孙竹萍、杨东发、季学山、蔡俊、廖存刚、胡涛、徐立志、夏涵、徐雄。引言双向搅拌粉喷桩复合地基技术是东南大学岩土工程研究所经过多年研究开发的地基处理新技术，并获得了国家发明专利（专利号：ZL200810020800.4，ZL200810019933.X）。江苏省交通科技项目（08Y33）新型粉喷桩加固高速公路高含水量软土地基技术研究2012年6月通过科技成果鉴定,该技术已广泛应用于江苏省高速公路高含水量软土地基，其科学性、先进性和经济性已在工程中得到证明。为进一步推广应用该技术，东南大学岩土工程研究所等单位在总结经验的基础上，结合该技术的发展应用现状编制了该规程。由于双向搅拌粉喷桩复合地基技术为一项新技术，有待积累经验。在执行本规程过程中，请注意总结经验并积累资料，如发现有需要修改和补充之处，请将意见反馈到东南大学岩土工程研究所，以便修订时参考。IIDB 32/T 双向搅拌粉喷桩复合地基技术规程1 范围本标准规定了双向搅拌粉喷桩复合地基技术的术语与定义以及该工法的设计、施工及质量检测及验收的标准。本标准适用于采用双向搅拌粉喷桩复合地基的工程。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 50123 土工试验方法标准GB 50021 岩土工程勘察规程GB 50007 建筑地基基础设计规范GB/T 50783 复合地基技术规范GB 50202 建筑地基基础工程施工质量验收规范JTG F10 公路路基施工技术规范JTG E40 公路工程土工试验规程JTG C20 公路工程地质勘察规范JGJ 79 建筑地基处理技术规范JTG/T D31-02 公路软土地基路堤设计与施工技术细则JTG F80/1 公路工程质量检验评定标准3 术语、定义和符号3.1 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1 双向搅拌粉喷桩 bidirectional dry jet mixing水泥土搅拌成桩过程中，采用粉喷技术和双向搅拌工艺形成的双向搅拌粉喷桩。3.1.2 复合地基composite foundation指部分土体被增强或置换形成增强体，由增强体及其周围土体共同承担荷载的地基。3.1.3 粉喷技术 powder spray technology用压缩空气向软弱土层内输送水泥、等粉状加固料，不向地基内注入水分，使其与原位软弱土搅拌、混合、压密。通过加固料与软弱土之间的离子交换作用、凝聚作用、化学结合作用等一系列物理、化学作用，达到加固地基的目的。3.1.4 水泥土cement mixing soil 由水泥粉和地基土充分搅拌后，经水化和化学反应后形成的增强体。3.1.5 双向搅拌工艺bidirectional mixing technique采用同心内、外钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷灰口，在外钻杆上安装反向旋转叶片，通过外钻杆上叶片反向旋转过程中的压灰作用和正、反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用，阻止水泥粉上冒途径，把水泥粉控制在两组叶片之间，保证水泥粉在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量的施工方法。3.1.6 地基承载力特征值characteristic value of subgrade bearing capacity指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。3.1.7 地基变形容许值allowable ground soil deformation为保证构筑物正常使用而确定的变形控制值。3.1.8 面积置换率area replacement ratio复合地基增强体（桩）截面面积与所分担的处理地基面积之比。3.1.9 含水比土体含水量（w）与土体液限（WL）之比。