1 水泥搅拌桩SMW工法1.1原理及特点SMW工法利用多轴式长螺旋钻孔机在土壤中钻孔达到预定深度后,边提钻边从钻头端部注入适合工程要求的水泥浆,并与原土壤进行搅拌。
它是采用专用钻机,用水泥作为固化剂与地基土进行原位的强制性搅拌,并插入型钢,固化后形成水泥土“地下基坑支护”墙体,充分利用水泥土挡土墙的高止水性及型钢具有的强度,通过二者的复合作用,用作基坑挡土和侧向防水结构,当其围护功能完成后,型钢可以拔出重复利用。
SMW工法与传统的深层搅拌桩工法相比,其采用的设备不同,成桩机理也不同。
深层搅拌桩是采用传统的单轴搅拌钻机,施工时水泥浆注入充填在原土间隙中,而新型三轴搅拌钻机则在充填水泥浆时加入高压空气,同时钻机对水泥土进行充分搅拌,并置换出大量原状土。
新型的三轴钻机成桩的桩体强度及桩身均匀性明显优于传统的单轴钻机,其重要性是相邻两幅桩与桩的平行性和搭接程度都十分良好,保证了优良可靠的防水性能,同时也有利于型钢的插入和回收与传统的基坑围护。
与目前经常采用的地下基坑支护和钻孔灌注桩的施工方法相比主要有以下特点:(1)施工不扰动邻近土体,不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。
(2)钻杆具有螺旋推进翼相间设置的特点,随着钻掘和搅拌反复进行,可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌,而且墙体全长无接缝,它比传统的基坑支护具有更可靠的止水性。
(3)它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土等土层中应用。
(4)可成墙厚度550-1300毫米,常用厚度600毫米;成墙最大深度目前为65米,视地质条件尚可施工至更深。
(5)所需工期较其他工法短。
在一般地质条件下,为地下基坑支护的三分之(6)废土外运量远比其他工法少。
1.2SMW工法施工顺序(1)导沟开挖:确定是否有障碍物及做泥水沟;(2)置放导轨;(3)设定施工标志;(4)SMW钻拌:钻掘及搅拌,重复搅拌,提升时搅拌;(5)置放应力补强材(H型钢);(6)固定应力补强材;(7)施工完成SMW。
1.3劳动力和机械组织机械组织:SMW工法分项工程拟采取进场一台DH608SMW工法桩机,配备一台50T履带式起重机吊装H型钢,一台1立方的挖掘机平整场地、置换土1.4施工工艺流程根据施工场地大小、周围环境等因素,施工时不得出现冷缝,搭接施工的相邻桩的施工间歇时间应不超过10~16小时,合理设计施工流程,确保安全、优质完成本工程。
为保证Ф850三轴水泥搅拌桩的连续性和接头的施工质量,达到设计要求的防渗要求,主要依靠重复套钻来保证。
1.5施工要求(1)搅拌桩允许偏差:桩底标高+100 -50mm、桩位偏差50mm、桩径±10mm、桩身垂直度5‰;(2)型钢插入允许偏差:型钢垂直度5‰、型钢长度±10mm、型钢平面位置50(平行于基坑方向)10(垂直于基坑方向)mm、型钢底标高-30mm、形心转角3°;(3)在机具就位前应平整填筑场地,场地低洼时应回填粘性土料,不得回填杂填土。
(4)在搅拌桩成孔时,所需70%~80%的水泥浆,宜在下行钻进时灌入,其余的20%~30%宜在螺旋钻上行回程时灌入;(5)施工停浆面必须高出桩顶设计标高0.5m,在冠梁施工时将高出部分挖除;(6)在搅拌桩施工过程中下钻进的速度比上提时的速度慢一倍左右,以便尽可能保证水泥土的充分搅拌又可获得较高的贯入速度。
应根据各土层土质情况选择水泥浆液的配合比以便得到较均匀的墙体;(7)喷浆口到达桩顶设计标高时宜停止提升,搅拌数秒,以保证桩头的均匀密实。
施工中因故停浆应将搅拌机下沉到停浆点下0.5m ,待恢复供浆时再搅拌提升。
