钉形水泥土双向搅拌桩施工技术

钉形水泥土双向搅拌桩施工技术摘要：结合湖东路东延第2合同段软土路基钉形水泥土双向搅拌桩的施工应用，对软基处理钉形水泥土双向搅拌桩的施工从设备选用、现场准备、施工工艺、质量控制和技术要点等做了分析与介绍，对钉形水泥土双向搅拌桩的施工具有一定指导意义。关键词：软土路基；钉形水泥土；双向搅拌桩；施工工艺；质量控制中图分类号：TU472.36文献标志码：B文章编号：1009－7767（2011）04－0000－00ConstructionTechnologyofTwo-wayMixingSoilCementPileinNail-shapedY水泥土搅拌桩是指利用水泥、石灰等胶凝材料作为固结剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理、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优质地基[1]。由于其具有施工方便和快捷，可有效缩短工期；并且减少噪声、振动小等优点，在软土地基处理工程中得到较为广泛地应用。但常规的水泥土搅拌桩施工，成桩质量和软基处理效果不是很理想，容易发生桩身强度不足，承载力不能满足设计要求。钉形水泥土双向搅拌桩是对常规水泥土搅拌桩的重大改进，它利用内外钻杆同时双向搅拌，阻断了水泥浆上冒的途径，并且通过钻头上叶片的伸缩，使桩体上部直径扩大，有效改善复合地基的承载特性，充分发挥地基土与增强体2部分承担荷载的潜能，使水泥土搅拌桩的成桩质量和软基处理效果得到了较好的保障。本文通过湖东路东延第2合同段工程项目软土路基钉形水泥土双向搅拌桩的施工应用，对软基处理钉形水泥土双向搅拌桩的施工从设备选用、现场准备、施工工艺、质量控制和技术要点等做了较为全面的分析与介绍，对软土路基钉形水泥土双向搅拌桩的施工具有一定指导意义。施工机械选择钉形水泥土双向搅拌桩的施工设备是在常规水泥土搅拌桩施工设备的基础上配备专用的功能性箱体与多功能的钻头，以达到搅拌钻头能自动伸缩、扩大桩体上部处理直径、形成钉形水泥土搅拌桩的效果。1.1施工主要技术参数（见表1）表1施工主要技术参数序号名称技术参数序号名称技术参数1钻进速度/（mm/minn）0.5～0.886叶片间距/mmm150～30002提升速度/（mm/minn）0.7～1.007叶片宽度/mmm80～1003内钻杆转速/（r/miin）≥608叶片厚度/mmm25～404外钻杆转速/（r/miin）≥709叶片倾角/o10～205喷浆压力/MPPa0.25～0..41.2施工设备选用根据工程设计及施工现场地质情况，为保证顺利施工，采用DM-3型水泥深层水泥搅拌桩机和UBJ-1.8型灰浆泵，开动1台桩机，主要设备配套如下（见表2）。表2主要设备配套序号设备名称型号单位数量用电量（kW）1双向深层搅桩机机DM-3台23002灰浆泵UBJ-18台243灰浆搅拌机2001台234电焊机BX-200台1175钢卷尺50m把36磅秤1000㎏台17电脑台28泥浆比重计台29手推车辆2施工准备2.1准备工作在钉形与双向水泥土搅拌桩施工前，必须做好施工现场的开工准备工作，具体包括以下几方面：1）施工场地已平整，地上、地下障碍物已清除，场地满足桩机的移位要求；2）按照设计图纸的要求进行施工放线、确定桩位；3）根据工艺性试桩的结果，确定钻进及提升速度、工作压力、最佳灰浆稠度等技术参数，制定施工组织设计和质量控制措施；4）准备好施工所需的各种材料，并检验合格。2.2工艺性试桩为严格控制钉形水泥土双向搅拌桩的施工质量，更科学地指导施工，在正式开工前，必须进行现场试桩检验，其目的为：1）确定水泥浆液重度和输浆量，选择合适的输浆泵；2）掌握下钻和提升的难易程度，确定钻头进入土层的电流变化；3）检验室内试验所确定的水灰比和配合比是否符合；4）合理选择喷浆口的位置及大小；5）掌握搅拌机提升、下沉、复搅的速度，确定水泥浆到达喷浆口的时间等参数；6）验证成桩的均匀度及桩径大小。一般情况下，同一场地试桩数量不少于3根；根据工艺性试桩检测结果编写施工组织设计，组织现场实施。3施工根据设计图纸、有关技术要求及工艺性试桩结果，该工程项目钉形水泥土双向深层搅拌桩下部采用二搅一喷施工工艺、上部扩大头部分采用四搅三喷工艺。3.1工艺流程[2]桩机定位提升搅拌缩径下沉切土下沉桩机定位提升搅拌缩径下沉切土下沉扩径提升扩径下沉提升搅拌扩径提升扩径下沉提升搅拌具体说明如下。1）双向深层搅拌桩机定位：放线、定位，安装打桩机，并移至指定桩位对中。2）扩大头部位切土下沉：开启搅拌机，并使叶片伸展至上部扩大头设计直径，双向深层搅拌机沿导向架向下切土，同时启动水泥灰浆泵向软土层喷水泥浆液，搅拌设备的2组叶片同时正反向旋转，内外钻杆同时双向切割搅拌土体，直到上部扩大头设计深度（上部一搅一喷）。3）搅拌桩下部缩径切土下沉：改变内外钻杆的旋转方向，使叶片收缩到桩体下部设计直径，搅拌设备的2组叶片同时正反向旋转和切割搅拌土体，达到设计规定的深度，并在桩底处持续喷射浆液搅拌不少于10s（下部1搅1喷）。