水泥粉喷桩加固软土地基工法

粉喷桩即从不断回转的专用钻机的钻头向周围已被搅松的土中喷出水泥或生石灰粉，经叶片搅拌形成的桩体。粉喷桩的桩身无侧限抗压强度可达780～2000kPa。采用粉喷桩处理后的复合地基承载力可达160～180kPa，甚至更高。与钢筋混疑土桩相比，可节省大量的钢材，从而降低了造价，缩短了工期，具有良好的技术经济效益。经整理形成工法，以便推广应用。 一、工法特点 1．在软基中采用钻头搅拌钻孔成桩，对地基及周围建筑物扰动小，地表下沉得到控制，施工中振动小、噪声小，具有良好的社会效益。 2．无下沉坍落，作业安全可靠。 3．施工作业简便，机械设备容易解决。 4．以较小的投入即可达到理想的加固效果，成本低、效益高。 二、适用范围及条件 1．本工法适用于工业与民用建筑、市政、道路及港口、地下挡土结构等工程的软土地基处理。 2．适用于淤泥、饱和粘土、亚粘土等地基加固。 3．加固深度为20m，加固土强度标准值取90d龄期的无侧限抗压强度，一般可达到0．3～2．OMPa。 4．当地下水有侵蚀作用或加固的地基为泥碳土时，应通过实验确定其适应性，冬季施工应注意低温对加固效果的影响。 三、工艺原理 粉喷桩是用改制的螺旋钻机，将钻杆钻至设计要求的土层深度，钻头到达下部持力层后，用压缩空气将水泥粉或生石灰粉经钻杆内孔输送至钻头上特制的喷嘴，随同钻头旋转向四周土体喷射，同时钻杆以一定的速度提升。钻头上的叶片将其四周一定范围内的土体自下而上不断切割，使之疏松，并与水泥或生石灰粉搅拌混合胶结，硬化后即可形成一定直径的强度高于原土层的固结体。 水泥加固软土是基于水泥与加固土的物理化学反应。水泥颗粒表面矿物很快与土体中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、水化砖酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙。水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团之间的孔隙，形成坚硬的联结体。拌人水泥七天后，土颗粒周围充满水泥凝胶体，一个月后，充填到颗粒间的孔隙中，形成网状结构，五个月时，纤维状结晶辐射向外伸展，产生分叉，并相互连接形成空间网状结构，增加土体强度。 四、施工设备 (一) 粉喷桩机 该机主要由液压步履式底架、井架和导向加减压机构以及钻机传动系统、钻具、液压系统、喷粉系统、电气系统等部分组成，其结构外形见图1。 (二)机具设备 粉喷桩施工需用的机具设备见表1。 序号 名称 规格、型号 单位 数量 1 粉喷桩机 PH-SA型或其它型号 台 1 2 喷粉机 1.3m3 台 1 3 空压机 16m3/min 台 1 4 翻斗车 It 台 2 五、施工工艺 (一)施工程序(见图2) (二)关键技术及操作方法 1、关键技术 本工法的关键技术是喷粉，即将粉体成桩固比剂用压缩空气输送到钻头并射到土层中去。喷粉直接关系着成桩的质量 喷粉操作一般在喷气操作后进行，其操作程序是：开通喷粉球阀和蝶阀、关闭喷气阀，按下无级变速器电机启动按钮，使旋转供料器运料到喷射管，喷人土层。以上操作要求迅速连贯，一气呵成。 2．操作方法 (1)对正桩位，调平桩机机身，保证桩的垂直度，启动主电机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气。继续钻进。 (2)钻到设计孔深时，停止钻进，钻头反转，但不提升。实际工作中钻进深度D由深度尺盘按 D=H+a1+a2确定。其中H为设计加固深度；al为搅拌钻头喷射口与地面平行时深度尺盘的读数，可事先调整为a1=0；a2为机身调平后，桩机横移槽距地面的高度(见图3)。 (3)打开送料阀门，关闭送气阀门，喷送加固粉料。 (4)确认加固粉料已到桩底后，提升搅拌钻头。为便于控制成桩质量，一般不得使用Ⅲ档提升。 图1粉喷桩机结构示意图正面 图2工艺流程 图3设计深度定位示意图 (5)提升到设计标高时，停止喷粉。停止喷粉深度应结合搅拌提升的速度确定，见表2。 表2停止喷粉深度 提升档位 I Ⅱ Ⅲ 设计停粉深度／m 0.55 0.60 0.65 (6)打开送气阀，关闭送料阀，但空压机不要停机，搅拌钻头提升到桩顶时，停止提升，在原位转动两分钟，以保证桩头的均匀密实。 (7)搅拌钻头再钻至设计桩底深度，进行第二次搅拌。 (8)将搅拌钻头提出地面，停止主电机，空压机，填写施工记录。 (9)移动桩机到下一个桩位。 3．操作要点 (1)机身调平以钻杆是否垂直为依据，实际操作时可用铅锤吊线，必要时可在机身设置激光对中仪进行控制。 (2)喷粉或喷气时，当气压达到0．45MPa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，将钻头提至地面，切断空压机电源，停止送气。查明堵塞原因，予以排除。 (3)钻头钻至设计深度，应有一定滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。一般在开工前通过观察确定滞留时间。当用30m送料管时，滞留时间为2～4分钟。 (4)整个制桩过程一定要保证边喷粉、边堤升连续作业。在空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时，应开通灰罐进气球阀，以对罐料加压。如出现断粉，应及时补喷。补喷重叠长度不能小于0．5m。 (5)粉喷桩搅拌下沉时尽量不用水冲下沉。当遇较硬土层下沉太慢时方可适量冲水，采用水冲下沉时，喷粉提升前，必须将喷粉管内的水排净，同时，还应考虑冲水成桩时对桩强度的影响(土层含水量增加10％，水泥土的强度降低10％～15％。 (6)桩顶设计标高与地面标高接近时，地面以下lm范围内喷粉、搅拌、提升宜用慢速，当喷粉即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒钟，以保证桩头均匀密实。 (7)喷粉开始时，应将电子秤显示屏置零，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉搅拌时，记录人员应随时观察电子秤的变化显示，以保证各段(通常以lm为一个单位)喷粉均匀。 (8)粉体固化剂人罐时必须过筛，以保证人罐固化剂粒径最大不超过O．5cm，没有纸屑、石块等杂物。水泥可采用不同品种水泥，标号一般采用425#或525#，掺人比为7％～15％，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度qu约增加20％～30％。 六、劳动力组织 本工法的劳动力组织见表3。 表3劳动力组织 序号 工种 人数 工作内容 1 2 3 4 5 6 班长 操作员 司泵 上料工 发电工 记录员 1 2～3 l 6 1 2 负责指挥协调各工序操作联系，控制加固质量，排除施工中的各种障碍 按设计施工工艺正确操纵钻头的钻进和提升，检查维修机械，负责使用联络信号 统计材料用量，记录泵送时间，清洗输料管道 将加固料送人罐内，保证施工连续 负责机器设备的安装和安全使用 负责施工记录、操纵电器控制仪表、使用联络信号，兼质量检查员工作 七、质量控制 (一)质量控制标准 桩距偏差≤5cm 有效桩长偏差≤±lOcm 桩顶标高偏差≤±5cm 桩垂直度偏差≤1．5％ (二)检测技术 1．室内灰比实验 现场采集要加固的土样及施工用的固化剂送至试验室，按拟定的配方和操作程序制作试块，试块成形后1～2天拆模、称重后送人养护室进行各龄期养护，达到规定龄期后，称重，作无侧限抗压强度试验，选定最优的灰比 2．室外加固效果检查 (1)在桩身不同部位切取试块，比较相同龄期室内试块与桩身切取的试块的强度。 (2)在荷载板下不同部位埋设土压力盒，测试复合地基的反力分布和应力分配。 (三)质量控制措施 　1．开工前组织施工人员进行技术交底，施工中根据工程要求召开质量管理专题会，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。 2．控制钻头下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度都得到充分搅拌。 3．随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定。对不合格的桩，根据具体情况采取补救措施。 4．选取一定数量的桩体进行开挖，检查桩的外观质量、搭接质量和整体性。 八、安全措施 1．严格执行安全操作规程，安全员负责安全教育和检查，有权制止不合要求的施工操作， 2．机械设备运行时，特别是在制桩过程中，岗上人员必须坚守岗位，夜间作业应有充分照明，登高作业要系安全带。 3．建立机械设备的定期检查、保养制度。 4．及时排除空气储气罐内的积水。注意控制粉尘的弥漫和扩散。 九、效益分析 1．施工速度快，缩短了施工周期。一昼夜最快可制直径0．5m、长10m的桩50根，采用本工法的工期是真空预压法工期的1／4。 2．节省工程投资。在设计复合地基承载力为120kPa、粉喷量为45kg的情况下，每成桩lm的造价约37～45元，仅为真空预压法的85％。 3．劳动强度低，施工安全、操作简便，可广泛推广使用。 4．质量好。水泥和土形成的水泥土的整体性和稳定性好。 十、工程实例 (一)天津保税区地基加固。该地为亚粘土，设计复合地基承载力为80kPa，我处于1993年5月开始组织粉喷桩施工，5月10日正式开工，6月24日完工，共制桩8468根，桩径为0．5m，单桩有效长度5．0m，成桩率100％，抽取20％的桩进行桩体质量检查，全部达到设计标准，收到了良好的技术经济效益。生产情况见表4、表5。 (二)天津港东环立交桥基础采用粉喷桩处理。设计复合地基承载力为100kPa，制桩1818根，桩径为O．5m，单桩有效长度9m，桩距lm，成桩率为100％，抽测10％均达到设计标准，经一年的通车使用证明，下沉量得到很好的控制，工程质量很好，并取得了良好的经济效益。 表4施工情况 桩机编号 开工日期 完工日期 制桩根数 总延长米 1 2 3 4 5.10 5.13 5.18 5.19 6.23 6.23 6.24 6.23 2647 2663 2089 1069 13235．O 13315．O 10445.0 5345．O 总计 8468 42340.0 表5桩位偏差记录 桩机区 检查桩数 桩垂直度≯ 1.5％者 桩位≯5cm 桩顶标高 合格桩数 合格率 0～5 5～10 >10 1 2 3 4 53 53 42 20 53 53 42 20 53 53 42 20 35 46 27 12 18 7 15 8 O 0 0 O 53 53 42 20 100％ 100％ 100％ 100％

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