水泥旋噴樁加固軟地基工法
來源:中鐵十四局二公司丹拉指
一、前言
旋噴樁全稱高壓旋噴注漿法,最早于20世紀(jì)60年代末期應(yīng)用于日本大阪市地鐵施工中,我國(guó)是繼日本后,研究開發(fā)高壓旋噴注漿較早的國(guó)家,廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、公路等工程的地基處理中,使軟基處理更快捷,更加徹底,具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
二、工法特點(diǎn)
旋噴樁就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預(yù)定位置后,以高壓設(shè)備使水泥漿或水成為20MPA左右的高壓流從噴嘴中噴射出來,沖擊破壞土體.當(dāng)能量大,速度快和呈脈動(dòng)狀后噴射流的動(dòng)壓超過土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),土粒便從土體剝落下來。一部分細(xì)小的土粒隨著漿液冒出水面,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液攪拌混合,并按一定比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后,使在土中形成一個(gè)固結(jié)體。固結(jié)體的形態(tài)和噴射流的方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡(jiǎn)稱旋噴)和定向噴射(簡(jiǎn)稱定噴)兩種形式。旋噴時(shí)噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升,固結(jié)體是圓柱狀,主要用于加固地基,提高地基的抗剪強(qiáng)度、改善土的變形性質(zhì),使其在上部結(jié)構(gòu)荷栽直接作用下,不產(chǎn)生破壞或過大的變形;定噴時(shí),噴嘴一面提升,噴射方向固定不變,固體體形如劈狀,通常用于基礎(chǔ)防滲,改善地基土的性質(zhì)和穩(wěn)定邊坡等工程。
作為地基加固,通常采用旋噴注漿形式,使加固土體在土形成均勻的圓柱體或異形圓柱體。高壓旋噴法基本分為單管法、二重管法、三重管法和多重管法等四種。
高壓旋噴法通過在軟土層中形成水泥固結(jié)體等樁間土一起形成復(fù)合地基,從而提高地基的承載力,減少地基的沉降變形,達(dá)到地基加固的目的,加固后的地基的承栽力旋噴樁的強(qiáng)度,樁間土的性質(zhì)和面積置換率等因素有關(guān),通常采用下式來計(jì)復(fù)合地基的承栽力:
∫spk=[Rdk+β∫sk(Ae-AP)]/Ae
式中:∫spk——復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)
∫s.k——樁間土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)
Ae————根樁承擔(dān)的處理面積(m2)
AP————樁的平均截面積(m2)
β——樁間地基承載力折減系數(shù);一般取0-1;
Rdk————單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值(KN)。通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定,也可按有關(guān)公式計(jì)算。
旋噴樁對(duì)地基的作用機(jī)理有以下幾個(gè)方面:
六、施工要點(diǎn):
下面結(jié)合丹拉高速公路天津南段13標(biāo)軟基處理的施工介紹旋噴樁工法的施工要點(diǎn):
丹拉高速公路天津南段旋噴樁采用單管法,每套設(shè)備主要配備機(jī)具見表1
表1 主要機(jī)具設(shè)備
八、勞動(dòng)力組織
本工法的勞動(dòng)力組織見表2
表2勞動(dòng)力組織
九、質(zhì)量控制
樁經(jīng) 不小于設(shè)計(jì)
有效樁長(zhǎng) 不小于設(shè)計(jì)
垂直度 ≤1。5%
樁頂標(biāo)高偏差≤±5CM
(二)檢測(cè)技術(shù)
(三)質(zhì)量控制措施
本工法沒有特殊的施工技術(shù),操作簡(jiǎn)單易行,較粉噴樁、攪拌樁地基加固方法加固深度大固加劑用量易控制,加固地基效果好,樁距是攪拌樁的2-2.5倍,比攪拌樁施工方法省投資進(jìn)1/10,且無噪聲、粉塵和泥漿等污染,具有較高的推廣價(jià)值。
