注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护施工.docx
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注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护施工
注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护施工工法
注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护的施工工法
1前言
1.0.1注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。
由于其具有经济、施工快捷等优势，在我国得以迅速推广应用。
所谓注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护就是用作为土层加强和锚固现场原位土体的注浆钢花管作为受力构件，与被加固的原位土体、喷射混凝土面层及起止水帷幕和加固土体的水泥土搅拌桩组成的支护体系。
1.0.2近几年来，土钉墙支护在我省发展较快，多次用于工业与民用建筑的基坑支护工程中，并与其他支护方法联合使用，均取得了良好的效果，获得了显著的社会效益和经济效益。
2工法特点
2.0.1能够合理的利用土的自稳性，对于支护段土层扰动较小，将土体作为支护结构中不可分割的部分，支护结构整体性好，结构合理。
2.0.2注浆钢花管布置间距较小，水泥土搅拌桩咬合范围大，单根钢管或水泥土桩出现问题对支护结构整体影响不大，支护结构可靠性好。
2.0.3施工速度快，搅拌桩施工速度较快，桩养护时间一般在三周左右，施工可以做到边开挖边钢花管施工，边注浆。
2.0.4施工材料较为普遍，主要材料为水泥和脚手架钢管，辅助材料有钢筋、砂和碎石。
2.0.5施工设备及工艺简单，搅拌桩机大量应用于地基处理工程中，桩机钻头在地下搅拌水泥与土的混合体成桩。
脚手架钢管经简单加工后由空气压缩机提供动力利用冲击器打入土中，免除老式土钉做法的成孔工序，且注浆钢花管与土之间的摩擦力更大。
2.0.6应用范围广造价低，工艺简单，机械设备在市场上较为普遍，工法整体造价较低。
3适用范围
3.0.1一般适用于杂填土、松散砂土、软塑或流塑土、软土、可塑、硬塑的粘性土，胶结或弱胶结（包括毛细水粘结）的粉土、砂土中。
3.0.2适用于基坑坑壁安全等级为二级、三级的基坑。
3.0.3适用于施工范围内地基承载力不超过150kPa的土层，对于地基承载力高、黏性较大或较密的黏土或砂土，可采用先行钻孔套打或其他辅助方法施工。
3.0.4适用于基坑深度不大于7m的基坑。
4工艺原理
4.1支护体系作用机理
注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护结构属于复合式土钉墙支护体系。
该支护结构形式由搅拌桩、注浆钢花管、内置钢筋网喷射混凝土组成。
注浆钢花管作为土钉加固土体，主要承担水平向的拉力；水泥土搅拌桩形成垂直围护结构，既作止水用又联合土钉形成支护结构体系；搅拌桩外侧挂钢筋网喷射混凝土填补土质差异和搅拌桩施工过程中的缺陷。
4.2注浆钢花管作用机理
4.2.1注浆钢花管与土体共同工作，形成了以增强边坡稳定能力为主要目的的复合土体。
该复合土体的整体刚度、抗拉和抗剪强度较原状土均有大幅度的提高。
4.2.2注浆钢花管承载主要荷载作用，依靠其与土体之间的摩擦力将所承受的荷载沿全长向深层土体传递。
4.2.3注浆钢花管为水泥土墙形成的垂直支护结构提供水平向拉力，保证其抗倾覆性，加强了边界对其的约束作用。
4.3搅拌桩作用机理
4.3.1搅拌桩加固土钉墙外侧土体，将注浆钢管连接成为一个整体。
4.3.2搅拌桩在基坑开挖前施工，减小了坡体开挖的变形量，将部分土压力传递给坡底深层土体，提高了支护结构的整体稳定性。
4.3.3搅拌桩为基坑开挖提供一个垂直的支护面，使得狭小场地的基坑开挖成为可能。
4.3.4搅拌桩将坡底土压力传递给了更深层土体，减小了基坑坑底的隆起量。
