南阳一标水泥搅拌桩工艺性试验总结.docx
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南阳一标水泥搅拌桩工艺性试验总结
南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南段
（委托建管项目）南阳段第一施工标段
水泥土搅拌桩抗滑桩工艺试验总结
编制：
审核：
批准：
中国水利水电第十三工程局有限公司
南水北调南阳段一标项目部
二〇一八年二月十三日
南阳一标水泥土搅拌桩抗滑桩工艺试验总结
一、工程概况与试验目的
1.1工程概况
南水北调中线一期总干渠南阳段第一施工标段，起点设计桩号TS87+925，终点设计桩号TS94+365，长度为6.440km，其中明渠段总长5.383km。
本标段渠道沿线均为膨胀土地质。
总干渠设计流量为340m3/s，加大流量为410m3/s，渠道设计水深7.5m，加大水深8.24m。
根据《南阳段洪水综合影响等级较高渠段加强方案结构布置图》及《南阳段洪水综合影响等级高渠段加强方案结构布置图》确定，我标段左侧渠堤桩号TS88+300～TS90+700、TS93+950～TS94+350渠段（共计2800m）以及右侧渠堤桩号TS88+300～TS90+700、TS93+550～TS94+200渠段（共计3050m）为洪水综合影响等级较高渠段，渠堤外坡增设水泥土搅拌桩抗滑桩和排水体，水泥土搅拌桩采用湿法搅拌成桩。
1.2试验目的
在渠道水泥土搅拌桩正式施工前，通过工艺性试验确定如下参数：
（1）确定深层搅拌桩机的地层适应性及钻进深度、桩底高程、桩顶高程。
（2）确定搅拌桩机的钻进速度。
（3）确定水泥浆液的水灰比。
（4）搅拌桩机转速、下钻和提升速度。
（5）注浆泵压力。
（6）输浆量及每延米桩体注浆量。
（7）试验桩根数为6根，检验成桩效果，取样进行室内抗压强度试验，同时观察桩体均匀性，检测桩径、桩位偏差等是否满足设计要求。
（8）验证施工方法的可行性，检查施工人员、施工机械设备等在施工过程中的整体配合效果、质量保证体系运转情况。
及时发现问题，及时调整，用来指导后续工程施工，有效防止质量问题的产生。
二、试验成果总结编制依据
（1）《南阳段洪水综合影响等级较高渠段加强方案结构布置图（1/3～3/3）》（/ET/TS/（NY）/SQ/01/T/26/-001～003/）；
（2）《水泥土搅拌桩施工技术要求》。
（3）《深层搅拌法技术规范》DL/T5425-2009；
（4）《水泥土搅拌桩抗滑桩工艺性试验方案》（水电十三局【2013】技案027号）；
（5）试验过程中得出的参数以及现场的桩体开挖检查、试验等结果。
三、工艺试验概述
3.1水泥土搅拌桩试验布置情况
我标段水泥土搅拌桩试验场地设置在1#施工营地空旷区域内，水泥土搅拌桩工艺试验共安排6根桩，单根桩长13m、合计78m。
水泥土搅拌桩试验布置情况如下图：
其中抗滑桩：
编号A#、B#、C#水泥掺入比均为18%，水灰比分别为0.5、0.6、0.75，编号D#、E#、F#水泥掺入比均为19%，水灰比分别为0.5、0.6、0.75。
试验桩所需的水泥浆制备系统紧邻水泥搅拌桩布置，以方便使用。
储浆池内放置一台双叶搅拌机，确保储浆池内浆液均一稳定。
3.2试验设备及材料存储
深层搅拌桩机1台；4kw/0.785m³搅拌罐2台；压浆泵1台；清水潜水泵2台；配电盘1台；挖机1台、洒水车1辆。
在试验桩区域附近空旷区域设置水泥浆拌制系统。
首先采用挖机间隔4m开挖两个2m长×2m宽×1.5m深池子作为储浆池，分别作为储水池、储浆池。
挖池所出土料紧邻储浆池堆积成3m×4m宽平台并满铺塑料布作为堆存袋装水泥平台，储水池与储浆池在使用前须用576g/m2复合土工膜覆盖，保证水泥浆液质量。
在水泥台与储浆池之间架设搅拌罐，搅拌罐与储浆池上分别架设一台搅拌电机，确保水泥浆搅拌充分均匀。
3.3工艺试验过程
3.3.1水泥掺量的确定
根据《深层搅拌法技术规范DL/T5425-2009》的要求，平均搅拌加固1m³土体需要的水泥量为：
式中：
—平均加固（搅拌）1m³土体所需要的水泥掺入量，单位为t；
αw—水泥掺入比；
γ—被加固土天然湿密度，t/m³。
根据地质勘探资料，1#使用营地内试验桩处土体主要由粉质粘土、粉质壤土组成，天然湿密度为19.3KN/m³，合1.97t/m³。
则各个水泥掺量的单位用量详见下表。
水泥掺量计算表
序号
水泥掺量
单位
加固1m3土体需要水泥量
备注
1
18%
Kg
354.6
2
19%
Kg
374.3
3.3.2工艺试验施工准备