十二、工程案例
丹拉高速公路天津南段13標(biāo)全長(zhǎng)8.5627KM,處于渤海灣沉降區(qū),線路所經(jīng)區(qū)域均為軟土地基地段,設(shè)計(jì)對(duì)橋頭路基及涵洞,通道等構(gòu)筑物基礎(chǔ)采用旋噴樁加固處理。我局二公司于2001年9月15日開始組織旋噴樁施工,9月25日正式開工,2002年1月15日完工,共制樁6840根,樁徑為0.6M,單樁有效長(zhǎng)度平均為15M,成樁率100%,抽取了3%的樁進(jìn)行樁體質(zhì)量檢查,全部達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),收到了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)情況見表3、表4
表3施工情況
表4 樁位偏差情況
中鐵十四局二公司丹拉指
執(zhí)筆:任元柱
旋噴樁全稱高壓旋噴注漿法,最早于20世紀(jì)60年代末期應(yīng)用于日本大阪市地鐵施工中,我國(guó)是繼日本后,研究開發(fā)高壓旋噴注漿較早的國(guó)家,廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、公路等工程的地基處理中,使軟基處理更快捷,更加徹底,具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
二、工法特點(diǎn)
- 設(shè)備簡(jiǎn)單,施工方便。旋噴法全套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,機(jī)動(dòng)性強(qiáng),占地少,能在狹窄的現(xiàn)場(chǎng)施工。
- 適用范圍廣,處理效果好。由于旋噴法使用的壓力大,因而噴射流的能量大,速度快。無論細(xì)粒還是碎石,卵石土等各種土質(zhì),均有巨大的沖擊,破碎和攪動(dòng)作用,使注入的漿液和土均勻凝固成為固結(jié)體。
- 施工安全無公害。各種高壓泵和泥漿泵等均勻后安全閥和超壓自停自泄裝置,有安全保障。施工機(jī)具的振動(dòng)小,不會(huì)對(duì)周圍建筑帶來振動(dòng)影響和噪聲公害。
- 工期短、效益高。由于沉降時(shí)間短,沉降量小,處理后軟基上部填方及反槽施工的結(jié)構(gòu)物施工不受制約,從而提高工效。
- 適用于處理淤泥土,粉質(zhì)粘土和低強(qiáng)度的粘性土地基。
- 加固深度達(dá)30M以上單樁承載力可達(dá)380KM以上,加固強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取90天齡期的無側(cè)限強(qiáng)度,一般達(dá)到2。0—4。0MPA。
旋噴樁就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預(yù)定位置后,以高壓設(shè)備使水泥漿或水成為20MPA左右的高壓流從噴嘴中噴射出來,沖擊破壞土體.當(dāng)能量大,速度快和呈脈動(dòng)狀后噴射流的動(dòng)壓超過土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),土粒便從土體剝落下來。一部分細(xì)小的土粒隨著漿液冒出水面,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液攪拌混合,并按一定比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后,使在土中形成一個(gè)固結(jié)體。固結(jié)體的形態(tài)和噴射流的方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡(jiǎn)稱旋噴)和定向噴射(簡(jiǎn)稱定噴)兩種形式。旋噴時(shí)噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升,固結(jié)體是圓柱狀,主要用于加固地基,提高地基的抗剪強(qiáng)度、改善土的變形性質(zhì),使其在上部結(jié)構(gòu)荷栽直接作用下,不產(chǎn)生破壞或過大的變形;定噴時(shí),噴嘴一面提升,噴射方向固定不變,固體體形如劈狀,通常用于基礎(chǔ)防滲,改善地基土的性質(zhì)和穩(wěn)定邊坡等工程。