4.4内置钢筋网喷射混凝土作用机理
4.4.1由于地层的不均匀性使得搅拌桩强度在某个区域内较低，为了消除这种不均匀性带来的不利后果，采用内置钢筋网喷射混凝土进行补强，提高水泥土墙的均匀性。
4.4.2由于搅拌桩施工工艺本身的缺陷，使得桩与桩之间的咬合难以达到预期的效果，造成局部漏水，采用喷射混凝土可以封堵桩间间隙，保证基坑止水帷幕的质量。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工总流程
采用本工法进行基坑支护总施工流程如下图所示：
图5.1工艺总流程图
5.2搅拌桩施工工艺
5.2.1搅拌桩施工有“干法”和“湿法”两种，基坑支护中宜用“湿法”施工，该方法所成桩均匀性较好。
5.2.2湿法一般工艺流程：
设备安装就位制备水泥浆钻进到设计深度喷浆搅拌提升搅拌机钻进喷浆复拌提升搅拌机钻进复拌提升搅拌机成桩移位验桩。
5.2.3操作要点
1.桩位定位放样：
在桩位中心打入木桩。
2.桩基就位、调平：
搅拌头对准桩位，施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1％；桩基的偏差不得大于50mm；成桩直径不得小于设计值。
检查通电，空载电流值是否正常。
3.搅拌头下沉，钻进速度宜小于等于1m/min，并进行记录。
4.当搅拌头下沉到设计桩端以上30～50cm时开始喷射，边提边旋转喷射，提升控制速度为搅拌头每旋转一周，其提升高度约为16mm。
5.重复上、下搅拌：
深层搅拌机提升至设计深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。
为时软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。
6.提升喷浆搅拌：
提升速度≤0.5m/min。
7.施工时如因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。
若停机超过三小时，宜先拆卸输浆管路，并妥加清洗。
8.搅拌桩下沉时不宜冲水，当遇硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。
9.移位。
将桩机移至下一桩位，重复上述步骤。
10.清洗。
搅拌桩分段施工完成后应清洗机器管路，向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。
并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。
5.3注浆钢花管施工
5.3.1注浆钢花管施工流程
图5.3.1注浆钢花管施工流程
5.3.2钢花管制作要求
钢花管主要采用脚手架钢管制成，该钢管钢材等级为Q235级，钢管外径48mm，壁厚3mm。
钢管两侧对开∅6溢浆孔，孔外设置等边角钢25×25×3长35mm进行保护，通过钢管孔向土层内注浆。
工程中注浆钢管长度宜为6m和9m两种，钢管之间采用焊接连接，焊接处双面焊3根HRB335级φ14长10cm的钢筋。
在制作钢花管的同时还应制作与钢管口径相同的止回阀，止回阀由钢阀门和前后端各20cm长钢管组成。
钢花管具体制作要求如下图：
5.3.2钢花管制作详图
5.3.3注浆钢花管施工要求
1.施工前要复核钢花管桩位，测量桩位中心在垂直方向上的误差不大于2cm，水平方向误差不大于10cm。
2.钢花管采用打入式施工，钢花管杆体打入前应采用小钻机钻穿搅拌桩，取芯形成φ80的孔洞后再制安钢花管。
钢花管施工角度与水平方向的夹角宜为20°。
3.钢花管注浆所用的水泥浆水灰比要准确，水泥浆水灰比不大于0.5。
若工期紧迫可加入早强剂，早强剂采用NaCl及三乙醇胺，掺入量分别为水泥用量的0.3％及0.03％，拌好的浆液要在初凝前使用完毕。
严防石块、杂物混入浆液。
4.注浆作业应连续，直至一个钢花管注浆完毕，若因故中途停止注浆，应用清水清洗注浆泵及管路，防止浆液在泵体或管路内凝固。
注浆压力为0.4-0.6MPa，浆注满后保持稳定压力3-5分钟，预计注浆钢花管每米水泥用量为20kg。
5.注浆前将止回阀与钢花管头部焊接，注浆完成后先关闭阀门再拔出注浆管头。
