天津外环线调线工程软土地基水泥搅拌桩加固施工技术.doc

目 录摘 要I第1章 前 言1 1.1 工程概况1 1.2 工程地质、水文概况1 1.3 水泥深层搅拌桩技术的特点1第2章 软土地基处理和水泥搅拌桩原理2 2.1 软土地基处理技术2 2.2 水泥搅拌桩原理和作用2第3章 试桩4第4章 施工准备5第5章 施工工艺及施工控制6 5.1 施工工艺流程6 5.2 设计参数要求6 5.3 施工工艺6第6章 质量保证措施8 6.1 质量控制措施8 6.2 质量控制要点9 6.3 质量检验措施10 6.4 施工质量管理措施10 6.5 冬季施工保证措施11 6.6 质量保证措施11第7章 质量检测13 7.1 质量检测方法13第8章 安全及环保要求14 8.1 安全要求14 8.2 文明生产及环保要求15参考文献16 摘 要 水泥搅拌桩是进行软基处理的一种有效形式。本文结合本人这几年工作的经验以及所见、所闻介绍了水泥搅拌桩施工中试桩、施工准备、施工工艺流程、设计参数及要求、施工控制、质量检验等控制环节。其是采用水泥等材料作为固化剂,通过深层搅拌机械对淤泥、淤泥质土、粘土、亚粘土等进行深层搅拌,提高地基土承载力。关键字：软基处理 水泥搅拌桩 施工控制 15第1章 前 言 水泥搅拌桩多用于软土层的地基加固处理工程中，其基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，可通过专用机械设备将水泥喷入处理的软土地基内，并在喷注过程中上下搅拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反应，生成水泥水化物并形成凝胶体，将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体，这就是水泥骨架作用，同时，水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子进行离子交换作用，生成稳定的钙离子，从而进一步提高土体的强度，达到提高地基承载力的目的。用水泥搅拌桩处理软弱地基效果显著，处理后可很快投入使用。1.1工程概况本文涉及的水泥搅拌桩位于第五标段WK11+250.260WK11+489.525，软基处理平均长度239m，宽度47.2m，水泥搅拌桩5098根，总长40784m，桩径0.5m，桩横向桩距为1.6m，纵向桩距为1.39m，成等边三角形布置。1.2工程地质、水文概况本文涉及水泥搅拌桩为鱼塘处理，桩位岩层主要为素填土、粉质粘土、粉土、粉砂土等。1.3水泥深层搅拌桩技术的特点 1.适用范围广。水泥深层搅拌桩技术适用于淤泥、淤泥质土、粉质粘土、粉土等软土地基，目前在粉砂土地基中最大施工深度达19米。 2.处理可靠，渗透系数小。采用双排梅花型的布置形式，处理更加可靠，水泥土28天龄期的抗渗系数小于a*10-7cm/s。 3.施工机具简单。所用的施工机具比较简单，目前市场上有生产。 4.充分利用软土。由于利用深层搅拌机就地将土体和水泥固化剂强制进行搅拌，充分的利用软土，避免了大量挖掘和弃土。 5.对周围环境无污染。在加固过程中对周围土体无扰动，施工时无振动、无噪间，对周围环境无污染。 第2章 软土地基处理和水泥搅拌桩原理2.1软土地基处理技术 软土地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、固结和加筋等方法对地基进行加固，从而提高地基的抗剪切强度、降低地基的压缩性、改善地基的透水性和地基的动力特性以及改善特殊土的不良地基特性等。 目前高速公路软土地基的处理方法有：置换法、排水固结法、固化法、振密挤密法、加筋法等，其中置换法是用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体，以形成双层或复合地基；排水固结法是指土体在一定何在作用下排水固结，空隙较小、抗剪切强度提高；灌入固化法是向土体中灌入水泥、石灰、或其它化学固化浆材，在地基中形成增强体；振密挤密法是采用振动或挤密的方法使土体密实；加筋法是在地基中设置强度高、模量大的筋材。无论何种地基处理方法，其目的都是提高地基承载力，减少工后沉降。各种软基处理方法有着各自的特点及适用条件，大量的工程实践表明，对于工期较紧的工程，利用水泥土搅拌法处理软土取得过良好的效果，但处理费用相对较高。而对于一些工期不紧的工程建设中，排水固结法也是常用的软土地基处理方法，因为它的处理费用相对要比水泥土搅拌桩低得多。现在工程一般均是工期很紧，特别是高速公路的建设，因此水泥土搅拌桩在高速公路软土地基处理中使用量较大。2.2水泥搅拌桩原理和作用水泥搅拌桩，也称旋喷水泥搅拌桩，适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。分为干法和湿法（在此只讲湿法）。湿法以水泥浆为搅入料，搅拌均匀，易于复搅，只是水泥土硬化时间较长。湿法搅拌必须采用双向搅拌桩。水泥搅拌桩是软基处理的一种有效形式，是利用水泥作为固化剂的主剂，搅拌桩基将水泥浆喷入土体兵充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土固结而显著提高基础强度，从而提高软土地基承载力，达到提高加载速率的作用。