喷浆型水泥搅拌桩加固软土地基施工工法.docx
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喷浆型水泥搅拌桩加固软土地基施工工法
喷浆型水泥搅拌桩加固软土地基施工工法
一、前言
喷浆型水泥搅拌是将水泥加入水以后，以水泥浆的形式拌入软土中的深层搅拌桩基施工方法。
国内始用于塘沽新港，近十余年来，水泥搅拌桩技术迅速发展，在许多城市的工业厂房、民用住宅、市政挡土等地基处理工程中得到广泛的应用。
我公司在和北公路DS11标地基处理时应用了水泥搅拌桩，在工程实践中掌握了其施工技术，对之进行总结形成了本工法。
二、工法特点
1、施工设备比较简单。
2、操作简便，劳动强度低，施工安全。
3、施工进度快，直径0.5m，长9m的桩10h可成桩20根左右。
三、适用范围
适用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量高且地基承载力标准值不大于120Kpa的粘性土等。
四、施工工艺
（一）工艺原理
软土与水泥采用机械深层搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，在水泥加固中，由于水泥的掺量很小（直径0.5m，高1m加固土加入50kg的水泥），水泥水解和水化反应完全是在有一定活性的介质—土的围绕下进行，土质条件对于搅拌桩桩身质量的影响主要有两个方面，一是土体的物理力学性质对搅拌桩桩身水泥土搅拌均匀性的影响；二是土体的物理化学性质对桩身水泥土强度增加的影响，因此水泥土硬化速度缓慢且作用复杂。
1、水泥的水解和水化反应
普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化碳、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成。
由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物，硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等将水泥拌入软土后，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等化合物，反应过程中所生成的氢氧化钙、水化硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水反应，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和，当溶液达到饱和后，水分子虽然继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中形成胶体。
2、粘土颗粒与水泥水化物的作用
当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。
3、碳酸化作用
水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，能增加水泥土强度，但增长速度较慢，幅度也较小。
对于软土地基深层搅拌加固技术来说，由于机械的切削搅拌作用实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团，在拌入水泥后，将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团之间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满，所以加固后的水泥土形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内部则没有水泥，只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质，因此在水泥土中不可避免地会产生强度较大的水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区，两者在空间相互交替，因此水泥和土之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土的结构强度离散性越小，其宏观的总体强度也最高。
（二）工艺流程
测量放样机械定位拌制水泥浆预搅喷浆下沉喷浆搅拌提升重复搅拌下沉上升清洗移位
（三）施工要点
1、准备工作
（1）依据工程地质勘察资料，进行室内配合比试验，结合设计要求，选择最佳水泥掺入，确定搅拌施工工艺参数。
（2）依据设计图纸，编制深层搅拌桩施工方案，做好现场平面布置，安排好打桩施工流水，布置水泥浆制备和泵送系统，因考虑泵送距离不宜大于100m。
（3）平整施工现场，清除树根、杂草等影响钻进的地下地表障碍物。
（4）按设计图纸定桩位，进行现场测量放线定出每一个桩位，并打入小木桩。
2、施工要求
（1）水泥搅拌桩施工前必须进行成桩试验，根据电流变化，变化范围40A~80A左右，即钻头依次通过填筑土粘土、中砂、淤泥质土、中砂、粉砂质泥岩，从而确定桩长，应达到下列要求，并取得以下技术参数：
A、为了保证水泥的用量符合设计要求，施工之前先量出拌浆筒的体积，根据拌浆筒加水的体积量，相应控制好水泥的加入量，确保水泥浆水灰比为1：
1
B、确定搅拌的均匀性；
C、掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施；
D、严格控制成桩速度，要求第一次下沉搅拌时，只能使用低速档位，严禁使用中高速档位，第一、二次上升和第二次下沉时可用中速档位，每次上升和下沉，要求成桩速度必须均匀，不准中途换档，以防桩身水泥掺入不均匀；