待水泥浆终凝后将止回阀从钢花管上割下，并对其进行全面清洗。
5.3.4腰梁施工
注浆钢花管经腰梁与喷射混凝土连接，根据基坑深浅程度和周边建筑物情况设置腰梁，腰梁一般有钢筋腰梁和槽钢腰梁两种。
槽钢腰梁一般采用14a槽钢，钢筋腰梁一般采用HRB335级4条φ14钢筋组成，腰梁与钢花管采用焊接连接，在土钉制安完成后进行腰梁施工。
腰梁在制安前应对照土钉的位置进行开孔，人工用小钻机开孔直径为φ80。
图5.3.4-1钢筋腰梁做法详图
图5.3.4-1槽钢腰梁做法详图
5.4喷射混凝土施工
5.4.1喷射混凝土施工流程
图5.3.1喷射混凝土施工流程
5.4.2施工要点与技术措施
1.施工材料中的水泥应有出厂合格证，施工中所用水泥浆应在施工前做好配合比试验，严格按配合比进行施工
2.人工修坡：
锚杆施工完成后，根据场地开挖实际地形进行人工修坡，以便挂网平整到位，边坡美观大方。
3.喷底层砼：
人工修坡后，喷射底层砼，第一次喷射砼厚度为30mm,然后挂网，保证钢筋不受腐蚀破坏。
4.挂网：
钢花管与腰梁内侧铺设纵横向钢筋网。
5.喷面层砼：
挂网后，将钢筋网移至设计位置，再次喷射C20砼，直至厚度达到60-80mm。
喷砼配合比经验数为水泥：
粗砂：
砾石=1：
2：
2。
实际施工时，现场配合比必须根据工程师选用材料抽样送到实验室进行试配确定。
6.养护：
按标准养护期洒水养护。
图5.4.2喷射混凝土施工详图
6材料与设备
6.1机具设备
注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护工法中需采用的主要设备机具见表6.1。
表6.1机具设备表
序号
主要机械设备名称
型号
总功率
1
空气压缩机
VF12-7
80kW
2
混凝土喷射泵
QYZ-A
5kW
3
搅拌桩机
SP-5
45kW
4
小钻机
φ80mm
5kW
5
电焊机
BXI-50-7
15kW
6
潜孔钻车
KY-120
柴油动力
7
气割设备
8
水泥浆搅拌机
1m³
10kW
9
压浆泵
BW600
15kW
10
高效潜孔冲击器
AS-90A
6.2人员配置
所需操作人员有：
水泥土搅拌桩施工班组、钢筋笼制作班组、混凝土施工班组、水电工、普工。
其中机械操作工、电工和焊工应持证上岗。
6.3材料
注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护工法中需采用的主要材料见表6.3。
表6.3材料表
序号
主要材料名称
材料型号
1
钢筋
直径6.5mm、8mm、14mm
2
水泥
复合硅酸盐水泥325级
3
砂
细河砂
4
碎石
粒径5mm-10mm
5
槽钢
14a
6
钢管
外径48mm，壁厚3mm
7
等边角钢
25×25×3
7质量控制
7.1规范标准
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
《建筑地基基础工程施工质量标准》（ZJQ00-SG-014-2006）
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
7.2搅拌桩质量控制措施
1.严格按设计图纸要求及规范进行施工。
2.选用性能较好的加强型桩机，并加强检修维护，保证桩机机械性能良好。
3.施工前，应做搅拌桩成桩工艺性试桩，以确定各项施工技术参数，其中包括：
搅拌机钻进深度、桩底标高、桩顶或停浆面标高、灰浆的水灰比、外渗剂的配方、搅拌机的转速和提升速度、灰浆泵的压力、输浆量等；
4.搅拌机机架安装就位应水平，导向塔垂直度偏差不超过1％，桩位偏差不大于50mm，桩径偏差不大于4％；确保桩间搭接宽度。
5.施工中因故停浆时，宜将搅拌头回复0.5m到已搅拌部分，待恢复供浆时，再搅拌提升；
6.桩与桩搭接时间间隔不应大于24小时，如果间歇时间太长，搭接质量无保证时，应采取局部补桩或旋喷注浆措施；
7.做好每根桩的成桩记录，深度记录误差不应大于10mm，时间记录误差不应大于5min；
8.施工过程中用流量泵控制输浆速度，保持注浆泵出口压力（一般在0.40～0.60MPa），输浆速度保持常量；