4）双向深层搅拌桩提升搅拌：关闭灰浆泵，提升搅拌设备，使2组叶片同时双向搅拌水泥土，直至扩大头底面（下部2搅）。5）扩径部位提升搅拌：改变钻杆的旋转方向，使搅拌机叶片伸展至上部扩大头直径，开启灰浆泵，2组叶片同时双向旋转搅拌水泥土，直至地表面（上部2搅2喷）；6）上部扩大头再次下沉搅拌：开启灰浆泵，2组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至扩大头设计深度（上部3搅3喷）;7）上部提升再次搅拌：关闭灰浆泵、提升搅拌机，搅拌机2组叶片同时双向旋转搅拌水泥土，直至地表面（或桩顶以上50cm），完成搅拌作业（上部4搅3喷）。8）桩顶处理：桩顶人工修整，完成、移机。3.2技术要点1）严格按照设计要求配制浆液，水泥浆水灰比0.5～0.6，地基含水量高者取小值。重度控制在1.73g/cm3，φ100搅拌桩水泥渗入量参考值为220kg/m，φ50搅拌桩水泥渗入量参考值为55kg/m。2）供浆必须连续，拌合必须均匀，一旦因故停浆、断浆或缺浆，应将搅拌机钻头回到停浆前1m处，待恢复供浆后继续施工。如停浆时间超过3h，为防止浆液凝固堵管，应先拆除输浆管路，清洗后备用。3）施工中若发现喷浆不足，应在旁边补桩1根，补桩桩长和喷浆量均不得小于设计值。4）大直径钉形水泥土双向搅拌桩在扩大头以下1～2m范围内应适当降低搅拌机下沉和提升速度，以增加该桩段的喷浆量和搅拌次数，保证过渡段的施工质量。5）钉形水泥土双向搅拌桩桩距偏差±50mm，垂直度偏差不大于1.5%。6）全桩须注浆均匀，不得发生夹心层；压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道保持顺畅，不允许堵塞。若发现管道堵塞，应立即停泵进行处理，处理结束后立即把搅拌钻具下沉1.0m后方能注浆，恢复正常搅拌，以防断桩。4质量控制及质量检验4.1质量控制为了保证施工质量，必须根据工艺性试桩确定的各种技术参数，制定施工要点控制施工质量。1）严格控制深层双向搅拌桩的下钻深度以及喷浆高程和停浆面，确保水泥浆液喷入量和喷浆长度满足设计要求。为确保水泥土搅拌桩的垂直度，首先应控制导向架的垂直度和起吊设备的平整度。水泥土搅拌桩垂直度偏差不大于1%，桩位偏差不大于5%。为保证搅拌桩的成桩质量，水泥浆必须按试验配比进行拌制，并保证其连续喷浆，浆液储存量不少于1根桩的用量。每根桩所需的浆液需1次拌制完成，并在1h内用完。为保证浆液顺畅，应经常检查输浆管，不得有泄露和堵塞现象发生。定期检查钻头，保持钻头直径误差在-1～+3之间。6）搅拌桩施工完毕，应对桩顶0.3～0.5m范围进行处理，处理方法有：一是将桩顶质量较差部分人工挖除；二是在距搅拌桩顶面1.0～1.5m的范围内，进行二次喷浆搅拌并人工修整。4.2质量检验1）成桩质量检查。钉形搅拌桩质量检查应贯穿施工全过程，施工过程中应随时检查现场施工和计量记录，并按规定的施工工艺对每根桩进行质量检查。检查的重点是：搅拌机提升和下沉速度，内外钻杆转速，停浆处理方法，桩长和单桩施工时间，以及水泥用量等。2）桩身质量检测。钉形搅拌桩成桩7d后采用浅部开挖观察桩体成形情况和搅拌均匀程度，并检验桩身直径，检查频率为1‰，且不少于3根；成桩28d后应进行标准贯入试验和取芯进行室内无侧限抗压强度试验，检验桩数应随机抽取总桩数的5‰，且不少于3根。该工程设计28d钉形水泥土双向搅拌桩无侧限抗压强度平均不小于0.8MPa，最小值不小于0.5MPa；钉形搅拌桩扩大头部分宜在小直径桩外取芯，通过芯样对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等综合评价。3）承载力检验。钉形搅拌桩复合地基承载力检验采用复合地基静载试验和单桩载荷试验。该项目设计复合地基承载力115kPa，单根承载力标准值140kN。复合地基承载力试验必须在桩身强度满足荷载试验条件，并在搅拌桩完成28d后进行，检验数量为总桩量的1‰～2‰，且每个单项工程不少于3根。5结语该项目软基处理共完成钉形水泥土双向搅拌桩4777根，总长52547m。从水泥土搅拌桩芯样检测和28d静荷载试验检测结果分析，检验批的单桩最大试验荷载最高为280KN，最低为230KN；钻孔芯样无侧限抗压强度检测最高1.7Mpa,最低1.3Mpa，完全满足本项目单桩承载力标准值140KN和芯样无侧限抗压强度0.8Mpa的设计要求，同时也满足复合地基承载力标准值115Kpa的要求。通过钉形水泥土双向搅拌桩成桩质量检查、桩身质量检测和承载力的检验证明，与常规的水泥土搅拌桩施工相比较，钉形水泥土双向搅拌桩的成桩质量和软基处理效果均有较大提高，在质量得到提高的同时，软基处理总成本有所下降，因此在市政道路软土路基处理中具有推广价值。参考文献：[1]中国建筑科学研究院．JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002.第3页[2]东南大学岩土工程研究所、江苏省建筑科学研究有限公司.苏JG/T024-2007钉形水泥土双向搅拌桩复