桩与桩搭接时间不应大于24小时,如间歇时间较长,搭接质量无保证时应采用局部补桩或注浆处理。
预搅下沉时不宜冲水当遇到较硬土层时方可适量冲水,但需考虑冲水对桩身强度的影响;(8)型钢在成桩2~4小时内插入。
施工使用的固化剂和外掺剂必须通过加固土室内试验检验方能使用,制备好的浆液不得离析,泵送必须连续。
1.6关键技术的处理H型钢水泥土搅拌桩支护结构的施工关键在于搅拌桩制作,以及H型钢的制作和打拔。
1.6.1搅拌桩制作与常规搅拌桩比较,要特别注重桩的间距和垂直度。
施工垂直度应小于1%,以保证型钢插打起拔顺利,保证墙体的防渗性能。
注浆配比除满足抗渗和强度要求外,尚应满足型钢插入顺利等要求。
1.6.2保证桩体垂直度措施(1)在铺设道轨枕木处要整平整实,使道轨枕木在同一水平线上;(2)在开孔之前用水平尺对机械架进行校对,以确保桩体的垂直度达到要求;(3)用两台经纬仪对搅拌轴纵横向同时校正,确保搅拌轴垂直;(4)施工过程中随机对机座四周标高进行复测,确保机械处于水平状态施工,同时用经纬仪经常对搅拌轴进行垂直度复测。
1.6.3保证加固体强度均匀措施(1)压浆阶段时,不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象。
若发生断桩,则在向下钻进50厘米后再喷浆提升;(2)采用“二喷二搅”施工工艺,第一次喷浆量控制在60%,第二次喷浆量控制在40%;严禁桩顶漏喷现象发生,确保桩顶水泥土的强度;(3)搅拌头下沉到设计标高后,开启灰浆泵,将已拌制好的水泥浆压入地基土中,并边喷浆边搅拌约1-2分钟;(4)控制重复搅拌提升速度在0.8-1.0米/分以内,以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌;(5)相邻桩的施工间隔时间不能超过24小时,否则喷浆时要适当多喷一些水泥浆,以保证桩间搭接强度;(6)预搅时,软土应完全搅拌切碎,以利于与水泥浆的均匀搅拌。
1.6.4型钢的制作与插入起拔施工中采用工字钢,对接采用内菱形接桩法。
为保证型钢表面平整光滑,其表面平整度控制1‰以内,并应在菱形四角留Φ10小孔。
型钢拔出,减摩剂至关重要。
型钢表面应进行除锈,并在干燥条件下涂抹减摩剂,搬运使用应防止碰撞和强力擦挤。
且搅拌桩顶制作围檩前,事先用牛皮纸将型钢包裹好进行隔离,以利拔桩。
型钢应在水泥土初凝前插入。
插入前应校正位置,设立导向装置,以保证垂直度小于1%,插入过程中,必须吊直型钢,尽量靠自重压沉。
若压沉无法到位,再开启振动下沉至标高。
型钢回收。
采用2台液压千斤顶组成的起拔器夹持型钢顶升,使其松动,然后采用振动锤,利用振动方式或履带式吊车强力起拔,将H型钢拔出。
采用边拔型钢边进行注浆充填空隙的方法进行施工。
深层搅拌桩原理图及效果中空三轴钻机原理图及效果SMW工法施工工艺流程2 深层两轴搅拌桩与高压旋喷桩2.1施工部署两轴深层搅拌桩与高压旋喷桩分项工程拟配备两台两轴桩机和两台高压旋喷桩机同时施工。
2.2施工流程Ф700双轴搅拌桩施工流程二重管高压旋喷桩施工工艺流程图2.3基本规定(1)水泥土桩墙采用格栅布置时,水泥土的置换率对于淤泥不宜小于0.8,淤泥质土不宜小于0.7,一般黏性及砂土土不宜小于0.6,格栅长宽比不宜大于2。
(2)水泥土桩与桩之间的搭接宽度应根据挡土及截水要求确定,考虑截水作用时,桩的有效搭接宽度不宜小于200mm。
(3)当变形不能满足要求是,宜采用基坑内侧土体加固或水泥土墙插筋加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。
(4)水泥土桩墙应采取切割搭接法施工。
应在前桩水泥土尚未固化时进行后续搭接桩施工。