（1）在1#施工营地指定区域内确定水泥土搅拌桩的桩位，采用钢卷尺确定桩与桩之间的中心距，并用木楔标记出各个桩中心的位置。
（2）桩机就位，钻头对准桩中心，双向控制导向架垂直度，在桩机井架的正面和侧面均应吊挂垂球，垂球质量不小于2kg、垂线长度不小于5m。
根据导向架的吊锤偏移，用米尺测定搅拌轴垂直度，调整导向架垂直度，按设计及规范要求，搅拌桩桩体垂直度偏差不超过1%。
桩机就位调整好后，根据控制桩检查钻头位置，桩位对中误差±2～±5cm。
（3）钻杆顶部采用反光漆做记号，并在导向架上清晰标明刻度，以准确计算钻进深度。
3.3.3水泥浆现场拌制
现场的水泥浆拌制，采用现场搅拌系统进行。
首先通过搅拌罐进行一次搅拌，搅拌均匀后后放入地面的搅拌池内，进行二次搅拌。
然后通过压力泵将水泥浆抽至桩机上。
现场拌制时，通过控制搅拌罐内水深确定拌合用水量，然后开始拌制。
搅拌罐的体积（搅拌罐为圆形，内径1.0m，高度为1.0m，满罐容积为0.785m³），根据单根抗滑桩的体积和搅拌罐的体积，拌制水泥浆时的配比详见下表。
现场水泥浆拌制配料表
序号
类型
水泥掺量
桩体直径cm
单根桩体体积m³
水灰比
水泥用量kg
用水量
kg
现场搅拌用量（每罐）
备注
水泥用量kg
水用量kg
折合喷浆桩体长度m
1
水泥土搅拌桩抗滑桩
18%
60
3.674
0.5
1302.8
651.3
600（12袋）
300
5.99
60
3.674
0.6
1302.8
781.5
550（11袋）
330
5.49
60
3.674
0.75
1302.8
976.9
400（8袋）
300
3.99
2
水泥土搅拌桩抗滑桩
19%
60
3.674
0.5
1375.2
687.4
600（12袋）
300
5.67
60
3.674
0.6
1375.2
824.9
550（11袋）
330
5.20
60
3.674
0.75
1375.2
1031.1
400（8袋）
320
3.78
3.3.4试验过程数据
（1）水泥土搅拌桩抗滑桩在进行工艺性试验过程中，下钻速度控制在0.6m/min左右、提升速度控制在0.5m/min左右，转速控制在45r/min，喷浆过程中，管道压力为0.3MPa。
（2）不同水泥掺入量及水灰比的抗滑桩在喷浆速度通过调整压浆泵压浆频率进行控制。
（3）水泥土搅拌桩施工，水泥浆的额外耗用量较大，施工成本大。
3.3.5试验操作过程中的异常情况及采取的措施
（1）下钻困难
出现原因：
由于所选试验区域地层较为密实，在采用“四搅两喷”施工工艺时，首次下钻土体较干燥，阻力较大，进尺困难。
处理方法：
将施工工艺由“四搅两喷”改为“四搅四喷”，首次下钻喷浆有利于钻头搅松土体，采用水灰比较大的水泥浆施工时，效果更为明显。
（2）堵管
出现原因：
1）水灰比问题：
通过试桩现场情况观察，水泥浆液水灰比采用0.5时的浆液较稠、流动性较差，且有间断性堵管现象；水灰比采用0.6时浆液流动性一般，偶有堵管现象发生；水灰比采用0.75时浆液流动性较好，无堵管现象发生。
2）注浆时间问题：
注浆过程中由于各种原因，包括机械问题、电力问题、水泥浆液制备问题及各工种间的协调问题，或者后两次搅拌停置时间过长造成两根桩之间的准备时间过长，都会造成注浆胶管以及钻杆内的浆液发生沉淀、凝结，可能在下次再开始注浆时造成注浆不畅，甚至堵管、崩管。
3）清洗注浆管
施工出现间歇时，对注浆管和钻杆进行清洗不彻底，浆液沉淀积累造成注浆胶管和钻杆的内径变小，影响浆液的流动。
处理方法：
1）堵管时停止施工，将注浆泵管卸下，用钢钎和铁锤将堵管处的灰浆凝结块凿除，并检查注浆泵内是否有灰浆凝结块，一起清理干净。
堵管问题解决后，为保证桩体质量，在搅拌桩停钻处上下0.5m范围内进行两次喷浆复搅。
施工出现间歇时，对注浆管和钻杆进行清洗，清洗一定要彻底，防止浆液沉淀积累。
2）增大水灰比，提高水泥浆液的流动性，确保注浆顺畅。
3）施工前做好准备工作，加强施工各个环节间的衔接，缩短注浆间隔时间。
四、试验检测情况分析
4.1试验桩外观检测
水泥土搅拌桩抗滑桩于2014年1月18日开挖桩头，龄期7天。
将表层的50cm的浮浆层清除后，在侧面将土层下挖50cm，露出桩头。
观察桩体均匀性，检测桩径、桩位偏差等均满足设计要求。
从开挖桩头后显示出来的具体情况可以看出：
随着水灰比的减小，桩体的均匀性有变差的趋势。
钻芯取样外观质量均较好，无明显差别。
4.2试验检测数据整理
2014年1月25日，我标段对试验桩体钻孔取样进行桩体的均匀性、完整性检查，芯样如下图：
试验桩所取芯样委托南阳路远公路工程试验检测有限公司进行14天龄期无侧限抗压强度检测，检测结果详见下表：
试验桩芯样检测结果汇总表
序号