3.2 符号下列符号适用于本文件3.2.1 作用和作用效应桩体单位截面积承载力特征值；桩间土承载力特征值；与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长70.7mm的立方体）的90天龄期的无侧限抗压强度平均值；复合地基承载力特征值；单桩竖向承载力特征值；Qk 相应于荷载标准效应组合时，桩顶处的平均压力值；桩端地基土承载力特征值；桩周第i层土侧摩阻力特征值。3.2.2 几何参数D桩体直径；L桩长；S双向粉喷桩复合地基桩间距；m面积置换率；up桩的周长；li桩长范围内第i层土的厚度；3.2.3 复合地基参数Es土的压缩模量。C 水泥土的粘聚力； 水泥土的内摩擦角；Ep水泥土压缩模量。3.2.4 计算系数桩端天然地基土的承载力折减系数桩间土承载力折减系数；4 设计4.1 一般规定4.1.1 双向搅拌粉喷桩适用于处理淤泥、淤泥质土、高含水率的软土地基、一般含水比大于1.0。4.1.2 当地基土为泥炭土、有机质土或地下水具有腐蚀性时，采用双向搅拌粉喷桩处理必须通过现场试验确定其实用性后，方可采用。4.1.3 双向搅拌粉喷桩桩长应根据变形要求确定，宜穿透软土层。4.1.4 双向搅拌粉喷桩复合地基设计，应具备以下基本资料：岩土工程勘察资料，内容应符合国家及行业现行标准进行岩土工程勘察并提供勘察报告的要求：a) 场地工程钻孔位置图、工程地质剖面图；b) 工程场地总平面图，包括交通设施、高压架空线、地下管线和地下构筑物分布等；c) 相邻建（构）筑物安全等级、基础型式及埋设深度；d) 水、电及材料供应条件等。e) 建（构）筑物的有关资料；f) 施工机械的设备条件、动力条件；g) 施工机械的进出场及现场运行条件。4.1.5 根据工程安全等级和场地复杂程度，以及该技术在地区使用的成熟程度，必要时选择代表性场地进行相应的现场试验或试验性施工检验，通过分析优化设计和施工方案。4.2 材料4.2.1 双向搅拌粉喷桩所用水泥种类需要和加固的土质相适应，一般情况下，当设计的双向搅拌粉喷桩的桩体强度大于1.5MPa时，宜选用添加剂，水泥可选用42.5以上的水泥；设计的桩体强度小于1.5MPa时，选用强度等级32.5以上水泥；当需要双向搅拌粉喷桩桩体有较高的早期强度时，宜选用水泥添加剂。4.3 设计4.3.1 双向搅拌粉喷桩设计计算按照复合地基技术规范GB/T50783-2012要求计算，内容包括：承载力计算、沉降计算和稳定性分析。4.3.2 双向搅拌粉喷桩桩身水泥掺入比应根据设计要求，通过室内配比确定，一般情况下水泥掺入比宜设计在10%20%范围内。根据土质条件可适当选用添加剂，添加剂的选用应先进行室内配比试验。根据土样天然含水量、孔隙比的不同，水泥掺入量应相应变化。4.3.3 双向搅拌粉喷桩的桩径一般为500mm，桩间距不应大于4倍桩径。4.3.4 双向搅拌粉喷桩水泥土强度设计值、配合比试验，宜采用90天龄期的无侧限抗压强度平均值。4.3.5 双向搅拌粉喷桩的布桩形式一般采用散点状加固，如采用梅花形、长方形或正方形交叉点布桩形式。4.3.6 双向搅拌粉喷桩复合地基桩顶与路堤荷载间需设置褥垫层，褥垫层厚度宜取300500mm。褥垫层宜选用中粗砂、级配砂石或碎石等，碎石最大粒径应不大于20mm。4.3.7 双向搅拌桩复合地基承载力特征值，应首先按照复合地基技术规范GB/T50783-2012要求进行估算，并通过复合地基载荷试验确定，试验方法应按复合地基技术规范GB/T50783-2012的要求执行。4.3.8 双向搅拌粉喷桩单桩承载力特征值的取值，应通过现场竖向抗压载荷试验确定。