（2）施工前应丈量钻杆长度，并标上显著标志，以便掌握钻杆钻入深度，复搅深度，保证设计桩长。
（3）泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。
现场拌制浆液。
（4）供浆必须连续，拌和必须均匀。
（5）搅拌机提升至地面以下1m时宜用慢速，当喷浆口即将出地面时，应停止提升，搅拌数秒，保证桩头均匀密实。
3、成桩
采用喷浆法，二喷四搅成桩，下沉、提升速度不大于0.8m/min，复搅部分应为桩长的1/3，且大于5m，每根桩施工时间不小于40min。
记录员做好施工记录（格式见表1）
表1深层搅拌桩施工现场记录表
项目名称
施工单位
监理单位
单项工程名称
桩位
开始时间
钻完时间
设计长度（m）
实际长度（m）
竖直度（%）
喷浆深度（m）
喷浆压力（Mpa）
实喷浆量（m3）
钻机转数（r/Hin）
提升速度（m/min）
水泥用量（kg）
水灰比
复搅长度（m）
自检意见
监理意见
测量
计算
复核
技术主管
项目主管
日期
（四）施工技术及控制措施
1、保证垂直度
为使搅拌桩基本垂直于地面，要特别注意深层搅拌机的平整度和导向架对地面的垂直度，应控制机械的垂直度偏斜不超过1%。
2、保证桩位准确度
布桩位置与设计误差不得大于2㎝，而成桩桩位偏差不应超过5㎝。
钻机必须到达指定桩位，使钻头中心对准设计桩。
3、水泥应符合要求
对于喷浆搅拌工艺所使用的水泥浆要严格按设计的配合比拌制，制备好的水泥浆不得有离析现象，停置时间不宜过长，为防止水泥浆发生离析，应将水泥浆留在灰浆拌制机中进行不断搅动，直至送浆前才缓慢倒入集料斗中，对停置时间超过2小时的水泥浆应降低标号使用。
4、确保搅拌施工的均匀性
（1）搅拌机械预搅下沉时，应使土体充分搅碎，对遇到硬土，搅拌机下沉速度过慢时，对于喷浆搅拌可采用冲水下沉，但在喷浆提升前必须将输浆管中的存水排净。
（2）严格按设计确定的参数控制水泥浆的喷出量和搅拌提升速度，水泥的供应量必须连续；对遇到淤泥持土，搅拌时间应适量延长，同时应加大水泥浆量。
一旦因故中断，必须将搅拌头下沉到停浆面以下0.5m处，待恢复供浆后再搅拌提升，以防断桩。
（3）应控制重复搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。
（五）确保壁状加固体的连续性
对设计要求搭接成壁的桩应连续施工，相邻桩的施工间隔不得超过24小时，相邻桩的重叠不得小于20cm。
（六）施工记录应详尽完善
施工记录必须有专人负责，深度记录偏差不得大于5cm；时间记录误差不得大于2s。
施工中发生的问题和处理情况，均应如实记录，以便汇总分析。
五、机具设备
表2机械设备
序号
机械名称
规格
单位
数量
1
搅拌机
SJB-18
台
1
2
灰浆泵
HB6-3
台
1
3
交流电焊机
BX-300
台
1
4
拌浆机
1000L
台
1
其中搅拌机的技术参数见表3,浆泵的技术规格见表4
表3搅拌机技术参数
型号
SJB-18
最大钻杆扭矩（kN.m）
7.5
钻机功率（kw）
37
钻杆转速（转/min）
45
一次加固面积（㎡）
0.384
最小提速（m/min）
0.5
最大加因深度（m）
18
全机功率
46
输浆量（m3/n）
3
电机功率（KW）
4
工作压力
1.5
活塞往复次数（次/min）
150
垂直输浆距离（m）
40
排浆口内径（㎜）
50
水平输浆距离（m）
150
最佳输浆稠度（㎝）
8~12
电机转速（转/min）
1440
表4HB6-3型灰浆泵技术规格
六、劳动组织
表5劳动力组织表
序号
工种
人数
分工
1
班长
1
现场施工负责
2
司机
1
生产进度，人员调动及维修
3
司泵机
1
灰浆制备，设备保养、清洗
4
记录
1
记录表1的内容
5
拌浆工
1
按设计配合比制备水泥浆，
并将其倒入集料斗
6
供料工
1
搬运水泥
7
电工
1
维修及保养电器
七、质量保证措施
1、施工前由编制施工组织设计的人员向班组长以上人员进行技术交底，明确每道工序质量要求和质量标准。
2、施工中必须贯彻“三检”（班组自检，质检员自检，公司终检），合格后向监理报验。
3、采购的水泥须有出厂合格证，并经试验单位化验合格后方可使用。
八、安全措施
1、加强对施工人员的安全教育，现场设专职安全员，处理隐患，防止事故。
2、现场危险区域设醒目的安全标志。
3、电动机械设备应设置安全保护措施。
1）当发现搅拌机的入土切削和提升搅拌负荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢升降速度或补给清水；发生卡转、停转现象时，应切断电源，并将搅拌机强制提升出地面，然后再重新启动电机。
2）泵送水泥浆前，管路应保持湿润，以利输浆。
3）水泥浆内不得夹有硬结块，以免吸入泵内损坏缸体，可在集料斗上部装设细网进行过筛。
4）输浆管路应保持干净，严防水泥浆结块，每日完工后应彻底清洗一次，喷浆搅拌施工过程中，如果发生事故而停机半小时以上，应先拆卸管路，排除水泥结石，然后进行清洗。
5）应定期拆卸清洗灰浆泵，注意保持齿轮减速箱内润滑汕的清洁。
九、效益分析
水泥搅拌桩造价低，施工工艺简单，并能保证工程质量。
十、工程实例
我公司承建的和北公路DS11标地基处理采用了水泥搅拌桩。
场地地质自上而下为填筑土厚1.12m，粘土2.03m，中砂5.03m，淤泥质土7.23m，中砂9.33m，粉砂质泥岩12.03m，微风化粉砂质泥岩12.73m，粉砂质泥岩15.53m。
水泥搅拌桩设计桩径50cm，桩长9m左右，总数20743根。
2004年6月进场，11月结束。
经抽样质量全部合格。
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