试验桩
外观检测（目测）
14天无侧限抗压强度检测（MPa）
水泥掺入比
水灰比
均匀性
完整性
1
18%
0.5
一般
良好
2.53
2
18%
0.6
良好
良好
2.26
3
18%
0.75
良好
良好
2.43
4
19%
0.5
一般
良好
2.36
5
19%
0.6
良好
良好
2.29
6
19%
0.75
良好
良好
2.52
4.2试验检测数据分析
（1）根据《深层搅拌法技术规范DL/T5425-2009》，试验桩90d龄期无侧限抗压强度可由14d龄期无侧限抗压强度换算得出，换算公式如下：
其中
和
分别为90d、14d龄期水泥土无侧限抗压强度。
取换算系数最小值1.73时，代入公式得1～6#试验桩
分别为：
4.38MPa、3.91MPa、4.20MPa、4.08MPa、3.96MPa、4.36MPa,均大于设计要求的3.5MPa。
（2）水灰比为0.5的试验桩桩体均匀性较水灰比为0.6、0.75的试验桩略差。
（3）水灰比0.6的试验桩无侧限抗压强度小于水灰比0.75的试验桩无侧限抗压强度。
五、试验成果
通过本次工艺性试验，收集到的试验参数及数据较为典型全面，试验结果具有科学性和可对比性，根据试验成果，综合考虑施工便捷性与施工成本，我标段建议采用如下施工参数：
（1）水泥土搅拌桩抗滑桩水泥掺量为18%，水灰比为0.75。
（2）水泥浆制备--每罐加水300kg、水泥400kg（8袋）；
（3）水泥土搅拌桩抗滑桩采用“四搅四喷”施工工艺。
（4）机械操作参数：
下钻平均速度--0.4m/min～0.6m/min；
提升平局速度--0.2m/min～0.5m/min；
喷浆平均转速--45r/min，喷浆过程中；
注浆泵压力--0.3MPa～0.6MPa。
（5）施工前通过测量放样确定原地面高程、桩顶高程、桩底高程以及钻进深度，根据搅拌桩机导向架上刻度标尺及钻杆标记刻度确定下钻深度与喷浆起止高程。
六、注意事项及保证措施
（1）在施工时注意切削和提升搅拌的负荷不可过大，应控制在额定电流以内。
（2）泵口压力、流量应精确控制，水泥浆水灰比亦应控制精确。
（3）水泥土搅拌桩最后一次提升搅拌宜采用慢速提升。
当喷浆口下沉至桩底时开动泥浆泵输浆30s后方可提升、到达桩顶标高是已停止提升并搅拌数秒，确保浆液完全到达桩端，保证桩头密实。
（4）停工时间不得超过8h～24h，恢复施工时应将搅拌机下沉到停浆面以下0.5m，待供浆恢复后再次搅拌提升。
（5）施工现场事先予以平整，保证钻机工作面密实。
施工前检验机具性能和施工工艺各项技术参数，并进行实际标定，有关技术参数及时提供给现场监理工程师，以作为控制搅拌桩质量的依据。
（6）根据设计要求进行工艺性试验，确定出各项施工参数，施工过程中严格按设计及工艺要求进行。
当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥掺量。
（7）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。
（8）施工中始终保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的垂直，搅拌桩的孔位偏差±2～±5cm，抗滑桩桩体垂直偏差不超过1%。
（9）水泥浆现配现用，不得离析，不得停放时间过长，泵送必须连续。
（10）按照以确定配合比计算出每罐加水量（并在罐内作出标记）、水泥量，加料准确、搅拌均匀，时间不小于3分钟，并经过筛后使用。
单桩水泥浆消耗量与设计不符时要及时进行调整，直至每米耗浆量符合设计要求的水泥掺入量。
（11）当输浆管有弯折、外压或漏浆情况时要及时检查、理顺管道，清除外压，发现漏浆点应进行补漏，严重时停机换管。
当输浆管道过长，压力损失过大时可将制浆池尽量布置靠近桩位，以缩短送浆管道。
当场地条件不具备时，可使用增压泵调压。
（12）前台操作与后台供浆应密切配合，前台搅拌机喷浆提升的次数和速度与试验桩已标定的施工工艺参数相吻合。
（13）后台供浆停机时，及时通知前台以防止断桩和缺浆。
使搅拌桩机下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升。
停机后3小时，将输浆管拆下并清洗。
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，喷浆量及提升速度等由流量计控制并有专人记录。
附件：
《南阳路远公路工程试验检测有限公司水泥土试块无侧限抗压强度试验报告》。
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