4.4 计算4.4.1 若无单桩竖向载荷试验资料时，单桩竖向承载力特征值按下列两式计算，并取其中较小值： （4.1） （4.2）式中：与双向粉喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可以采用边长为50mm的立方体），在标准养护条件下，90d龄期的立方体无侧限抗压强度平均值；桩身强度折减系数，双向粉喷桩可取0.300.50；桩的周长（m）；桩周第i层土的侧摩阻力特征值（kPa）参考前期勘察报告取值，或根据经验对淤泥可取47kPa，对淤泥质土可取612kPa，对软塑性状态的粘性土可取1015kPa，对可塑状态的粘性土可以取为1218kPa；桩长范围内第i层土的厚度（m）桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa），可按可按现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB500072002）的有关规定确定；桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.6，承载力高时，取低值。4.4.2 当双向搅拌粉喷桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按照有关规定进行下卧层变形验算。4.4.3 地基处理后的变形计算应按照现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2011和建筑地基处理技术规范JGJ 79-2012的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量与桩体压缩模量按照面积置换率加权平均，即： （4.3）式中：第i层土体深度范围内，复合地基压缩模量（MPa）,桩体压缩模量（MPa），可取（100120）；第i层土体深度范围内，桩体面积置换率；第i层土体深度范围内，地基土压缩模量（MPa）；计算深度范围内压缩模量当量值： （4.4）式中：第i层土体深度范围内，附加应力系数沿土层厚度的积分值；4.4.4 地基变形计算深度应大于复合地基的处理深度时，并应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2011中地基变形计算深度的有关规定。竖向承载的双向搅拌粉喷桩复合地基的沉降量按复合地基加固区的沉降量S1和加固区下卧层的沉降量S2两部分来计算，即SS1+S2(mm)。1 加固区的沉降量S1采用复合模量法，按下式计算： （4.5） （4.6）式中：p复合土层顶面附加应力值(kPa)；pb复合土层底面附加应力值(kPa)；Eps复合土层压缩模量(MPa)；Ep桩体压缩模量(MPa)；Es桩间土压缩模量(MPa)；h复合地基加固区厚度(m)。2 下卧层未加固土层的沉降量S2可按国家标准建筑地基基础设计规范 GB50007-2011中相关规定进行，其中复合土层底面的附加应力可采用等效实体法确定，将复合地基加固区视为一个等效实体，作用在下卧层的荷载作用面与作用在复合地基上相同，如图1所示，复合土层底面的附加应力可用下式计算： （4.7）式中：f桩侧摩阻力(kPa)，可取桩土极限摩阻力的一半；B、D分别为荷载作用面宽度和长度(m)；图1 双向搅拌粉喷桩复合地基沉降计算示意图 5 施工5.1 施工准备5.1.1 双向搅拌粉喷桩施工前应具备如下资料：a）施工设计图纸。b）水泥土配合比试验报告。c）总平面图或桩位平面控制图。d）施工现场地理位置及相邻建筑、道路、管线、高压输电线、构筑物、边坡等相关资料。5.1.2 双向搅拌粉喷桩施工前应具备的场地条件：a）施工现场应具备施工用水、用电、施工道路畅通。b）施工场地平整，地基承载力应满足桩机施工要求。c）应完成场地邻近建筑、道路、管线、高压输电线、构筑物、边坡、环境等保护措施。5.1.3 施工前应编制施工组织设计或施工技术方案。应包括材料配置、人员配置、设备配置、施工过程质量控制、进度安排、应急预案、环境保护等。5.1.4 大规模施工前，应进行试桩，应根据施工组织设计条款达到下列要求：a）根据设计要求进行施工工艺试桩，同一工程地质条件下每组配合比的试桩数应不少于4根，至少取3组。b）试桩应获得的参数：（1）试桩确定桩长、水泥用量等技术参数。