硬塑成都粘土高压旋喷桩施工方法研究

硬塑成都粘土高压旋喷桩施工方法研究成都动车段检修设施工程项目经理部发布人：郭扬眉成都动车段蓉城岁月QC小组一、小组简介小组名称成都动车段蓉城岁月QC小组接受QC教育时间（h）活动时间2013年8月~2013年12月活动次数每周2次小组人数7人小组成员序号姓名性别年龄学历组内分工职称1李铁拴男35本科组长工程师1202邱平男30本科副组长工程师1203王力男33本科组员工程师1204郭扬眉男28本科组员助工1105张宁女27本科组员技术员1106王富强男28本科组员助工1107熊伟华男30本科组员助工1108小组成员平均教育115小时，已全部取得合格证书二、工程概况（一）工程简介新建成都动车段检修设施工程位于成都动车运用所存车Ⅰ场和既有成渝、成昆正线间，按年检修能力300列8辆编组动车组规模设计。新建三级修库线2条、检修存车线3条、整编静调库线4条，走行线、试车线和车体吹扫线各1条，检修设备830台套。总占地面积959亩，新建房屋18栋,建筑面积92279㎡。建成后主要承担我国西南CRH1和CRH2型动车组三级修。（二）高压旋喷桩地基处理简介

根据设计图纸要求，三级修库架车机基础1-30轴地基需要采用高压旋喷桩进行加固处理，桩径500mm，布置间距1.0m，桩长8.0m，加固标高范围为497.85m~489.85m，总长度约40000m。要求成桩后单桩承载力特征值大于等于130KPa，复合地基承载力特征值大于等于160KPa，无侧限抗压强度大于等于3000KPa，水泥浆水灰比1:1，经室内配比试验得出高压旋喷桩每米水泥含量为189Kg。

高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低。旋喷桩施动画.flv（三）地质情况简介首先我们先来看看架车机基础1-30轴地质断面图：<1-1>:人工填土<3-1>:软塑成都粘土<3>:硬塑成都粘土<5>:泥岩从地质断面图中可以看出，1-30轴土层分布从上至下依次为人工填土、软塑成都粘土、硬塑成都粘土、泥岩，其中软塑成都粘土与硬塑成都粘土分布标高起伏较大，土质情况比较复杂。硬塑成都粘土属于膨胀土，土质硬，不均匀，夹杂少量高岭土。（一）问题的提出从地质断面图中可以看出，在高压旋喷桩加固的土层标高范围内（497.85m~489.85m）既有软塑土又有硬塑土（桩进入深度约1~4.5m），而《建筑地基处理技术规范》中指出高压旋喷桩仅适用于软塑或可塑状态下的粘土加固，对此小组于2013年8月12日在施工场地内的硬塑粘土区域采用单管施工工艺（喷浆压力30MPa）进行了高压旋喷桩试桩施工，用以验证高压旋喷桩在硬塑土中的施工质量。小组于2013年9月10~9月12日对试桩的成桩质量进行了检查，统计结果如下表：三、选择课题

试桩编号无侧限抗压强度设计值（MPa）无侧限抗压强度实测值（MPa）桩径（mm）桩体均匀性桩长（m）131.6350不合格8.3232.3420不合格8.1332.1323不合格7.9433.2500合格8.2531.9421不合格8.3632.7396不合格8.2731.3398不合格8.3833.8503合格8.4932.6453不合格8.21031.3367不合格8.31133.7501合格8.31232.6424不合格8.1现场高压旋喷桩试桩照片桩体中夹杂土，均匀性差，桩径达不到设计要求500mm从检查结果来看，12根试桩仅有3根质量是合格的，小组查阅了相关资料并请教了成都地区有相关施工经验的地质专家，主要原因是硬塑土土质硬，高压水泥浆不易切割，难以保证成桩直径和均匀性。（二）课题确定为了按照设计要求完成高压旋喷桩施工确定课题硬塑成都粘土高压旋喷桩施工方法的研究四、设定目标课题目标：利用常见的施工机械，研究出一种经济、有效的适合在硬塑成都粘土施工的高压旋喷桩施工方法。目标值：1、保证高压旋喷桩桩径达到0.5m，桩长达到8.0m，无