固化剂水泥主要由硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)、铁铝酸四钙(4CaOAl2O3Fe2O3)等矿物质组成。这4种矿物成分的主要特征如下： 硅酸三钙(3CaOSiO2)的水化速度较快，水化热较大，且主要在早期放出。强度较高，能不断得到增长，是决定水泥标号高低的最主要矿物。 硅酸二钙(2CaOSiO2)的水化速度最慢，水化热最小，且主要在后期放出。早期强度不高，但后期增长率较高，是保证水泥后期强度增长的主要矿物。 铝酸三钙(3CaOAl2O3)的水化速度极快，水化热最大，且主要在早期放出，硬化时体积减缩也最大。早期强度增长率很快，但强度不高，后期几乎不增长。 铁铝酸四钙(4CaOAl2O3Fe2O3)的水化速度也较快，仅次于铝酸三钙。水化热中等，强度较低。固化剂水泥和软土中的水发生强烈的水解和水化反应，反应原理如下：2(3CaOSiO2)+6H2O-3CaO2SiO23H20+3Ca(OH)22(3CaOSiO2)+4H2O-3CaO2SiO23H20+Ca(OH)23CaOAl2O3+6H2O-3CaOAl2O36H2O4CaOAl2O3Fe2O3+2Ca(OH)2+10H2O-3CaOAl2O36H2O+3CaOFe2O36H2O 水泥经水化作用后，生成新的化合物为：氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水花铁酸钙等水化物，有的自身继续硬化形成水泥骨架，有的则因与活性的土进行离子交换和团粒反应、硬凝反应和碳酸化作用等，通过机械搅拌，将土颗粒粘结在一起，使土颗粒固结、结团、形成网状的结构，从而改善土的物理力学性质、达到加固软土地基的效果。 第3章 试 桩 1.深层搅拌水泥桩适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定其适用性。冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。 2.深层搅拌桩施工是藉搅拌头将水泥浆和软土强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也超高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。 3.每个标段的试桩不少于5根，且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检验可采取7天后直接开挖取出，或至少14天后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。第4章 施工准备 1.确定水泥掺入量为60kg/m，水灰比选用0.6，钻进、提升时管道工作压力0.1-0.2Mpa，喷浆时管道工作压力0.4-0.6Mpa，钻进速度1.0m/min，提升速度0.5m/min。2.平整场地：清除施工场地上的障碍物及杂物（包括树根、草皮、垃圾等）将原地面整平，一般整平后地表高程须高出桩顶50cm左右，以便施工，如达不到此要求，可采用回填粘土，填至桩顶50cm左右。3.水泥搅拌桩应采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。 4.按照设计图表的要求进行施工放线、确定桩位，打入竹钎并作出明显的标志。 5.机具运至现场后进行安装调试。 第5章 施工工艺及施工控制4.1施工程序与工艺流程4.1.1施工程序 桩位放样钻机就位检验、调整钻机正循环钻进至设计深度打开高压注浆泵反循环提钻并喷水泥浆至工作基准面以下0.5m重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度反循环提钻至地表成桩结束施工下一根桩。4.2设计参数要求4.2.1 水泥掺入量水泥掺入量一般不得低于60kg/m。4.2.2 室内配合比设计 水泥搅拌桩桩芯28d无侧限抗压强度桩身上部（桩顶-2/3L）桩身下部（2/3L-桩尖）0.8Mpa0.6Mpa4.2.3 现场质量检测28d取芯强度：R280.8MPa，90d取芯强度：R901.2MPa，单桩承载力110KPa，复合地基承载力120KPa4.3施工工艺1.施工期间，施工单位必须按规定要求，设专人负责施工记录，并随时和标定的工艺参数进行对照，监控成桩质量，如发现异常情况及时研究解决。施工时应实行甲方代表、监理代表当日签证制度。 2.水泥搅拌桩桩顶接近设计标高时，搅拌机自地面以下1.0m喷浆、搅拌、提升出地面时应采用慢速，并增加一次喷浆，以保证桩头质量。3.水泥搅拌桩施工应采用双向水泥搅拌成桩，该方法是指在水泥搅拌桩成桩过程中，由动力系统带动分别安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土，而形成的水泥土搅拌桩。双向水泥土搅拌桩成桩机械是对现行水泥土搅拌桩成桩机械的动力传动系统、钻杆以及钻头进行改进，采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口，在外钻杆上安装反向旋转搅拌叶片，通过外钻杆上叶片反向旋转过程中的压降作用和正、反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，并采用两搅一喷工艺施工，确保成桩质量。