（2）满足设计粉体喷入量的各种技术参数，如喷粉下钻速度、搅拌提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量、以及水泥干粉经输灰泵到达搅拌机喷灰口的时间等。（3）确定搅拌的难易程度和均匀性,是否需要分段复搅。（4）掌握钻进和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。5.1.5 搅拌翼片的枚数、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，符合下式关系，确保加固范围内任何一点的土体均能经过20次以上搅拌。 （5.1）式中：N桩身任意一点的搅拌次数（次）； h搅拌叶片宽度（m）；搅拌叶片与搅拌轴的垂直夹角（）；、分别为钻杆的提升和下沉速度（m/s）；n1内钻杆转速（r/s）；z1固着在内钻杆上搅拌叶片的总枚数；n2外钻杆转速（r/s）；z2固着在外钻杆上搅拌叶片的总枚数。5.1.6 施工时应保持搅拌桩机底盘水平和导向架垂直，搅拌桩的垂直度偏差不得大于1%，桩位偏差不得大于50mm，桩径和处理深度不得小于设计值。5.1.7 双向搅拌粉喷桩复合地基施工过程中应进行监测，当监测结果未达到设计要求时，应及时查明原因，并应修改设计或采取其他必要措施。5.1.8 施工机械a）根据设计要求和试桩资料选取专门的施工机械，根据试桩进行优化。b）施工机械选定后应核实场地地基承载力是否满足桩机施工要求，如不满足应采取相应工程措施施工机械见附录A。5.2 施工工艺双向搅拌粉喷桩施工工艺见图2。1. 双向搅拌机定位：双向搅拌机移动，将钻头对准桩位； 2. 下钻：先启动内钻杆钻头（反向），后启动外钻杆钻头（正向），然后启动加压装置，加压装置中的链条同时对内、外钻杆加压，使内、外钻杆沿导向架向下，内钻头先切土、入土，外钻头后入土、搅拌；3. 喷灰、搅拌：开启喷粉装置，在内钻头（反向）入土后喷灰（在桩顶标高位置开始喷灰），其二层旋转叶片作用为：下面一层是破土，上面一层为搅拌；外钻头（正向）入土后，其二层旋转叶片作用为搅拌、压灰；直到设计深度，停止喷灰，开始送气；4. 提升、复搅：在达到设计深度时，先将外钻杆钻头换向（反向），后对内钻杆钻头换向（正向），同时对加压装置换向，链条将钻头提升；5. 到达桩顶标高位置时，停止喷气，提升钻头离原地面20cm；6. 成桩，移机进行下一根桩体施工。搅拌机定位 下钻 喷灰搅拌 提升复搅 到达桩顶标高，停喷，提升钻头 成桩移机图2 双向粉喷桩施工工艺示意图5.3 双向粉喷桩施工5.3.1 施工顺序1. 双向搅拌粉喷桩属于非挤土桩，一般情况下对施工顺序无特殊要求。2. 若施工场地一侧靠近建（构）筑物，应从靠近建（构）筑物一侧由近向远施工。3. 若施工场地一侧靠近边坡，应从靠近边坡一侧由近向远施工，在坡边施工时应采取可靠的防护措施，防止边坡失稳和机械安全。5.4 施工记录（见附录C）6 质量检验及验收6.1 一般规定6.1.1 施工准备阶段，应对原材料质量、计量设备、搅拌叶片的直径和机械性能进行检查。6.1.2 施工过程中应检查机架的垂直度、机架底盘的水平度、喷灰量、搅拌机提升和下沉速度以及钻机下沉最后30s的电流和钻进速度等。6.1.3 双向搅拌粉喷桩质量控制应坚持全过程自动记录及旁站监理。施工过程中随时检查施工记录和计量记录。记录内容包括：喷灰量、桩长、内、外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停灰处理方法和单桩施工时间等。6.1.4 单桩施工结束后，应对桩位偏差、桩径、单桩水泥用量以及单桩施工时间进行检查。其中桩位偏差不大于50mm，桩径和单桩水泥用量不小于设计值，单桩施工时间不小于由工艺试桩确定的时间值。6.2 质量检验6.2.1 双向搅拌粉喷桩成桩7天后应采用开挖方法，观察桩体成型情况和搅拌均匀程度，开挖深度宜超过停灰面下0.5m，并应量测桩直径。检验数量应符合设计且不低于相关规范要求。