浅谈水泥搅拌桩施工的过程控制及施工质量把关

浅谈水泥搅拌桩施工的过程控制及施工质量把关1、水泥搅拌桩的加固机理水泥搅拌桩是利用水泥和粉煤灰作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械，将水泥固结剂与需加固深度范围内的软土强制拌合，使其固结成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥土。水泥在水泥土中的作用包括两个方面：一是水泥发生水解和水化反应，生成水泥胶凝体，将土颗粒凝结成一个稳定的结构体，起骨架作用；二是水泥在水化时形成的钙离子与土粒表面的钠离子进行离子交换，在土粒中形成稳定的钙离子，提高土体的强度和稳定性。通过水泥搅拌桩法加固后，在地基土中形成稳定的、强度较高的柱状水泥土体。这些水泥土体成为地基土的一部分，与原地基土构成复合地基，这种方法适用于饱和软黏土、淤泥质亚黏土、沼泽地带炭土、沉积粉土等，用于增加软土层的地基的承载力，减少沉降量。2、水泥搅拌桩施工现状随着国内基建项目的不断建设，尤其大型基建项目的不断建设，以及工程管理的不断完善，对于工程施工质量的检验标准也不断的提高，水泥搅拌桩普遍用于高速公路、机场、高层建筑的软基处理加固工程。虽然施工工艺已日趋成熟和完善，但随着管理者对水泥搅拌桩不断深入的认识，使得其施工质量越来越引起重视，其原因主要在于其桩基数量多，控制范围广，质量问题暴露缓，检测覆盖面小，使得施工质量难于很好控制。虽然施工单位、监理单位及业主单位在水泥搅拌桩的施工工程中已经下了非常大的监管力度，但最终大多数收效甚微。如何才能更好的切实加强水泥搅拌桩施工质量是广大施工人员迫切需要解决的问题，在此结合自身在水泥搅拌桩施工管理中的一些小的体会，对施工中的主要控制点加以总结，与大家共同探讨。3、xx线软基数量及处理措施xx线xx段路基全线软土路基段分布很广，工程量巨大，基底主要采取水泥搅拌桩、CFG桩、碎石桩、预应力管桩等处理措施。软基处理的好坏直接关系到路基的工后沉降。如何有效控制路基工后沉降量，确保软基施工质量是本工程的重点。而水泥搅拌桩为xx线软基处理的主要的处理措施。如何把水泥搅拌桩的施工过程控制好，严把质量关更是软基处理的重中之重。4、总体控制施工质量的好坏最终取决于项目部自身的管理，对于水泥搅拌桩施工，项目经理部必须指派专人负责，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、操作手（钻机长）、配料员、施工员等制成标牌悬挂于每台钻机明显处，确保人员到位，责任到人。5、水泥搅拌桩的试桩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，水泥土的强度也越高。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，以便指导下一步水泥搅拌桩的正式施工。5.1xxI标段试桩情况简介如下：5.1.1试桩地点：软基处理区域D1K254+630～+670段面积约1亩5.1.2试桩施工时间：xx年xx月11日～xx年xx月12日。5.1.3固化剂材料：采用PO42.5普硅水泥。5.1.4外掺剂：Ⅱ级粉煤灰。5.1.5掺入比：水泥与粉煤灰的总量占加固湿土重量分别按：16％，18%，20%掺入，即每加固1米桩身土体掺入水泥与粉煤灰分别为51.8kg、13kg；58kg、14.5kg；64.8kg、16.2kg。5.1.6水灰比：选定0.625.1.7试桩数量：在以上软基处理区域，16％，18％，20%掺入比A-1区及A-2区各做2根，共计12根。A-1区试桩编号为DZ21-28、DZ23-28、DZ25-28、DZ22-29、DZ24-29、DZ26-29：A-2区试桩编号为：DL21-02、DL23-02、DL25-02、DL22-01、DL24-01、DL26-01。