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水泥土搅拌桩试桩施工工艺研究范文

时间:2022-08-25 04:03:39

水泥土搅拌桩试桩施工工艺研究

摘要:结合大型物流集散中心厂房项目要求,在大面积实施水泥土搅拌桩施工之前,和业主共同组织协商,通过不断调整技术参数,对水泥土搅拌桩进行试桩施工,在保证水泥掺量的前提下,最大可能地发挥搅拌桩基础作为永久地坪的作用,作为施工固化工艺标准,具有很大的指导意义。

关键词:工业厂房;地基加固;水泥土搅拌桩;试桩;技术参数

1概述

1.1工程概况

某物流工业园集散中心项目位于上海市南汇新城镇,该项目场地长600m、宽100m,共计4栋厂房,主要功能为物流中转集散中心。根据设计图纸要求,本项目地坪设计承载力要求不小于100kPa,采用水泥土搅拌桩进行地基基础加固,水泥土的无侧限抗压强度不小于1MPa。

1.2场地特点分析

本项目位于长江三角洲入海口,属于潮坪地貌。场地上分布着大小各类鱼塘,其中含有宽约18m的暗浜,暗浜处理之前采用杂填土进行回填。地下水正常水位为地下0.55~0.85m之间。根据设计要求,该厂房场地标高比设计±0.00m标高低约1m,需要进行土方回填后再进行地基处理。场地内采用大跨度钢结构厂房,厂房内大型设备、材料等质量大,对地基承载力要求高。

2水泥土搅拌桩试桩目的

本项目地基处理质量要求非常高,一方面要保证厂房地坪的承载力达到设计要求,另一方面要保证地坪沉降控制在设计要求范围内。该项目4栋厂房需加固的地基总面积超过45000m2,工期要求为2个月,高峰时期桩机将达到60台。而现场管理人员有限,不可能做到每台桩机施工均能保证24h不间断地管理。参建的专业分包单位有3家,各家单位施工机械设备各不相同,施工技术能力和水平参差不齐,因而如何通过宏观统一管理,确保工程质量均符合要求,就需要制订一个相对统一的施工技术标准,并严格要求各单位参照执行,从而保证所有的地基处理施工无论在哪个专业单位,其施工质量标准均一致,质量都是受控的。基于以上原因,有必要对地基处理的搅拌桩施工进行试桩,通过研究搅拌桩施工质量控制要点,制订统一的施工工艺标准。同时,要求各单位严格按照既定的标准执行,从而达到控制地基处理质量的目的。具体试桩目的如下[1-3]:1)组织各单位统一研究地基处理和搅拌桩施工技术规范和施工规范,提高对搅拌桩施工规范的知识掌握,加强搅拌桩施工的质量管理。2)认真研究搅拌桩施工各工艺参数之间的关系,通过控制工艺参数,达到控制技术参数的目的。3)优化施工工艺流程,确保地基处理质量最大可能地满足设计承载力和沉降控制的要求。4)制订搅拌桩施工工艺的统一标准,并要求各单位严格参照执行,从而控制搅拌桩施工质量。5)进行搅拌桩试桩施工,掌握地质条件和施工参数第一手资料,同时通过调整搅拌桩施工工艺参数,既能够满足设计和施工规范要求,又能够保证现场搅拌桩施工的适用性、可行性。

3施工技术参数确定

按照本项目的设计图纸要求,本次地基处理的水泥土搅拌桩基本设计参数为:水灰比0.5,掺入比15%,桩径500mm,桩长19m,桩间距1m。

3.1泥浆质量密度计算水泥质量密度采用式

(1)进行计算。ρ=(1+W/C)/(1/3+W/C)

(1)当水灰比(W/C)为0.5时,水泥的质量密度为1800kg/m3。

3.2每米桩的水泥用量

经计算,每米桩水泥用量为53kg,因而19m桩的水泥用量为1007kg。

3.3提升速度和注浆流量的关系设定

单位长度为1m,采用2次喷浆的方式。提升速度为v,注浆流量为l,则:1×2×l/v=53×(1+W/C)/ρ。由上式可知,当水灰比一定时,提升速度和注浆流量成正比关系。

3.4单桩水泥浆总量

桩长为19m时,水灰比0.5,泥浆用量为840L;水灰比0.6,泥浆用量为940L。

3.5搅拌次数的确定

根据设计规范GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》的相关条文内容,搅拌桩每个点搅拌次数不少于20次,才能够保证水泥和土的充分搅拌,保证地基处理土体的质量要求。在本次试桩工艺过程中,搅拌桩的拌头采用3根直径为22cm的螺纹钢,因此,根据相关公式和桩基每个挡位的提升速度得出,单桩搅拌次数为67.5次,满足设计要求。

