水泥搅拌桩复合地基专项施工方案设计.docx

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水泥搅拌桩复合地基专项施工方案设计

***应急供水工程（EPC）

水泥搅拌桩复合地基专项施工方案

编制人：

审核人：

审批人：

编制单位：

******股份有限公司

编制日期：

2016年11月2日

水泥搅拌桩复合地基专项施工方案

1、工程概况

拟建***应急供水工程（EPC）位于陵水河东北面，沿滨河北路布设。

拟建工程包括1处应急水厂、1处取水泵房、输水管道及配水管道组成，拟建建（构）筑物及勘探点的平面位置图详见附录。

拟建应急水厂配备有虹吸滤池、废水回收池、穿孔絮凝斜管沉淀池、加药间、清水池、吸水井、1层发电机房和配电间及3层综合楼，框架结构，无地下室，设计±0.00标高约7.00m，总用地面积5863.18m²、水泥搅拌施工范围为综合楼273根、加药间112根。

拟建取水泵房配备有1层值班室配电间、取水泵房及检修平台以及陵水河取水管，框架结构，埋深约8.00m，设计±0.00标高约8.50m。

取水管拟采用顶管施工，为DN500～DN600球墨铸铁管。

拟建输水管道（AK0+000～AK2+043.962）沿滨河北路呈单直线分布，起点位于南滨河北路沿河边（坐标X=164480.068,Y=48901.647），终点位于应急水厂（坐标X=165857.066，Y=47883.092），沿路线总厂为2043.962m，工设计有46个工作竖井（A1～A46），为DN500球墨铸铁管，设计管中心标高为4.289～7.494m，拟采取明挖施工。

拟建配水管道（BK0+000～BK0+326.129）沿滨河北路东北面呈L形分布，起点为应急水厂（坐标X=165871.304，Y=47879.776），终点位于县城管网接管点（坐标X=165919.525,Y=47651.560），沿路线总厂为326.129m，工设计有14个工作竖井（A1～A14）,为DN600球墨铸铁管，设计管中心标高为2.844～7.261m，拟采取明挖施工。

2、工程地质、水文地质情况

2.1工程地质情况

根据勘察报告，主要涉及到以下土层：

《***应急供水工程工程地质勘察报告》

①层素填土（Qm1）：

黄褐、灰褐等色，稍湿，松散，主要有砂土、粘性土及少量碎石等组成，为新近回填土。

该层在个钻孔中均有揭露。

②层中砂（Q4a1+p1）：

黄、灰黄色，湿，松散，局部稍密，石英质，亚圆形，以中砂粒为主，粘粒含量约8%。

该层在各钻孔中均有揭露。

③层淤泥质粉质粘土（Q4a1+p1）：

灰、灰黑色，流塑，切面有光泽，主要由粘粒及粉粒组成，局部夹有贝壳粉细砂薄层，含腐殖质，具有腥臭味。

④层中砂（Q4a1+p1）：

黄褐、灰黄色，饱和，松散～稍密，石英质，亚圆形，以中砂粒为主、局部混粗砂粒，粘粒含量约10%。

该层在部分钻孔中均有揭露。

⑤层淤泥质粉质粘土（Q4a1+p1）：

灰、灰黑色，流塑～软塑，切面有光泽，主要由粘粒及粉粒组成，局部夹有贝壳粉细砂薄层，含腐殖质，具有腥臭味。

该层仅在应急水厂部分钻孔中均有揭露。

⑥层中砂（Q2a1+p1）：

灰、灰黄色，饱和，中密，石英质，亚圆形，以中砂粒为主、局部混角砾，粘粒含量约15%。

该层仅在应急水厂部分钻孔中均有揭露。

⑦层强风化花岗岩（P-T-Y）：

灰、灰褐色，结构基本破坏，残余结构强度，裂隙很发育，岩体破碎，浸水易崩解，岩芯呈砂砾～团块状为主。

该层在部分钻孔中均有揭露。

2.2水文地质情况

2.2.1地表水

拟建场地地表水主要陵水河，平时水深约4.00～5.00m；河面宽约300.00m；水流较缓慢；流向自西向东；两岸均建设有河堤，无坍塌现场，稳定现较好；经现场调查，取水泵房附近的河段洪水位是8.05m，翻板闸上游附近的洪水位是6.90m。