桩长设计6.0m,实际施工至持力层以下1m。5.1.8选用机型：SJB-Ⅱ型型深层搅拌桩机。本次试桩12根桩喷浆注入于xx年9月11日开始，至xx年9月12日结束，严格按照配合比下料，现场检验浆液比重，试桩作业按照工艺流程，现场质量控制按照相应标准执行。5.2、检验要求及结果5.2.128d进行复合地基承载力检测，采用平板载荷试验检验浆体喷射搅拌桩处理后的复合地基承载力是否满足设计要求。检验结果：1、（D1K254+630～+670）段试验桩A-1区采用水泥搅拌桩加固软土地基，所检测的3根水泥搅拌桩单桩复合地基承载力均不小于165kPa。2、（D1K254+630～+670）段试验桩A-2区采用水泥搅拌桩加固软土地基，所检测的3根水泥搅拌桩单桩复合地基承载力均不小于150kPa。（附检验结果的扫描件）5.2.228d采用单桩静载试验确定承载力是否达到设计要求。检验结果：1、（D1K254+630～+670）段试验桩A-1区采用水泥搅拌桩加固软土地基，所检测的3根水泥搅拌桩单桩竖向抗压承载力均不小于105KN。2、（D1K254+630～+670）段试验桩A-2区采用水泥搅拌桩加固软土地基，所检测的3根水泥搅拌桩单桩竖向抗压承载力均不小于105KN。5.2.328d采用钻芯取样方法检验桩身完整性、均匀性、桩长、进入硬质持力层情况，及桩体无侧限抗压强度，推算出90d强度指标。无侧限抗压强度满足要求。5.3、试桩成果报告的审查xx年10月23日在中铁xx局xx铁路（xx段）Ⅰ标工程指挥部会议室召开的由xx公司xx项目部、中铁xx院、中铁xx院、北京xx监理公司总体办、Ⅰ监理联合体xx铁城分站、Ⅰ监理联合体xx监理分站、中铁xx局参加的D1K254+630～D1K254+670段水泥搅拌桩试桩成果报告审查会议，按试桩取得的参数进行施工。6、工艺要点6.1施工场地平整：清除一切地面和地下障碍物。场地低洼处先抽水和清淤，分层夯实回填粘性土料。6.2桩位放样：由现场技术员根据设计图纸和测量控制点放出桩位，桩位平面偏差不大于50mm。6.3桩机就位：采用卷扬机移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度；当地面起伏不平时，应使起吊设备保持水平。6.4配制水泥浆：开始按确定的配合比拌制水泥浆，并将配制好的水泥浆倒入集料池中。同时将集料池中的搅拌电动机开启，以防止浆液沉淀，造成浆液比重不足。6.5预搅下沉（同时喷浆）：开机前必须调试，检查桩机运转和输浆管畅通情况。启动搅拌机电动机，根据土质情况计算速率，控制在0.8～1.0m/min，放松起重机（或卷扬机）钢丝绳，使搅拌机沿导向架自上而下搅拌切土下沉，下沉的速度可由电动机的电流监测表控制，约在48～60A之间。若电流大于60A，则表明进入持力层。开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转，使水泥浆和原地基土充分拌和，直到钻头下沉钻进至桩底标高。喷浆压力大于0.6-1.0MPa。在桩底部停留30秒，进行磨桩端6.6提升搅拌：搅拌机下沉到达设计深度后，严格控制搅拌机提升速度。6.7重复钻进喷浆搅拌：搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，浆液用量应不大于设计用浆量的1/2。重复钻进喷浆至设计加固深度，此时集料池中的浆液应刚好用完。6.8重复提升搅拌：为使软土和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边提升出地面。6.9清洗：集料池中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。6.10移位：重复上述步骤，再进行下一根桩的施工。7、施工过程控制及质量把关7.1、进场原材料的检测水泥搅拌桩用的材料为水泥和粉煤灰，在使用前，必须对水泥及粉煤灰抽样送检，检查合格后方可使用。