作為地基加固,通常采用旋噴注漿形式,使加固土體在土形成均勻的圓柱體或異形圓柱體。高壓旋噴法基本分為單管法、二重管法、三重管法和多重管法等四種。
高壓旋噴法通過在軟土層中形成水泥固結(jié)體等樁間土一起形成復(fù)合地基,從而提高地基的承載力,減少地基的沉降變形,達(dá)到地基加固的目的,加固后的地基的承栽力旋噴樁的強(qiáng)度,樁間土的性質(zhì)和面積置換率等因素有關(guān),通常采用下式來計(jì)復(fù)合地基的承栽力:
∫spk=[Rdk+β∫sk(Ae-AP)]/Ae
式中:∫spk——復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)
∫s.k——樁間土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)
Ae————根樁承擔(dān)的處理面積(m2)
AP————樁的平均截面積(m2)
β——樁間地基承載力折減系數(shù);一般取0-1;
Rdk————單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值(KN)。通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定,也可按有關(guān)公式計(jì)算。
旋噴樁對(duì)地基的作用機(jī)理有以下幾個(gè)方面:
- 因旋噴樁的存在,使得軟弱土層在荷載作用下由原來的無側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ倪吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài),從而提高了樁間土的強(qiáng)度;
- 由于旋噴樁在自重作用下對(duì)樁周圍有一定的擠密壓實(shí)作用,即樁的側(cè)壁摩陰力,也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高;
- 旋噴結(jié)束后,當(dāng)水泥土混合漿液尚未凝結(jié)時(shí),這種漿液將產(chǎn)生擠壓力,對(duì)周圍土有壓密作用,并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙中,形成“脈”狀、“板”狀水泥結(jié)石體,這種情況在開挖檢查比較明顯。
旋噴樁施工工藝流程圖 旋噴樁采用單管旋噴施工工藝 測(cè)量定位 樁機(jī)就位并調(diào)平機(jī)身 啟動(dòng)主鉆機(jī)鉆進(jìn) 在設(shè)計(jì)深度停鉆 啟動(dòng)噴漿機(jī) 水泥漿制作 檢查噴料是否正常 提鉆到停噴標(biāo)高時(shí)停止噴 在設(shè)計(jì)標(biāo)高處停提鉆,鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng) 提鉆到地表以上 樁機(jī)移位 |
下面結(jié)合丹拉高速公路天津南段13標(biāo)軟基處理的施工介紹旋噴樁工法的施工要點(diǎn):
- 鉆機(jī)就位:鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)的孔位上并保持垂直,施工時(shí)旋噴后的應(yīng)許傾斜不得大于1.5%。鉆機(jī)口位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于50mm。
- 下管前必須檢查管路是否暢通,按頭密封是否良好。
- 插管:插管是將噴管插入地層預(yù)定的深度,在插管過程中,為防止泥沙堵塞噴嘴,可邊射水邊插管,水壓一般不超過1MPa。
- 當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后,由上而下進(jìn)行噴射作業(yè),噴射注漿時(shí)要注意,待估算水泥漿的前峰已流水噴頭后(一般2-4秒)方可開始提升注漿管。值班人員必須時(shí)刻注意檢查漿液初凝時(shí)間,注漿流量等技術(shù)參數(shù),一般漿的壓力為35MPA轉(zhuǎn)速25-30r/秒 。提速控制在20~25cm/秒。
- 施工時(shí),加強(qiáng)前臺(tái)與后場(chǎng)供漿配合密切,后場(chǎng)停止供應(yīng)時(shí),應(yīng)及時(shí)通知前臺(tái),防止斷樁和缺漿。再次供漿時(shí),攪拌機(jī)需下次停漿點(diǎn)0.5M以下,待恢復(fù)供漿時(shí)在提升。如停止時(shí)間超過3小時(shí),需將輸漿卸下進(jìn)行清洗。