2.2.2地下水

在勘探深度范围内，场地地下水属孔隙潜水、岩石裂隙水，其中上部含水层（砂土及岩石）均为强透水层。

其补给来源主要是侧向迳流和降雨补给，排泄途径主要是人工开采和侧向向南陵水河迳流。

地下水受季节性及陵水河影响较大，本工程勘察测得地下水位埋深为3.00～7.90m（标高为0.41～1.33m）。

根据区域地质资料，地下水位年变化幅度约为2.00m。

2.3场地地理位置及地形地貌

拟建工程位于陵水河东北面，沿滨河北路布设。

拟建应急水厂场地地形开阔，地势较平坦，周边为居民区，钻孔高程为3.41～5.89m，高差2.48m。

拟建取水房沿陵水河北岸建筑，邻近滨河北路，地形较为狭窄，地势平坦，钻孔高程为8.59～8.78m，高差0.09m。

拟建输水管道沿线地形较为狭窄，地势西高东低，钻孔高程为5.66～10.86m，高差5.20m。

拟建配水管道沿线地形较为狭窄，地势西低东高，钻孔高程为5.66～7.65m，高差1.99m。

场地原始地貌均为陵水河河流一级阶地。

3、水泥土搅拌桩适用范围

水泥土搅拌法：

是以水泥为主要固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体的地基处理方法。

水泥土搅拌桩分为两类：

施工中柱状固结体是由水泥浆和软土搅拌形成的，称为水泥浆搅拌桩；由水泥粉体和软土搅拌形成的，称其为粉喷桩。

水泥搅拌桩两种方法的采用，主要是通过被加固土层中的含水量决定的。

通常土层中的天然含水量小于30%时，较为适合使用湿法，在大于50%时较为适合使用干法，而在30%～50%之间时需要根据具体的情况进行灵活选择，水泥土搅拌桩优点有很多，比如：

工程造价较低、工期比较短、利用原土，基本上不存在挤土，对周围建筑干扰少，工艺上简单，易于操作，土体经加固后重力基本不变，其下卧层不会产生较大附加沉降，施工无振动，噪音小，桩体布置形式灵活，基于这些有点水泥土搅拌桩在市政道路软土处理中经常使用。

4、水泥土搅拌法的固化原理

4.1水泥浆液的基本性状

在软土地基处理加固中，纯水泥浆是硬化剂的主体，其化学成分是氧化钙、氧化硅、氧化铝以及氧化铁和氧化镁，这些氧化物在水的作用下经过一系列的物理-化学反应一定时间后生成具有一定强度的结石，有实验数据显示；纯水泥浆的28天的抗压强度随水灰比变小而增大，水泥土的强度也随水泥等级的提高而提高，一般水泥强度提高一个等级，水泥土的强度提高45%～95%。

事实上，在水泥浆中加入诸如NN0、NR3、NASi03之类的扩散剂也能有效提高固结体的强度，除此之外，常用的外加剂还有速凝剂、塑化剂、缓凝剂、膨胀剂、加气剂以满足不同工程的性能需要。

表3.1.1水泥的化学成分

化学成分

最高%

最低%

氧化钙

67

66

氧化硅

23.1

19.3

氧化铝

7.6

4.1

氧化铁

5.8

1.5

氧化镁

4.5

1.7

4.2固化原理

水泥浆注入土体中后，同土混合，由于土的物理力学性质不同，其固化的原理有所不同，当地基土为砂质土时，其固结的强度较高，地基土为粘土时，固结体的强度相比较而言要低些，其物理化学反应也略有所不同。

在水泥浆注入土体的过程中，被振动和高压水冲压的土体粉碎成各种颗粒，颗粒间被水泥浆包裹，水泥水化后，在颗粒的四周形成水化物体（铝酸三钙水化物和氧化钙水化物），这就是固化的第一步，水泥的水化反应。

由于土体颗粒的吸附作用，这些结晶体开始包裹这些颗粒便面，形成胶凝膜，随着胶凝膜发展连接继而形成胶凝体。

当这种胶凝体由于水化作用的持续进行在消耗水分的同时生成更多的晶体时，这些不断生长、延长的不溶于水的晶体交织在一起形成空间性状的网络结构，也就是我们常说的水泥骨架。

骨架一旦形成，混合体的强度开始生成，这也就是水泥的固化，当骨架里的晶体生成的数量越多，晶体硬结析水越快，越紧密，混合体的强度越大。

砂质土和粘土固化过程的区别在砂质土中具有一定强度的较大粒径参与到骨架的构建中成为骨架的一部分，而粘土由于微粒粒径萧，悬浮在这些晶体中，其生成的强度完全是在固化过程生成的晶体的自身强度，故砂质土比粘土的水泥土强度高。

