浅谈高压旋喷桩在软土地基中的应用.docx
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浅谈高压旋喷桩在软土地基中的应用
浅谈高压旋喷桩在软土地基中的应用
1、高压旋喷桩的施工
(一)高压旋喷桩的施工工艺
施工工艺见图1施工工艺流程图
(二)高压旋喷桩的施工过程
在高压旋喷桩正式开工前,需要根椐地质情况选取代表性点做不少于5根工艺性试桩,以便取得符合设计要求的工艺控制参数,本工程经工艺试桩确定的施工参数如下:
1、本工程采用二重管旋喷桩施工工艺,桩径不小于700mm,使用42.5级普通硅酸盐水泥。
2、水泥浆的水灰比1.0,喷浆压力20-25Mpa,每米水泥用量350kg,喷浆量80-120L/min,气压0.7Mpa,风量10m/min,提升速度10-15cm/min,旋转速度16-20r/min。
3、二重管旋喷桩处理长度两侧各40m长,5排连环桩,桩长为:
桩顶标高6.53m-(桩底标高-4.75m)=11.28m。
具体施工过程如下:
1、施工工艺流程
场地平整→测量放样→钻机就位→引孔(扩孔)到设计标高→封堵垂向喷嘴→搅浆→由下向上旋喷作业到设计顶高程→冲洗→移位。
工程大面积施工前,选取K1+213.11~K1+223段北侧进行,先打试桩11.28米,了解施工工艺及旋喷效果,最后确定施工参数,再进行旋喷桩的施工,施工时,为确保旋喷桩接头效果,宜采用跳打法分两序施工,先施工第Ⅰ桩,再施工第Ⅱ桩。
(2)钻机就位
钻机安放在设计孔位上,使钻头对准孔位中心,纵横向偏差不得大于50mm。
为保证钻孔达到规范要求的垂直度偏差1%以内,钻机就位后,必须做水平校正,使钻杆轴线垂直对准孔位,并固定好桩机。
(3)钻孔
钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度,钻孔方法可根据地层条件、加固深度和机具设备等条件确定。
成孔后,校验孔位、孔深及垂直度是否符合规范要求。
(孔位纵横向偏差不大于50mm、孔深不小于设计深度、垂直度偏差不大于1%)。
(4)下注浆管
成孔合格后即可下入注浆管到预定深度。
在下管之前,必须进行地面试喷,检验喷射装置及气、浆发生装置是否正常。
经现场质检人员检查认可后方可进行高喷灌浆施工,喷射过程中如遇特殊情况,如浆压过高或喷嘴堵塞等,应将喷射管提出地面进行处理,处理好后再进行施工。
(5)喷射注浆作业
将注浆管下到预定深度后,检验喷射方向、摆动角度,进行底下试喷,一切正常后即可自下而上进行喷射作业。
高压旋喷桩水灰比一般在1:
1~1.5:
1之间,根据试验段施工,本工程采用1:
1。
施工过程中,必须时刻注意检查浆液初凝时间、提升速度、旋摆速度等参数,并随时做好记录,如遇故障及时排除。
喷射过程中,值班技术人员应随时检查各环节的运行情况,并根据具体情况采取下列措施:
①接、卸换管要快,防止塌孔和堵嘴;
②喷射因故障中断,应酌情处理:
a、因机械故障,要尽力缩短中断时间,及早恢复灌浆;
b、如中断时间超过1小时,要采取补救措施;
c、恢复喷射时,喷射管要多下0.3m,保证凝结体的连续性。
喷射结束后,随即在喷射孔内进行静压充填灌浆,直到浆面不再下沉为止,保证高喷防渗墙固结后墙顶标高,回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。
(6)冲洗器具
喷射作业完成后,应把注浆管等机具设备冲洗干净,管内机内不得残存水泥浆。
通常把浆液换成水,在地面上喷射,以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。
每一孔的高压喷射注浆完成后,应及时清洗灌浆泵和输浆管路,防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块,堵塞输浆管路和喷嘴,影响下一孔的施工。
(7)移动机具
将钻机等机具移到新孔位上。
3、高压旋喷桩的质量控制
(一)质量控制依据与控制目标
3.1.1质量控制的依据
高压旋喷桩施工质量控制依据下列文件进行:
(1)合同文件;
(2)设计图纸及技术要求;
(3)与专业工程相关的标准,设计文件和技术资料:
GB50319-2000《建筑工程监理规范》、GB50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》;