- 所用水泥漿,水灰比要按設(shè)計(jì)規(guī)定,不得隨意更改,要保證水泥質(zhì)量,水泥要過篩,其細(xì)度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)篩上的篩余量不大于15%,禁止使用受潮,過期的水泥。
- 噴射注漿孔與高壓泵距離不能過長(zhǎng),防止高壓軟管過長(zhǎng),沿程壓力損失增大,造成實(shí)際噴射壓力降低。
- 當(dāng)樁頂接近標(biāo)高時(shí),為保證樁頭的施工質(zhì)量鉆井自設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1M噴漿提升時(shí),采用慢速,控制在15厘米/秒。
- 噴射結(jié)束后,若發(fā)現(xiàn)漿面下降應(yīng)立即在噴射孔內(nèi)進(jìn)行靜壓充填,直至漿液面不再下流為止。
- 施工中出現(xiàn)冒漿,一般是因?yàn)樽{量超過所需漿量所致,可采取如下措施:①
- 一般說來,重復(fù)噴射有增經(jīng)效果,由于其難以控制和影響進(jìn)度,因此在實(shí)際施工中不把它作為增經(jīng)的主要措施,通常在漿液噴射不足或工程要求有較大直徑時(shí)才進(jìn)行復(fù)噴。
丹拉高速公路天津南段旋噴樁采用單管法,每套設(shè)備主要配備機(jī)具見表1
表1 主要機(jī)具設(shè)備
序號(hào) | 名稱 | 型號(hào) | 單位 | 數(shù)量 |
1 | 高噴臺(tái)車 | XY—2 | 臺(tái) | 1 |
2 | 高壓旋噴泵 | XPB—90 | 臺(tái) | 1 |
3 | 水泥攪拌機(jī) | SF—200 | 臺(tái) | 1 |
本工法的勞動(dòng)力組織見表2
表2勞動(dòng)力組織
序號(hào) | 工種 | 人數(shù) | 工作內(nèi)容 |
1 | 班長(zhǎng) | 1 | 負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)指揮各工序的操作,控制加固質(zhì)量排除施工中的各種故障 |
2 | 操作員 | 3 | 按設(shè)計(jì)施工工藝,正確操縱鉆頭的鉆進(jìn)和提升檢查維修機(jī)械負(fù)責(zé)使用聯(lián)絡(luò)信號(hào) |
3 | 制漿員 | 3 | 負(fù)責(zé)水泥漿的制作,保證施工的連續(xù)性 |
4 | 司漿 | 1 | 統(tǒng)計(jì)材料用量,記錄泵送時(shí)間,清洗輸料管 |
5 | 電工后勤 | 2 | 負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝和安全使用 |
6 | 記錄員 | 1 | 負(fù)責(zé)施工記錄,操縱電器控制儀表,使用聯(lián)絡(luò)信號(hào),并質(zhì)量檢查員工作 |
- 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)
樁經(jīng) 不小于設(shè)計(jì)
有效樁長(zhǎng) 不小于設(shè)計(jì)
垂直度 ≤1。5%
樁頂標(biāo)高偏差≤±5CM
(二)檢測(cè)技術(shù)
- 室內(nèi)灰比實(shí)驗(yàn)
- 試樁
(三)質(zhì)量控制措施
- 開工前組織施工人員進(jìn)行技術(shù)交底,施工中根據(jù)質(zhì)量工程要求召開質(zhì)量專題會(huì),不得使用不合格的施工機(jī)具及不合格或失效的水泥。
- 鉆機(jī)開孔前必須復(fù)核孔位、孔距,檢查鉆機(jī)的水平度、軸垂直度。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)避免鉆機(jī)的劇烈振動(dòng),跳動(dòng)及鉆桿擺動(dòng),確保鉆機(jī)垂直度。
- 控制旋噴的壓力和提升及旋轉(zhuǎn)速度,確保加固范圍內(nèi)每一深度的噴漿飽滿。
- 用比重秤或比重計(jì)來檢查拌制的水泥漿是否符合設(shè)計(jì)要求。技術(shù)人員應(yīng)經(jīng)常檢查每延米用漿量和水泥用量是否滿足設(shè)計(jì)和施工要求。
- 鉆到終孔深度后,技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)檢查驗(yàn)收孔深及孔斜率,以確保以上技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