需要指出，水化反应是个长期的过程。

深层水泥土搅拌桩用以解决的问题：

（1）桩体穿透可液化层

（2）增加软土地基的承载力

（3）减少软土地基的沉降量

（4）减少软土地基的沉降速度

（5）做为侧向支护增加开挖边坡的稳定性

（6）较一般深层搅拌桩强度高3-5倍

（7）由于浆体作用降低了桩间土的含水量，提高了桩间土的垂直承载力的摩阻力。

（8）由于该法形成的桩体变形特性接近于刚性桩，因此经处理后的地基，很快结束了变形。

5、水泥土搅拌桩工艺原理、布桩样式及力学分析

5.1工艺原理

使用水泥搅拌桩钻机钻入设计深度后，利用钻机钻头在搅松的软土中以一定的压力喷入预先配好水泥（浆），水泥（浆）和软土在钻头的旋转作用下搅拌混合，形成具有一定强度、柱状、和良好的水稳定性的水泥稳定土桩，以此实现软土地基承载力增强的目的。

在实际的施工中一般采用四搅两喷或四搅四喷。

5.2定位测量、放线

测量放线由专职技术人员承担，精度必须满足规范要求及验收标准，施工前施工员在测量技术人员指定桩位，定位偏差不大于2cm，开工前应对桩位进行定位测量。

测量完成后对测量的定桩点坐标进行复核，复核完成后由施工员对施工桩位进行放样。

定位测量及放样必须符合设计要求及验收规范要求。

5.3钻机就位

根据桩位平面图布桩并编号，搅拌钻机根据施工流水安排，对准桩位。

5.4下钻

启动搅拌钻机，钻进0.5m后，开动空压机喷射压缩空气，以防钻进时堵塞灰口，同时借助压缩空减少负载扭矩，使钻进顺利，被加固的土体在原位搅动切碎。

5.5钻进结束

钻至设计加固深度后停钻，本工程场地因底层比较均匀，埋深变化不大。

加固深度为：

8m。

5.6提升

钻到设计加固深度后，钻机原位反向旋转，启动水泥浆发送装置，等水泥浆送出后，再开始提升。

为使土体和水泥进行充分搅拌并满足设计送浆量的要求，以确保粉喷桩体的质量，钻机提升速度和水泥发送装置的转速应严格按照工艺设计的要求。

5.7提升结束、桩体形成

钻头提升至桩标高时，关闭水泥发送装置。

钻机原位旋转1min，排空管道内的余浆，在继续提升至地面。

5.8检查送浆量一定达到设计送浆量要求时，方能允许钻机移位，若发现水泥浆排空后浆量达不到设计要求时，按照施工及质量验收规程进行二次喷浆复搅。

每根桩的编号及送浆量等应记入原始记录表上。

5.9工艺流程

平整场地→施工准备（桩机移位）→桩机就位→钻进→钻至设计孔深→提升、送浆→复喷、提升→成孔→桩机移位。

5.10桩长

水泥搅拌桩加固深厚软土地基，桩短多为软土，支撑作用很小，按承载的也行归属于纯摩擦桩一类。

有实验显示，搅拌桩的承载力随桩长增加而增加，但是桩长达到一定长度时，承载力几乎不再增加，原因是搅拌桩侧摩阻力首先在深搅拌桩上端达到极限摩阻力，然后逐步向下发展，桩侧摩阻力和桩端阻力就不同步发挥，对于深层搅拌桩而言，桩承载力全部由桩材料（尤其是上半部）与桩周的摩阻力来确定。

随桩长增加而桩的承载力不再明显增加的长度被称之为有效桩长，在设计上，设计搅拌桩的设计长度L不宜超过有效桩长La。

研究标明，影响有效桩长的因素有三项，分别是桩身强度、地基土支撑力和桩土模量比。

具体到某一具体工程，在取得地勘资料后，设计人员只需要套用公式加以简单的计算，经现场验证后就可以确定。

5.11置换率

在荷载标准组合得以确认的情况下，复合地基置换率根据前参照期地质勘察数据相应的设计规范是容易确定的。

以下两种方法可以让废弃的水泥发挥作用。

5.11.1先铺设碎石垫层，整瓶碾压后进行水泥搅拌桩施工，水泥浆和碎石搅拌结成混凝土，这样既省去凿除桩头这道工序，同时还能增加了桩长，提高了桩头强度，达到进一步改善复合地基承载力的效果。

5.11.2提高水泥搅拌桩的施工质量，确保桩头质量不预留虚桩，将节省的水泥部分均匀撒布在碎石垫层上，形成类似排水混凝土这样的结构，间接的改善了桩间土体承载力，也能达到改善复合地基承载力的效果。