上述各文件中相互不一致时,要确定一种作为工程的执行标准,一般来说,应优先考虑合同文件的规定。
3.1.2质量控制的目标
高压旋喷桩施工质量控制必须达到以下几个目标:
1、旋喷施工前,将钻架安放平稳牢固,定位准确,喷射管倾斜度不大于1.5%,桩心偏差不大于5cm。
2、正式开工前应作试验桩,确定合理的施喷参数和浆液配合比。
旋喷深度、直径、抗压强度符合设计要求。
3、为使浆液因延时而不致沉淀和离析,及时提高复合固结体的强度,应参入3%的陶土和适量的早强剂。
4、旋喷过程中,冒浆量小于浆量的20%为正常现象,若超过20%或完全不冒浆时,应查明原因,调整旋喷桩参数或改变喷嘴直径。
5、钻杆旋转和提升必须连续不中断,拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10~20cm的搭接长度,以免出现断桩。
6、在旋喷过程中,如因机械故障中断旋喷时,应重新钻至桩底设计标高并重新旋喷。
应急措施:
若因地层中有较大空隙引起的不冒浆,则可在浆液中参加适量的速凝剂,缩短时间,使浆液在一定土层范围内凝固。
另外还可在空隙地段增大注浆量,填满空隙后再继续正常旋喷。
冒浆过大的主要原因一般是:
有效喷射范围与注浆不相适应,注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致,减少冒浆的措施有三种:
提高旋喷压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升旋喷速度。
3.1.3质量标准
1.工艺指标
(1)测量放线:
根据设计的施工图测量放出的施工轴线,允许偏差为10mm,当长度大于60m时,允许偏差为15mm。
(2)确定孔位:
测量孔口地面高程允许偏差不超过1cm,定孔位允许偏差不超过2cm。
(3)钻机造孔:
钻机就位,主钻杆中心轴线对准孔位允许偏差不超过5cm。
1)钻孔口径:
开孔口径不大于喷射管外径10cm,终孔口径应大于喷射管外径2cm。
2)钻孔护壁:
采用泥浆护壁,黏土泥浆密度为1.1~1.25g/cm3。
3)钻先导孔:
每间隔20m布置一先导孔,终孔时1m取芯鉴别岩性。
4)钻孔深度:
终孔深度大于设计开喷深度0.5~1.0m。
5)孔内测斜:
孔深小于30m时,孔斜率不大于1%,其余不得大于1.5%。
(4)测量孔深:
钻孔终孔时测量钻杆钻具长度,允许偏差不超过5cm。
(5)下喷射管:
喷射管下至设计开喷深度允许偏差不超过10cm。
1)喷射管:
测量喷射管总长度,允许误差不超过2%,喷射管每隔0.5m标识尺度。
2)方向箭:
测量喷嘴中心线与喷射管方向箭允许误差不超过1°。
3)调试喷嘴:
确定设计喷射压力时,试压管路不大于20m,更换喷嘴时重新调试。
4)喷射压力:
施工用的标准喷射压力等于设计喷射压力加上管路压力。
5)喷射方向:
确定喷射方向允许偏差不超过±1°。
(6)搅拌制浆:
使用高速搅拌机不少于60s;使用普通搅拌机不少于180s。
1)单管法、两管法,常用水灰比为1,密度为1.35~1.5g/cm3。
2)三管法,常用水灰比为0.6~0.8,密度为1.6~1.7g/cm3。
3)制浆材料称量其误差应不大于5%,称量密度偏差不超过±0.1g/cm3。
4)纯水泥浆的搅拌存放时间不超过2.5h,浆液温度应保持在5~40℃。
5)所进水泥每400t取样化验1次,检测水泥安定性和强度指标。
6)水泥的使用按出厂日期和批号,依次使用,不合格的水泥严禁使用。
(7)供水供气:
高压(浆)水压力不小于20MPa,气压力控制在0.5~0.8MPa。
1)高压浆:
施工用高压浆压力偏差不超过±1MPa,流量偏差不超过±1L/min。
2)高压水:
施工用高压水压力偏差不超过±1MPa,流量偏差不超过±1L/min。
3)压缩气:
施工用压缩气压力偏差不超过±0.1MPa,流量偏差不超过±1L/min。
(8)喷射注浆:
高压喷射注浆开喷后,待水泥浆液返出孔口后,开始提升。
喷射过程中出现压力突降或骤增,必须查明原因,及时处理。
喷射过程中孔内漏浆,停止提升。
1)检查喷头:
不合格的喷头、喷嘴、气嘴禁止使用。
2)复喷搭接:
喷射中断0.5h、1h、4h的,分别搭接0.2m、0.5m、1.0m。
3)三管法灌浆正常工作压力为0.1~0.3MPa。