4.水泥浆液应连续供应，如发生断浆现象，必须复打，复打重叠长度必须大于1m。5.浆液应拌合均匀不得有结块，浆液不得离析或停滞时间过长，超过两小时应停止使用。6.构造物基底的桩顶高程应根据构造物底高程进行计算确定，同时应考虑凿除50cm桩头的影响。7.成桩28d后，可开始基槽开挖，凿除50cm软桩头。凿除软桩头后的水泥搅拌桩长度不得小于设计桩长。 第6章 质量保证措施6.1质量控制措施6.1.1水泥质量：采用245R复合硅酸盐水泥，水泥必须有出厂合格证和品质试验报告单，现场应架空垫高，并有防潮措施。 6.1.2灰量控制：不得超过规定值的5%。 6.1.3桩径：必须采用相应规格的钻头，因磨损达不到要求时应予更换，一旦发现桩径小于设计要求须按相同置换率在桩边补桩。6.1.4为确保压浆时不发生断浆现象，严格控制喷浆和搅拌速度，机头提升速度不超过5m/min，控制重复下沉和提升速度。6.1.5搅拌桩施工完并达到龄期后，人工凿除桩顶50cm的浮浆段才进行下道工序施工；桩体施工完成一个月并且经验收合格后，方可施加其他施工和进行吓到工序施工。6.1.6由专人负责水泥搅拌桩的施工，全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。所有施工机械均应编号，应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。6.1.7水泥搅拌桩开钻前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。6.1.8为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。6.1.9第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提升时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不小于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa。6.1.10为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。6.1.11施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。 6.1.12施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工纪录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施。 6.1.13现场施工人员应认真填写施工原始记录，记录内容应包括：施工桩号、施工日期、天气情况；喷浆深度、停浆标高；灰浆泵压力、管道压力；钻机转速；钻进速度、提升速度；浆液流量；每米喷浆量和外掺剂用量；复搅深度。 6.1.14质量标准1.主控项目： （1）水泥及外掺剂质量：满足规范要求 （2）水泥用量：满足设计要求(每延米水泥掺入量不少于50kg)2.一般项目： （1）桩长：不小于设计 （2）桩位偏差：100（3）桩径：不小于设计（4）垂直度：1 %6.2质量控制要点 1.水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。 2.为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。 3.水泥浆不得离析：水泥浆要严格按设计的配合比配置，要预先筛除水泥中的结块。为防止水泥浆发生离析，可在灰浆拌搅机中不断搅动，待压浆前缓慢倒入料斗中。4.对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。5.为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。 6.水泥搅拌配合比：水灰比0.50.6、水泥掺量60kg。 7.水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于24分钟，喷浆压力不小于0.4MPa。为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。8. 施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。6.3质量检验措施6.3.1水泥试验内容： 细度、凝结时间、标准稠度用水量、安定性及胶砂强度试验，执行现行标准。6.3.2成桩试验检测 1. 钻芯取样：按设计要求进行，并在成桩28天后进行，试验按总桩数的0.5%进行检测，且不少于3根，采用轻型钻机，对桩体进行全桩长取芯，并把芯样制成标准试件测其无侧限抗压强度，桩体28天无侧限抗压强度1.0Mpa ， 在钻芯取芯过程中，对各段芯样进行直观分析，作好芯样颜色及均匀性记录，以掌握全桩体质量。2.桩体施工完成一个月并且经验收合格后，方可进行下道工序施工。6.4施工质量管理措施 1. 项目经理部建立行之有效的质量保证体系，并保证其独立畅通运行，项目经理部配备专职质检工程师，工班设兼职质检员。 