由于水泥及粉煤灰送检要3天后才能出报告，故现场必须设置能满足存放数量要求的水泥及粉煤灰库房，以保证水泥搅拌桩的不间断施工。7.2、进场桩机设备对进场的水泥搅拌桩机进行检查，以减少桩机在施工中出现故障而影响工期及质量。对注浆机的压力表、电脑喷灌自动记录仪进行标定，以确保计量的准确。7.3、操作人员、管理人员的学习在施工前，加强对操作人员、管理人员对工艺及控制参数的学习。操作手必须取得桩工操作证才允许其上岗。第一台桩机正式施工前，由总监及现场监理组织施工单位的管理人员、所有桩机的操作手、配料员全部在现场观摩如何过程控制施工。以后的每台桩机开工前，由项目部总工组织该台桩机的技术负责人、操作手、配料员以及邀请现场监理工程师指导该台桩机的第一根桩的施工，认为质量可控后才让其正式动工。7.4、桩位偏差的控制7.4.1桩位放样控制因深层搅拌桩桩位是规则、均匀分布，桩位间成行、成列，且距离相等，所以测量班施测时只要测出各行、列外围控制点，之后由现场技术人员依据已测控制点放样桩位，在每棵桩位钉竹签加以标定，并加强保护。7.4.2钻机就位控制钻机就位必须准确，在保证钻杆垂直的情况下慢速下落钻头，当钻头处于标定桩位的竹签正上方时表明桩位准确可以开钻，否则重新就位。7.4.3垂直度控制为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在桩机井架的正面和侧面各吊挂一个垂球，垂球重量不小于2kg，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。保证钻杆垂直，进而保证桩体垂直。避免因桩体垂直度不满足要求最终导致检测时桩体无法检测到底，出现不合格桩。桩体的垂直度偏差不应大于1.0％，桩位（纵横向）偏差控制在50mm内。7.5、桩长控制若电流大于60A且保持稳定增长趋势，则表明进入持力层。到持力层后再下钻一米就是该桩的桩底。桩长可以由电脑喷灌自动记录仪上以及打印的电脑小票读出，并在桩机的井架上准确画出每米的深度标示线，在钻头落地的情况下准确标示出“零”起点的位置，通过测量钻杆下钻深度确定桩长。并与电脑打印小票上的桩长相对照。7.6、桩径控制桩径控制主要在于钻机钻头上的搅拌刀片的直径，保证刀片直径略大于桩径1～2cm。因搅拌刀片磨损较快，必须对刀片做经常性检查，一般每天检查一至两次次。7.7、水泥用量控制水泥管理的好坏是水泥搅拌桩施工管理成败于否的关键所在，水泥用量是否达到要求决定着水泥搅拌桩施工质量。由于现场采用袋装水泥，但袋装水泥在施工现场容易流失，施工中每工作班应严格清点水泥数量，并根据成桩数量及水泥净用量，校核每延米水泥用量，发现问题及时整改。严格水泥出入库台帐及成桩统计，及时测算每延米桩基水泥用量。7.8、水泥浆控制7.8.1由于现场施工过程中，容易出现水泥浆拌制和使用的混淆，对施工质量产生较大的隐患。为了防止此类现象的发生，现场水泥浆搅拌罐与使用罐单独设置，每台桩机配备一个搅拌罐与使用罐单。在每台桩机施工第一根桩时，根据试桩的配合比参数称重，一般按4包水泥、1包粉煤灰（粉煤灰掺量为水泥重量的1/4），按试桩的水灰比称好重量后倒入搅拌罐，用木棍或竹棍量其深度，并在木棍或竹棍在水面处的位置订一铁钉。因为每次拌制水泥浆所需的水是个定值，所以这样就完全足以避免水泥浆配合比不准确的情况。7.8.2搅拌灰浆时，应先加水，然后按水泥、粉煤灰顺序投料，每次灰浆搅拌时间不得少于2min，应将水泥浆充分拌匀。7.8.3水泥浆从搅拌罐倒入使用罐时，必须过滤筛，把水泥硬块剔出。7.8.4现场应配备水泥浆比重测定仪，便于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。7.8.5将水泥浆从搅拌罐倒入使用罐后，用竹棍或木棍测出其浆液高度，然后4等分，在每一等分处钉一铁钉，表示每一包水泥所配制的浆液。