4)为增加喷射长度和强度,喷射管喷头必须下落到开喷原位。
(9)冒浆:
三管法,高压喷射注浆在砂土及砂砾卵石层施工,孔口冒出的浆液经过滤沉淀处理后方可利用,回收浆液密度为1.2~1.3g/cm3。
(10)旋摆提升:
当碎石土呈骨架结构时应慎重使用高压喷射注浆施工工艺。
1)旋喷:
旋摆次数(旋喷速度r/min)允许偏差不超过设计值的±0.5r/min。
2)摆喷:
摆动次数(摆喷速度次/min)允许偏差不超过设计值的±1次/min。
3)提升:
旋、摆、定喷提升速度,允许偏差不超过设计值的±1cm/min。
(11)成桩成墙:
旋喷成桩、摆喷成墙、定喷成板,几何尺寸应满足设计要求。
(12)充填回灌:
终喷提出喷射管后,应及时向孔内充填灌浆,直到饱满。
1)将输浆管插入孔内浆面以下2m,输入注浆时用的浆液进行充填灌浆。
2)充填灌浆需多次反复进行,回灌标准是:
直到饱满,孔口浆面不再下沉为止。
(13)清洗结束:
每一孔注浆完成后,用清水将灌浆泵和输浆管路彻底冲洗干净。
2.成品质量
(1)高压喷射注浆形成的桩、墙、板各项技术指标应满足设计要求:
1)旋喷桩直径应大于等于设计的桩直径,其强度和抗渗指标应满足设计要求。
2)摆喷墙平均厚度应大于等于设计的墙厚,其强度和抗渗指标应满足设计要求。
3)定喷板最小厚度应大于等于设计的板厚,其强度和抗渗指标应满足设计要求。
(2)地基加固工程,经高压喷射注浆处理的地基承载力必需满足设计要求。
3.高压喷射注浆地基质量应符合表1的规定。
表1 高压喷射注浆地基质量检验标准
项
序
检查项目
允许偏差允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
水泥及外掺剂
符合出厂要求
查产品合格证书或抽样送检
2
水泥用量
设计要求
查看流量表及水泥浆水灰比
3
桩体强度或完整性检验
设计要求
按规定方法
4
地基承载力
设计要求
按规定方法
一般项目
1
钻孔深度
mm
≤50
用钢尺量
2
钻孔垂直度
%
≤1.5
经纬仪测钻杆或实测
3
孔深
mm
±200
用钢尺量
4
注浆压力
按规定参数指标
查看压力表
5
桩体
mm
>200
用钢尺量
6
桩体直径
mm
≤50
开挖后用钢尺量
7
桩身中心允许偏差
≤0.2D
开挖后桩顶下500mm处用钢尺量,D为桩径
(二)施工过程中的质量控制措施
3.2.1试桩
高压旋喷桩是一种多参数控制的桩,需根据地质情况对施工参数进行必要调整,这就要求质量控制人员有较直观的判断能力。
因此,应组织多方施工参数与试桩的参数确定,让他们掌握第一手地质资料。
通过现场交底对桩施工参数调整有较形象直观的了解。
3.2.2材料
对工程中使用的材料质量进行控制,主要控制水泥质量。
进入现场的水泥必须及时报检,重点审查其出厂合格证、生产许可证等,不论建设单位供应还是施工单位采购的水泥,都必须先复试,合格后才准许使用。
对存放过久、受潮、结块的水泥极易堵塞喷嘴,且强度降低,不应使用。
当需要在水泥浆液中掺入外加剂时,应通过试验确定合适参数。
3.2.3旁站
施工过程中,要旁站监督整个喷浆作业过程,严格控制钻杆的转速、提升速度、喷浆压力等参数满足施工方案中确定的参数要求,随时检查施工单位所施工的每个孔的喷浆施工记录;对旋喷效果较差的土层要求施工单位采用复喷;特别注意喷浆过程中,不冒浆、冒浆过多、压力突变等异常现象。
4、高压旋喷桩的检测手段
限于我国目前的技术条件,高压旋喷桩常用的检测手段有开挖检查、钻孔取芯、旁压试验、标贯、静力触探、载荷试验、透水试验、室内试验和其他非破坏性试验9种方法。
本工程主要采取钻芯检测法和开挖检查法来检测旋喷桩成桩后的质量。
(1)钻芯检测法:
可将已旋喷好的固结体中钻芯来观察判断其固结整体性,并将所取岩芯做成标准试件进行室内力学物理性试验,以求得其强度特性,鉴定其是否符合设计要求。
但这种方法只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量,而且设备庞大、费工费时、价格昂贵,不宜作为大面积检测方法,而只能用于抽样检查,一般抽检总桩量的3~5%,或作为无损检测结果的校核手段。
(2)开挖检查:
旋喷完毕,待凝固具有一定强度后即施工完28d后,即可开挖。
这种检查方法,因开挖工作量很大,一般限于浅层。
由于固结体完全暴露出来,因此能比较全面地检查喷射固结体的质量,也是检查固结体垂直度和固结体形状的良好方法。