9.当地下水丰富时，可采用多回路注浆搅拌工艺，并选用适当的速凝剂；
10.当土层为较密实的粗砂层时，应增加搅拌次数；搅拌桩侧土方开挖必须达到设计强度后方可进行。
7.3土钉质量检测措施
土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试验数量不宜少于土钉总数的3%且不应少于3根。
当锚固段浆体强度达到设计强度的80%时可进行试验，试验操作要求按照JGJ120《建筑基坑支护技术规程》附录E的要求进行。
7.4喷射混凝土质量控制措施
钢筋网应在喷射一层混凝土后敷设，根据保护层厚度>15mm；
钢筋网与土钉采用压入时进行连接；喷射作业应分段进行，同一分段内喷射作业应自上而下，一次喷射厚度不小于30mm；喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为0.6～1.0m；喷射混凝土后2h后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为3～7小时。
8安全措施
8.0.1现场施工用电原则执行“一机、一闸、一漏电保护”的“三级配电两级保护”措施。
其电箱设门、加锁、编号，注明责任人。
8.0.2流砂、管涌的处理措施
对较严重的流砂现象应增加坑内降水措施，使地下水位降低到坑底以下0.5-1.0m。
流砂在上部桩间的缝隙中出现时，在桩间嵌补防水细石混凝土。
施工中应先在出现流砂的部位插入引流管，而后将该段墙幅间土清除，再将两面墙幅对应面凿毛，然后在外面支模，浇注混凝土。
管涌十分严重时可在支护墙前打设一排钢板桩，在钢板桩和支护墙间进行注浆，钢板桩底应与支护墙底标高相同，钢板桩的打设宽度应比管涌范围宽5m。
8.0.3支护结构位移过的处理措施
1.回填好土、砂袋或砂石材料，回填至保证基坑变形稳定为止。
2.挖除支护坡顶一定范围内的土体，减少支护坡顶的堆载。
3.对基坑挖土应合理分段，每段土方挖到底后应及时浇筑垫层。
8.0.4支护结构漏水的处理措施
1.漏水部位在离地面不深处，可开挖支护结构背离基坑侧土体至漏水高度，采用混凝土进行封堵。
2.漏水位置较深，应采用压密注浆的方法进行封堵。
浆液中应加入早强剂等外加剂提高水泥浆的早期强度。
注浆时应控制好注浆压力，避免注浆压力过大使支护结构产生侧移。
8.0.5基坑周边建筑物和构筑物险情处理
周边建筑物和构筑物险情包括建构筑物开裂、倾斜、沉降过大等情况。
产生该险情的直接原因有三个方面，第一是由于基坑开挖过程中支护结构变形引起；第二由于基坑止水帷幕失效导致坑外水位下降过快引起；第三基坑开挖产生了流砂和流土现象将坑外建构筑物基础掏空所致。
基坑开挖时应对基坑周边建筑物和构筑物加强监测，若出现险情应结合施工现场的实际情况进行处理。
9环保措施
9.0.1在施工场地外围进行噪音监测，对于一些产生噪音大的施工机械，应采取有效的措施以减少噪音，如金属和模板加工场地等均搭设工棚以屏蔽噪音。
9.0.2注意夜间照明灯光的投射，在施工区内进行作业封闭，不得直射附近建筑物，以减少施工对附近的光污染。
10效益分析
10.0.1经大量工程对比及综合分析，注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支技术具有良好的社会效益和经济效益：
1.边开挖，边支护，工期很短。
2.支护后，与其他支护方法相比，边坡稳定，对相邻建筑和道路影响小。
3.与其他支护类型如钢管树根桩锚索支护结构、钻孔灌注桩排桩支护结构等相比，可降低造价20％～40％。
11应用实例
11.0.1注浆钢花管与水泥土搅拌桩联合支护的施工方法2007~2011年分别应用于海口宝华酒店二期工程2号公寓楼工程，海口市金海广场（二标）住宅楼工程，海口市解放西路金棕榈文化广场一期工程，驰天•钰园商住楼工程等工程项目的基坑支护工程。
通过以上工程的成功应用，积累了有关该工法的施工经验并最终形成该工法。
本工法在处理富水性滨海软土地基基坑问题上效果显著，能够同时达到止水和支护的双重效果。
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