侧限抗压强度达到3.0MPa，单桩承载力达到130KPa；2、与原来的施工方法相比，施工周期不增加（经测算，原施工方法

平均每根桩施工时间为52分钟）；3、费用增加不超过高压旋喷桩人工、机械费总费

用的0.5%（200万×0.5%=1万）。五、提出方案并确定最佳方案（一）提出方案根据前期对试桩的检查发现，高压旋喷桩存在的主要问题是桩径不够和桩体均匀性差，究其原因是土层中的硬塑粘土土质较硬，高压水泥浆无法将加固土体切割均匀，最终水泥浆无法与土形成均匀混合体，我们如果能够想办法先搅动加固范围内的土层，使土体松动，粒径均匀，再采用单管注浆法进行加固就能够保证高压旋喷桩的成桩直径和桩体均匀性。小组成员围绕这一核心问题，提出了三种方案：方案1：由于水泥土搅拌桩桩机钻头带有叶片，能够起到搅动土体的作用，可先采用水泥土搅拌桩机引孔，搅拌机钻杆在下沉及提升的过程中搅动土层，再利用高压旋喷桩钻杆钻进至孔底后缓慢提升，边提升边喷射高压水泥浆；方案2：对高压旋喷桩桩机的钻头进行改造，可通过焊接增大钻头直径，增大土体搅动范围，利用改造后的钻杆下沉时搅动土层，提升时喷射高压水泥浆，达到冲切土体的目的。方案3：对水泥土搅拌桩桩机进行改造，使其带叶片钻头在钻进下沉过程中搅动土层，在提升过程中喷射高压水泥浆；（二）确定最佳方案方案一：需要单独采用水泥土搅拌桩桩机引孔，每米高压旋喷桩机械费用增加约20元，共计增加约80万元机械费，且对周围承台施工有影响。方案二：改装高压旋喷桩桩机，只需要通过焊接增大钻头叶片直径，改装简单。但是高压旋喷桩钻进机械动力较小（约11KW），增大叶片直径后钻进阻力增大，经现场试验5个点，桩长达不到设计要求8.0m。更换前高压旋喷桩桩机钻头，不带叶片在原有钻头两侧加焊叶片，增大钻头搅拌直径方案三：改装水泥土搅拌桩桩机，需要更换高压注浆泵、注浆管及调速器，改装过程相对较复杂，但是钻进动力大，能够满足钻进孔深要求。针对上述论证，我们进一步对三个方案的有效性、可靠性、可实施性、经济性进行综合评价打分。各对策方案综合评估表序号对策方案综合分析评估综合得分确定实施与否可实施性经济性预计有效性不影响其他工作1采用水泥土搅拌桩桩机引孔，再用高压旋喷桩桩机喷射注浆。1、可实施。2、需要额外投入机械费用，增加约20元/m。3、加固效果较好。

3、施工周期较长，有可能影响承台基础开挖。315110不采用2改装现有的高压旋喷桩桩机。1、改装简单，容易实施。2、增加费用小。3、地基加固效果较好4、不影响其他工作5、机械动力较小，有可能钻进深度不够531514可采用3改装现有的水泥土搅拌桩机。1、改装较简单，可实施。2、增加费用较小。3、地基加固效果较好。4、不影响其他工程335516可采用注：好-5分；一般-3分；差-1分。评估结果：经过方案评比打分，方案一综合评分为10分；

方案二综合评分为14分；

方案三综合评分为16分。因此，我们确定方案三为最佳方案，并组织进行实施。六、制定对策方案对策目标措施地点负责人实施日期方案3对现有水泥土搅拌桩桩机进行改造，并重新打试桩1、高压旋喷桩直径满足设计要求2、桩体均匀3、桩长满足设计要求4、无侧限抗压强度及承载力满足设计要求1、利用水泥土搅拌桩桩机现有钻头；2、更换高压注浆管；3、更换调速器；4、更换高压注浆泵。施工现场王富强郭扬眉熊伟华2013年9月18日~9月25日1、按照方案3的对策计划实施小组利用3天时间，对现有水泥土搅拌桩桩机进行了改造；

实施一：利用水泥搅拌桩桩机现有带叶片钻头带叶片的水泥土搅拌桩钻头七、按照对策表实施

实施二：由于水泥搅拌桩喷浆压力约为5.0MPa，而高压旋喷桩喷浆压力约为20~30MPa，为了实现高压喷浆必须更换高压注浆泵和高压注浆管。更换高压注浆泵，增加注浆压力原有普通塑料注浆管更换高压注浆钢丝管，承压能力更强

实施三：由于高压旋喷桩钻杆提速较慢，上升速度为0.1m/min，而水泥搅拌桩提升速度为0.5~0.8m/min，因此小组更换了水泥搅拌桩桩机调速器，以达到降低钻杆提速的目的。2、试验验证

该机械改造完成后，于2013年9月21日在施工现场进行了试验。共选择了10个试验点进行试验。试验结果：1）10根试桩钻进深度均能够达到设计要求8.0m；2）试桩成桩7天后，进行浅开挖检查，最小桩径为500mm，最大桩径527mm，

桩径均能满足设计要求。现场测量高压旋喷桩桩径3）剔除表层浮桨后，桩身水泥土混合均匀，无明显夹杂土现象。现场开挖检查桩身质量4）2013年10月25日~10月27日对设备基础高压旋喷桩抽取5根进行钻芯取样，无侧限抗压强度均能达到设计要求，桩身质量完整。

5）2013年10月29日~2013年10月30日对设备基础高压旋喷桩抽取5根进行承

载力检测，均能满足设计要求。现场进行高压旋喷桩承载力检测八、效果确认（一）目标值完成情况1、对保证高压旋喷桩施工质量满足设计要求目标的确认；对试桩的桩径、桩身质量及承载力进行了检查，均能满足设计和规范要求，从而目标1得到了确认。

2、对施工时间的确认；

前期采用传统单管高压旋喷桩施工工艺共施工12根，共计10小时24分钟，平均每根桩施工时间约52分钟；改装后的高压旋喷桩桩机每施工试桩10根，共计8小时15分钟，平均每根桩施工时间约49.5分钟，施工时间未增加，实现了目标2。

3、对施工成本的确认：

经现场统计，3名工人改装1台桩机需要3天，人工费单价为150元/工日，

改装1台机械人工费：3×3×150=1350（元）改造所用的材料及设备均为既有材料、设备，且整套设备可以直接用于其它工程，因此不增加材料、设备费用。则改装1台机械花费1350元，总共改装4台，改装费用共计5400元，小于目标值10000元，目标3得以实现。

经过效