这是当前较好的一种检查质量的方法。
5、高压旋喷桩施工过程常见事故及处治方法
(一)固结体强度不均匀、缩颈
5.1.1产生原因
(1)喷射方法与机具没有根据地质条件进行选择。
(2)喷浆设备出现故障中断施工。
(3)拔管速度、旋转速度及注浆量适配不当,造成桩身直径大小不均匀,浆液有多有少。
(4)喷射的浆液与切削的土粒强制搅拌不均匀,不充分。
(5)穿过较硬的粘性土,产生颈缩。
5.1.2预防措施及处理方法
(1)根据设计要求和地质条件,选用不同的喷浆方法和机具。
(2)喷浆前,先进行压浆压气试验,一切正常后方可配浆,准备喷射,保证连续进行配浆时必须用筛过滤。
(3)根据固结体的形状及桩身匀质性,调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量。
(4)对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射(不提升)或复喷的扩大桩径办法。
(5)控制浆液的水灰比及稠度。
(6)严格要求喷嘴的加工精度、位置、形状、直径等,保证喷浆效果。
(二)压力上不去
5.2.1产生原因
(1)安全阀和管路因接头处密封圈不严而有泄漏现象。
(2)泵阀损坏,油管破裂漏油。
(3)安全阀的安全压力过低,或吸浆管内留有空气或密封圈泄漏。
(4)塞油泵调压过低。
5.2.2预防措施及处理方法
应停机检查,经检查后压力自然上升,并以清水进行调压试验,以达到所要求的压力为止。
(三)压力骤然上升
5.3.1产生原因
(1)喷嘴堵塞。
(2)高压管路清洗不净,浆液沉淀或其他杂物堵塞管路。
(3)泵体或出浆管路有堵塞。
5.3.2预防措施及处理方法
(1)应停机检查,首先卸压,如喷嘴堵塞将钻杆提升,用铜疏通。
(2)其他情况堵塞应松开接头进行疏动,待堵塞消失后再进行旋喷。
(四)钻孔沉管困难偏斜、冒浆
5.4.1产生原因
(1)遇有地下埋设物,地面不平不实,钻杆倾斜度超标。
(2)注浆量与实际需要量相差较多。
(3)地层中有较大空隙不冒浆或冒浆量过大则是因为有效喷射范围与注浆量不相适应,注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液所致。
5.4.2预防措施及处理方法
(1)放桩位点时应钎探,遇有地下埋设物应清除或移动桩钻孔点。
(2)喷射注浆前应先平整场地,钻杆应垂直倾斜度探制在0.3%以内。
(3)利用侧口式喷头,减小出浆口孔径并提高喷射能力,使浆液量与实际需要量相当,减少冒浆。
(4)控制水泥浆液配合比。
(5)针对冒浆的现象则采取在浆液中参加适量的速凝剂,缩短固结时间,使浆液在一定土层范围内凝固,还可在空隙地段增大注浆量,填满空隙后再继续旋喷。
(6)针对冒浆量过大的现象则采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋转速度。
(五)固结体顶部下凹
5.5.1产生原因
在水泥浆液与土搅拌混合后,由于浆液的析水特性,会产生一定的收缩作用,因而造成在固结体顶部出现凹穴。
其深度随土质浆液的析水性、固结体的直径和长度等因素的不同而异。
5.5.2预防措施及处理方法
旋喷长度比设计长0.3~1.0米,或在旋喷桩施工完毕,将固结体顶部凿去部分,在凹穴部位用混凝土填满或直接在旋喷孔中再次注入浆液,或在旋喷注浆完成后,在固体的顶部0.5~1.0m范围内再钻进0.5~1.0m,在原位提杆再注浆复喷一次加强。
6、结论
本文总结了高压旋喷桩施工的技术经验,高压旋喷桩主要是提高地基抗剪强度,改善土的变形性质,使在上部结构荷载作用下,不产生破坏和较大沉降;能利用小直径钻孔旋喷成比钻孔大8~10倍的大直径固结体;可通过调节喷嘴的旋喷速度、提升速度,喷射压力和喷浆量,旋喷成各种形状桩体;可制成垂直桩、斜桩、或连续墙,并获得需要的强度;可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体,施工噪音低,震动小;可用于任何软弱土层,可控制加固范围。
还分析了影响高压旋喷桩施工质量的若干因素,强调对高压旋喷桩施工的全过程进行严格的质量监控和检测,从而提出行之有效的质量控制和事故处理措施。
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