- 隨時(shí)檢查施工記錄,對(duì)照施工工藝對(duì)每根樁進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。對(duì)不合格的樁,視具體情況采取補(bǔ)救措施。
- 抽選一定數(shù)量的樁進(jìn)行淺部開挖,檢查樁體的成樁質(zhì)量,量測(cè)樁徑、樁距等指標(biāo),并鉆蕊取樣進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。
- 嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程,安全員負(fù)責(zé)安全教育和檢查,禁止不符合要求的施工操作。
- 所有機(jī)械操作人員須持證上崗。
- 機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí),崗上人員必須堅(jiān)守崗位,夜間作業(yè)應(yīng)有充分的照明設(shè)施,登高作業(yè)要系安全帶。
- 建立機(jī)械設(shè)備的定期檢查、保養(yǎng)制度。
本工法沒有特殊的施工技術(shù),操作簡(jiǎn)單易行,較粉噴樁、攪拌樁地基加固方法加固深度大固加劑用量易控制,加固地基效果好,樁距是攪拌樁的2-2.5倍,比攪拌樁施工方法省投資進(jìn)1/10,且無噪聲、粉塵和泥漿等污染,具有較高的推廣價(jià)值。
十二、工程案例
丹拉高速公路天津南段13標(biāo)全長(zhǎng)8.5627KM,處于渤海灣沉降區(qū),線路所經(jīng)區(qū)域均為軟土地基地段,設(shè)計(jì)對(duì)橋頭路基及涵洞,通道等構(gòu)筑物基礎(chǔ)采用旋噴樁加固處理。我局二公司于2001年9月15日開始組織旋噴樁施工,9月25日正式開工,2002年1月15日完工,共制樁6840根,樁徑為0.6M,單樁有效長(zhǎng)度平均為15M,成樁率100%,抽取了3%的樁進(jìn)行樁體質(zhì)量檢查,全部達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),收到了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)情況見表3、表4
表3施工情況
樁機(jī)編號(hào) | 開工日期 | 完工日期 | 制樁根數(shù) | 總延長(zhǎng)米 |
1 | 2001-9-25 | 2001-12-28 | 691 | 10365 |
2 | 2001-9-25 | 2002-1-5 | 742 | 11130 |
3 | 2001-9-25 | 2002-1-8 | 761 | 11415 |
4 | 2001-10-5 | 2002-1-12 | 703 | 10545 |
5 | 2001-10-5 | 2002-1-15 | 719 | 10785 |
6 | 2001-10-10 | 2002-1-13 | 673 | 10095 |
7 | 2001-10-10 | 2002-1-15 | 679 | 10185 |
8 | 2001-10-10 | 2002-1-13 | 668 | 10020 |
9 | 2001-10-15 | 2002-1-7 | 610 | 9150 |
10 | 2001-10-15 | 2002-1-2 | 594 | 8910 |
總計(jì) | 6840 | 102600 |
表4 樁位偏差情況
樁機(jī)區(qū) | 檢查樁數(shù) | 垂直度≯1.5%者 | 樁位≯5CM者 | 合格樁數(shù) | 合格率 |
1 | 21 | 21 | 21 | 21 | 100% |
2 | 23 | 23 | 23 | 23 | 100% |
3 | 23 | 23 | 23 | 23 | 100% |
4 | 21 | 21 | 21 | 21 | 100% |
5 | 22 | 22 | 22 | 22 | 100% |
6 | 21 | 21 | 21 | 21 | 100% |
7 | 21 | 21 | 21 | 21 | 100% |
8 | 20 | 20 | 20 | 20 | 100% |
9 | 19 | 19 | 19 | 19 | 100% |
10 | 18 | 18 | 18 | 18 | 100% |
中鐵十四局二公司丹拉指
執(zhí)筆:任元柱
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