4水泥土搅拌桩试桩过程分析

4.1泥浆质量密度的工艺参数

试验水灰比为0.5时,泥浆质量密度1800kg/m3。通过现场拌制水泥浆,对580#桩进行施工,搅拌桩以2挡提升(提升速度为0.4m/min,规范要求不大于0.5m/min),当提升高度至8m时,水泥浆的浆量耗尽,施工过程中发生了多次堵管现象。其原因主要是:其一,当水泥浆的水灰比为0.5时,泥浆质量密度达到1800kg/m3,水泥浆浓度太大,施工过程中容易发生堵管,尤其此次试桩是在天气炎热的季节进行,更容易发生堵管现象,经各方商议确定在规范范围内提高水灰比;其二,水泥浆消耗速度过快,设计单桩泥浆用量15min内就已经使用完毕,因此要保证“三搅两喷”的工艺要求,就必须降低注浆速度。最终解决方案为:规范中对水灰比的要求范围是0.45~0.70之间,经各方协商后确定将泥浆水灰比调整为0.60,对应泥浆质量密度为1720kg/m3。

4.2注浆泵设备参数的调整

针对水泥浆使用过快问题,我们决定调整搅拌桩机器上的泥浆泵。目前进场的搅拌桩机械设备,搅拌桩的灰浆泵为UB3型,电机转速为1440r/min,大皮带轮直径为30mm,小皮带轮直径为11mm,齿轮箱变比为3.84,活塞单次注浆量为0.33L,每分钟注浆次数为150次,每分钟注浆量为50L。搅拌桩提升机,各挡位的速度为:2挡0.4m/min,3挡0.7m/min,4挡1m/min,5挡1.2m/min。对桩长为19m的2719#桩进行试桩,下沉时采用3挡,提升速度采用2挡。该桩试桩过程消耗水泥达3.9t,耗时近4h。其原因主要是:其一,施工时间较长,整个试验时间近4h,工效极差;其二,原搅拌机上的注浆泵流量太快,导致设计水泥浆量不够喷,经过我们现场统计,该试桩整个用浆量逾4700L,为设计用量的3倍多。最终解决方案为:调整注浆泵的机械参数,降低注浆泵每分钟的流量。通过调整注浆泵的电机转速和皮带轮的轮比后,注浆泵每分钟注浆57次。对应的流量为18.81L/min。19m桩最终总用浆量为940L,单桩注浆时间用时50min。

4.3试桩施工工艺的调整

根据以上2次试桩过程中发生的问题和解决方案,我们进行了最后一次试桩施工,以检验我们的工艺调整是否满足设计和施工的要求[4-5]。采用“两搅两喷”的施工工艺,施工桩长为19m的桩,试桩工艺确定如下:以4挡速度第1次下沉喷浆,耗时19min;然后以3挡速度第1次提升喷浆,耗时27min;再以4挡速度第2次下沉搅拌,耗时19min;此后以2挡速度提升搅拌17m,最后2m采用2挡带浆提升,耗时47.5min。试桩情况表明,19m桩水泥用量为1007kg,共计112.5min。该方法施工效率为每天完成12.8根桩,采用第1次下沉和提升均喷浆,桩身均匀性良好。在第2次提升时最后2m喷浆,加强桩头质量,每米的喷浆时间达到4.5min,相应的水泥掺入量达到27.6%。

4.4水泥土搅拌桩试桩固化工艺确定

通过2周的试桩工艺过程,一方面保证水泥土桩满足设计规范要求和质量标准,另一方面保证搅拌桩施工与机械设备的结合,提高现场施工的可行性。对最终的搅拌桩施工固化工艺,建议采取如下技术和工艺参数:1)采用“两搅两喷”的施工工艺。2)水灰比调整为0.6。3)调整注浆泵的机械参数,调整注浆泵注浆量为18.81L/min。4)搅拌桩施工固化工艺流程:即一次下沉并喷浆,下沉速度为1.0m/min(4挡);一次提升并喷浆,提升速度0.7m/min(3挡);二次下沉并搅拌,速度1.0m/min(4挡);二次提升并搅拌,间歇式喷浆,其中,下部17m范围内,速度0.4m/min(2挡),上部2.0m范围内喷浆,速度0.4m/min(2挡)。根据以上工艺标准,我们共进行了40根搅拌桩施工,施工工艺的可行性达到了预计的效果。

4.5施工质量评判结果

通过对28d之后水泥搅拌桩是否达到设计要求进行检测,除了对桩长进行轻便触探外,还对整桩长不同深度进行钻芯取样和单桩承载力试验。检测结果为[6-7]:1)轻便触探值大于15,符合要求。2)桩身质量连续性和搅拌均匀性良好,未出现断桩现象。3)桩身无侧限抗压强度在1.0~1.2MPa之间,其中2根桩桩头部位强度达到了1.5MPa,满足设计要求。通过抽取的其中4根试桩的检测结果可知,试桩的质量、承载力和完整性均达到设计要求,试验效果较好。桩头区域通过增加水泥掺量,有效地减少了桩体的沉降和变形。

5结语

采用水泥土搅拌桩作地基处理和加固时,其施工质量是确保后期地基承载力的基础,也是控制沉降的关键。本项目由于加固面积大,质量要求高,因此我们一方面在现有的施工工艺上进行实地试桩试验,掌握最原始和最有效的第一手施工工艺资料,对指导后续施工具有很大作用;另一方面也是通过小范围的试桩工艺,确定施工参数和成桩质量,为后续大范围开展施工具有很大的指导意义。

参考文献

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作者:郑建军 单位:上海建工七建集团有限公司

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