6.2.2 双向搅拌粉喷桩成桩28天后，应采用双管单动取样器钻取芯样做抗压强度检验和桩身标准贯入试验，标准贯入试验方法见本规程附录B，为保证试块尺寸，钻孔直径不小于108mm。检验桩数应符合设计或相关规范执行。6.2.3 双向搅拌粉喷桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载试验和单桩载荷试验。6.2.4 载荷试验必须在桩身强度满足荷载试验条件，并宜在成桩28天后进行。检验数量应符合设计或按相关规范执行。6.3 工程质量验收6.3.1 双向搅拌粉喷桩工程验收应由总监理工程师组织(对应质量验收规范)建设、政府质监部门、设计、施工单位的相关人员进行验收。6.3.2 双向搅拌粉喷桩工程的验收原则上在施工单位自检合格，且资料齐全后由施工单位提出验收申请。验收前施工单位应提供以下资料：1. 原材料进场合格证和检测报告。2. 桩位测量放线图和纪录，包括工程桩位复核鉴证单。3. 施工纪录和隐蔽工程验收纪录。4. 监督抽检资料。5. 桩体质量检测报告。6. 单桩承载力和复合地基承载力检测报告。7. 双向搅拌粉喷桩复合地基工程竣工平面图。8. 工程质量事故和事故调查处理资料。6.3.3 双向搅拌粉喷桩质量检验标准应符合表1规定。表1 双向搅拌粉喷桩质量检验标准项目序号检查项目容许偏差值检查方法单位偏差值主控项目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喷灰量设计要求查看施工记录3桩身强度设计要求标准贯入试验和无侧限抗压强度试验4承载力设计要求载荷试验5桩长不小于设计值或电流、钻进速度控制值钻芯取样结合施工记录一般项目1提升和下沉速度m/s0.05测单桩下沉和提升时间 允许偏差项目1桩位mm50钢卷尺量测2垂直度1%测机架垂直度3桩顶标高mm+30,-50扣除桩顶松散体6.3.4 双向搅拌粉喷桩作为一个分项工程进行验收，其验收批次原则上按照相同施工机械、相同桩型设置、相近工程地质单元和施工进度，分段、分批次进行验收。验收批次按照保证项目、一般项目和允许偏差项目进行验收。6.3.5 双向搅拌粉喷桩工程分项工程质量验收合格应符合下列要求：1. 主控项目必须全部合格。2. 一般项目合格率达80%以上。允许偏差项目合格率达70%以上。3. 有完整的工程施工资料。6.3.6 对于不能满足合格要求的工程应及时处理，应及时处理直至符合要求。附录A （规范性附录）双向搅拌粉喷桩机示意图A.0.1双向搅拌粉喷桩机设备主要组成见图A.0.1图A.0.1 双向搅拌粉喷桩机设备图1.外钻杆电机；2.链轮；3. 磨盘；4.底盘；5. 传动轴；6.内钻杆；7.外钻杆；8.叶片；9.撑腿；10 上链轮；11. 链条；12.内钻杆电机；13.进粉装置；14.外钻杆固定装置；15. 送灰管；16.支架AA附录B （规范性附录）双向搅拌粉喷桩施工常见故障及排除与防治方法故障产生原因排除与防治卡钻通过含水率低的粘土层，或板结的硬土层，或局部遇到障碍物。应慢速钻进，严重时应停钻，停止喷粉并提升钻具，改进钻头；如在提升钻杆时卡钻，则应慢速提升并加大喷气压力。喷粉不畅或堵塞气路连接部分密封不严；气源不足；水泥吸湿结块；喷口粘结粉泥后变小；粉料中混有杂物、大颗粒；部分地层透气性不良。应使气路连接严密，供气保持充足，气压稳定；防止水泥受潮，并过筛。遇喷粉不畅应迅速操纵喷粉蝶阀，由开到关，有关到开，反复多次来克服；严禁以物体敲击灰罐罐体。桩体疏松土层含水率太低，或遇松散杂填土，造成粉体流失，使桩体含泥量不够；土壤含水率低，复打也易产生疏松。土层含水率低时，可适当注水，或改用注浆法成桩；发现桩体疏松，可钻进复喷一次加强，或者检查输灰管道，提高喷灰数量。断桩水泥潮湿，或有异物堵管；管道漏气或供气不足；喷粉孔磨损，被粘土堵塞；下钻速度过快，先下钻后喷粉；灰喷完后未察觉，喷粉中断，仍在搅拌成桩。雨季、夏季应用防潮包装水泥；水泥喷粉时严格过筛、计量和气压检查；注意控制喷粉与下钻速度，宜先喷粉510 s后，再下钻搅拌；堵孔应将钻头提出清理，将上部断桩裁去，在原位复喷或邻位补桩。空心桩土