6、施工程序

6.1、办理有关施工前往来单位及责任人有关手续。

6.2、清理施工现场地下及空中障碍物。

6.3、检查三通一平工作。

①路面要有25T装卸车所需的承载力和宽度，便于设备的进出场及材料供应。

②施工中的施工用电和生活用水要确保供应，电表、水表计量。

③按搅拌桩机功率要求，场地内须有能满足功率为75kw/台机的电力接口，本工程计划1台搅拌桩机施工，所以满足75kw功率的用电要求，若经常停电还需配备相应功率的发电机组。

6.4、技术交底

根据图纸、有关技术规范、规程组织所有技术施工人员进行技术交底，以便使所有人员都对本工程情况、特点、难点、重点有详细了解，在施工过程中予以重视、把握。

严格按照设计图纸及施工规范施工。

6.5、测量放线

根据施工现场测量控制点测放轴线及角桩，再依据角桩用网格法测放桩位，桩位放样误差≤5cm，用施工现场水准点测放±0.00标高，并标记于一固定处，用来确定施工中的孔深、停灰面等一系列参数。

为确保成桩质量，按设计的要求为桩体上部1/3进行复搅。

7、施工工艺参数

7.1、施工工艺流程：

桩机就位对准桩位→预搅下沉至桩底标高喷浆提升→至设计停浆面停止送浆→复搅钻进至桩长1/3→复搅提升→钻头提高地面→成桩。

7.2桩机就位对中允许误差≤5cm，钻架垂直度用垂球控制，允许误差≤1.0%H。

7.3设备选型：

根据本工程地质状况、设计的具体要求以及喷浆机的性能应选用PH-25型浆体喷射搅拌机。

PH—25型浆体喷射搅拌机主要技术参数

浆

喷

搅

拌

机

搅拌轴规格（mm）

125×125

搅拌翼外径（mm）

500-800

搅拌轴转速（r/min）

正（反）32，58，100，120

扭矩（KN/m）

6.6、11.2、16.5

电机功率（kw）

75

起

吊

设

备

进架结构高度（m）

门型-4级-25m

提升力（KN）

9-120

提升速度（m/min）

0.48、0.7、1.1、1.4、1.9

接地压力（kpa）

34

空压机配置

18Mpa/3.0公升

8、施工工期

根据施工现场情况、参照工程量及工期要求，此次施工一台搅拌桩机，按搅拌桩机每日施工进度120m计，施工工期约26天，如因停电、下雨、台风等自然条件或场地地下障碍等客观条件影响，工期将酌情顺眼，具体施工进度计划安排根据现场实际情况为准。

9、施工组织

9.1设计组织：

根据本工程的工程量、工期要求及场地情况，进一台搅拌桩机及配套设备，进场后现进行机械的组装及调试工作。

劳动力使用计划表

岗位

项目经理

队长

副队长

施工员质检员安全员

修配工电工

材料后勤

机组人员

合计

人数

1

1

2

2

2

2

2×4

18

10、工程进度计划

10.1本施工方案采用两班制作业，每班设备四人，14小时工作，投入钻机一台，每天进度120m（15根），因下暴雨、停电和机械故障，设备检修，排除地下障碍物等不可抗力时，需延长工期。

10.2人员组织：

为严格控制施工质量，保证施工进度，设立由项目经历全面负责的质量管理控制体系。

11、材料供应计划

本工程以水泥作为固料，施工用的水泥供应数量较大，施工中要做好水泥的供应工作。

由于施工设备现场流动性大，一般采用每日直接送到机组的方式供应（每台机保证现场堆码30吨的储备量）。

12、施工中应注意的事项

（1）垫层摊铺、平整后，严格碾压，确保桩间土满足设计压实度，以利于发挥搅拌桩的承载力。

（2）桩机就位，桩位要准，桩机需调平，吊架垂直，保证桩的垂直度，允许偏差1.5%。

（3）根据工作电流的变化判断是否已进入持力层，有经验标明，正常工作电流较平稳，当钻头进入持力层，电流变大，突然增大意味着钻头碰上了岩层或其他障碍物，因此，必须依据设计文件和地勘报告作业，施工前做好技术交底工作。

地基加固是一项隐蔽工程，地基加固的质量好坏直接影响到工程质量的安全与使用。

因此，每道工序、每道操作工作都得严格执行操作规程，严格控制好加固材料本身的质量和喷入数量，保证搅拌均匀，严格按图施工。

（4）文明施工，水泥搅拌桩施工作业区在居民居住区，合理按时施工作业时间、避免噪声污染扰民行为。

（5）现场施工作业区在明显位置设置明显警示牌、局部用彩色围护带进行围墙，确保施工作业区域安全生产。

（6）现场施工预备应急及急救药品和防中暑药水，确保现场作业人员的人身安全。

（7）