2.项目经理部指派专人负责水泥搅拌桩的施工，全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。所有施工机械均应编号，应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。6.5冬季施工保证措施1.注意收听天气预报，经常性的与气象部门联系，掌握天气变化情况，安排施工。防止天气突变，以便提前做好准备。2.怕潮湿的原材料用苫布盖好，垫高码放，并要通风良好。3.如遇气候突变冷，温度下降至0度以下，则要按照混凝土冬季施工要求进行处置，必要时停止混凝土施工。已浇好的混凝土必须做好防寒保温措施。4.雨天施工时配电箱均加双坡盖板、雨披，防止雨水流入配电箱。合理安排工程进度，确保工程流水作业的步序总体推进，避免对工程质量及工程进度的影响。6.6质量保证措施 本工程按项目法组织施工，全面执行合同条款，推行ISO9000系列标准，运用科学的施工管理手段，积极推广应用“四新”技术，充分发挥机械设备效能，抓住施工重点，确保质量目标的实现。 1.成立以项目经理为首的质量管理小组，全面负责质量管理工作。项目经理部配备专职质检工程师，工程队设专职质检员，工班设兼职质检员。项目部与各施工队签订质量包保责任状，各级质量管理人员分工负责，互相协调，层层落实职能和责任，做到各司其职，各负其责，保证质量保证体系正常运作和发挥保障作用。 2.抓好思想教育，提高质量意识，针对施工中出现的一些问题对职工进行技术培训门，熟悉施工工艺和质量标准。本项目岗前培训内容：施工技术规范、施工工艺、质量标准、安全施工规程、施工进度计划、环境保护措施等。 3.建立健全质量管理制度，做到质量标准、工作标准、管理标准相协调，使质量工作纳入标准化体系。 4.严格按合同条款和施工规范办事，坚决服从监理工程师的管理，按监理工程师的指令办理一切施工事宜。 5.抓好施工技术管理工作。认真审核图纸，详细技术交底，施工中技术人员跟班作业，做好工中指导。及时办理各种签证手续，上道工序未经监理工程师认可签字，下道工序不得开工。 6.抓好施工现场管理。做到科学组织，文明施工。现场布置合理，机械和各种材料存放整齐，妥善保管，树立标牌。 7.项目部设专人负责技术资料、来往文件、会议纪要等的收集、整理及分类归档工作。制定档案管理制度，明确责任，及时对过期文件、资料进行清理，确保施工资料、文件的有效性。第7章 质量检测7.1质量检验方法7.1.1 水泥搅拌桩成桩7天可采用轻便触探法进行桩身质量检验。1.检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。2.触探试验：根据现有的轻便触探击数(N10)与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m。7.1.2 水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送实验室做(3个一组)28天龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率不少于工程桩数的3，单位工程桩数小于1000根时，至少做3根。7.1.3 如果某段或某一桥头水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10小于20时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30，则该段水泥搅拌桩为不合格。7.1.4 对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。第8章 安全及环保要求8.1 安全要求 8.1.1 安全施工管理目标 无重大伤亡事故，事故负伤率控制在0.1%以下，无重大设备。火灾、管线、交通等事故，争创天津市安全标准化样板工地。8.1.2 确保安全的组织保证措施 全面贯彻“安全第一，预防为主”的方针，建立以项目经理为首的“安全保证体系。项目经理和各项目队分级负责，以加强施工作业现场控制，特别是有关行车安全现场的控制盒职工的安全生产教育为重点，采取专人定期检查、班组自查、职工互查相结合，深入开展创建安全标准工地活动，确保本标段工程施工安全。项目经理部设安全质量部。项目部及分布设专职安全管理人员。8.1.3 季节性施工的安全技术措施 1.雨季施工，重点防雷击、防触电、防台风等。2.夏季作业，重点做好防暑降温工作。3.冬季作业，重点做好防冻工作。8.1.4 架体设备安装验收制度 1.施工机械设备的操作人员必须身体健康，并按规定经过安全技术培训，取得操作证后，方可独立操作。 2.施工机械操作人员和配合人员，都必须按规定穿戴劳动保护用品，长发不得外露。高处作业必须系好安全带，不得穿硬底鞋或拖鞋。严禁从高处投掷物件。 3.进场施工机械设备安装后必须按规定进行验收，合格方可使用。 4.施工机械设备应按其技术性能的要求正确使用。缺少安全装置或安全装置已失效的施工机械设备不得使用。 5.操作人员应熟悉作业环境和施工条件，听从指挥，遵守现场安全规则。当使用施工机械设备与安全发生矛盾时，必须服从安全的要求。6.严禁拆除施工机械设备的自动控制结构、各种限位器等安全装置及监测、指示、仪表、警报等