施工员在记录每根桩的水泥用量时，比如总共做了三灌浆液，使用灌中还剩下两刻度左右未使用，那么本根桩大致使用了10包水泥，查看桩长，可以马上知道本根水泥的大致情况。7.8.6按测出的水泥用量与电脑喷灌自动记录仪打印出来的电脑小票的水泥数量相核对。7.9、钻进、提升速度控制，提高桩身强度7.9.1为确保桩体喷浆和搅拌的均匀性，施工时必须依据试桩确定的参数限定每延米的施工时间，此施工时间是指在正常施工情况下，当地质较复杂时，应适当增加施工时间。7.9.2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。喷浆压力不小于0.4MPa。7.9.3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。7.9.4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。7.9.5在成桩过程中遇有故障而停止喷浆时，第二次接桩时，其重叠长度不得小于0.5m。停机时间超过3小时应采取补桩措施。7.10、加强现场记录7.10.1、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。电脑记录仪可以让每一根桩的施工资料清晰完整，但现场必须加强对电脑记录仪的监控。（1）、首先要求电脑内的时间必须为北京时间，由厂家统一设定，不允许有自行调整的功能。（2）、电脑必须取消存储功能，施工过程中采用实时打印，当下一根开始时上一根的资料自动消失。（3）、深度计经检查准确无误。7.10.2电脑经检查符合要求后由项目部统一贴封条，不可私动。此目的主要是控制单桩施工时间、假资料的出现和施工桩长的弄虚作假。7.10.3旁站人员每天必须记录所管辖桩机的具体施工情况，其中包括：当值期间桩机施工是否正常、有无机械损坏情况，修理时间，修好后开工时间、有无无故停机的情况，停机时间及开机时间。7.10.4现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括以下内容7.10.4.1施工桩号、施工日期、天气情况。7.10.4.2起止时间、设计桩长、施工桩长7.10.4.3喷浆深度、停浆标高。7.10.4.4灰浆泵压力。7.10.4.5钻进速度、提升速度。7.10.4.6复搅深度。等7.11、特殊地层处理特殊地层处理当施工过程中发现地层某深度出现硬层时，可根据地质情况进行相应的处理：若下钻相对比较容易，可稍稍放大回浆量，短时间内穿透此硬层。若下钻比较困难，不得任其缓慢钻进，一方面要及时增大回浆量，另一方面要在动力头上加大配重，并在最下面的两个横向搅拌刀片上焊接锋利的破土刀片，使其能够迅速穿透此段硬土层。7.12、成品保护冬季施工时施工后的桩头必须覆土覆盖，防止桩头冻坏。深层搅拌桩施工完成后28天内，不允许在其附近随意堆放重物，更不得有机械在桩头上行进，防止桩体变形。7.13、试验检测7.13.128d进行复合地基承载力检测，采用平板载荷试验检验浆体喷射搅拌桩处理后的复合地基承载力是否满足设计要求。7.13.228d采用单桩静载试验确定承载力是否达到设计要求。7.13.328d采用钻芯取样方法检验桩身完整性、均匀性、桩长、进入硬质持力层情况，及桩体无侧限抗压强度，推算出90d强度指标。芯样见照片，无侧限抗压强度满足要求。（十四）、沉降观测在路基填土之前，按要求埋入沉降观测桩，对路基的沉降进行观测。8、一些需要探讨的问题桩长控制的问题：在试桩及正式施工过程中，发现施工桩长普遍比设计桩长长，比如东孚段软基处理水泥搅拌桩区(JK1+570～JK1+670)设计桩长为3.6m～5.9m，在施工实际地面标高与设计断面图纸地面标高基本相符的情况下，而此段已施工的13根桩实际施工桩长为8.0m～13.0m。根据这一情况，我们推测是否是桩机的电流表的控制参数有问题，或者是地质情况与设计不相符。在xx年11月16日