施工开始和结束的头尾搭接处,应采取加强措施,消除搭接沟缝。
(5)深层搅拌水泥土墙施工前,应进行成桩工艺及水泥掺入量或水泥浆的配合比试验,以确定相应的水泥参入比或水泥浆水灰比,浆喷深层搅拌的水泥掺入量宜为被加固土质量的15-18%;粉喷深层搅拌的水泥掺入量宜为被加固土质量的13-16%。
(6)高压喷射注浆施工前,应通过试喷试验,确定不同土层旋喷固结体的最小直径、高压喷射施工技术参数等。
高压喷射水泥浆的水灰比宜为1.0-1.5。
高压喷射注浆切割搭接宽度应符合下列规定:①旋喷固结体不宜小于150mm;②摆喷固结体不宜小于150mm;③定喷固结体不宜小于200mm。
(7)当水泥土桩墙需设置插筋时,桩身插筋应在桩顶搅拌完成后及时进行。
插筋材料、插入长度和露出长度等均应符合设计要求。
(8)水泥土桩墙工程施工前,必须具备完整的地质勘察资料及工程附近管线、建筑物、构筑物和其他公共设施的构造情况,必要时应作施工勘察和调查以确保工程质量及附近建筑的安全。
(9)施工单位必须具备相应专业资质,并应建立完善的质量管理体系和质量检验制度。
(10)施工过程中出现异常情况时,应停止施工,由监理或建设单位组织勘查、设计、施工等有关单位共同分析,消除质量隐患,兵营形成文件资料后方可继续施工。
2.4施工准备2.4.1技术准备(1)基坑支护挡墙施工前,会同有关设计人员进行图纸会审核技术交流。
(2)编制施工组织设计,内容包括:1)场区工程地质、水文地质概况;2)基坑周边环境、地下障碍物情况,施工场地总平面布置图;3)根据成桩试验结果确定搅拌桩施工工艺和施工参数;4)基坑支护挡墙搅拌桩施工方案和施工顺序;5)机械设备的型号、数量、动力;各工种材料的数量、质量、规格、品种、使用计划;工程技术人员、管理人员和关键岗位人员的配置;6)施工中关键问题和技术难点的技术质量要求标准和保证措施等;7)施工工期、质量、安全控制等方案;8)施工期间的质量监控,抢险应急措施等。
(3)深层搅拌机或钻机定位时,必须经过技术复核确保定位准确,必要时请监理人员进行轴线定位验收,同时设置桩位标志。
(4)施工前应标定搅拌机械的灰浆输送量、灰浆输送管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工工艺参数,并根据设计通过试验确定搅拌桩材料的混合比。
(5)采用旋喷法施工时必须事先确定水泥浆的水灰比。
2.4.2材料要求(1)水泥:用强度等级为32.5普通硅酸盐水泥,要求新鲜无结块。
(2)砂子:用中砂或粗砂,含泥量小于5%(水泥土搅拌)。
(3)外加剂:塑化剂采用木质素磺酸钙,促凝剂采用硫酸钠、石膏,应有产品出厂合格证,掺量通过试验确定(水泥土搅拌)。
2.4.3主要机具(1)水泥土搅拌施工主要机具:SJB-1型深层搅拌机,履带式起重机,灰浆搅拌机,灰浆泵,冷却泵,机动翻斗车。
向导架,集料斗,磅秤,提速测定仪,设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门、街头安全设施等。
2.4.4作业条件(1)施工现场应先整平,清除桩位处地上、地下一切障碍物,场地低洼处用黏性土料回填夯实,不得用杂填土回填。
(2)设备开机前应经检修、调试,检查桩机运行和输料管畅通情况。
(3)开工前应检查水泥及外加剂的质量、桩位、搅拌机工作性能及各种计量设备完好程度(主要是水泥浆流量计和其他计量装置)。
2.5材料和质量要点2.5.1材料的关键要求(1)施工前所用水泥,必须经强度试验和安定性试验合格后才能使用。
(2)所用砂子必须严格控制含泥量,外加剂必须无变质。
2.5.2技术关键要求(1)水泥土搅拌桩施工时必须严格控制配合比,当用水泥砂浆作固化剂,其配合比为1:1~2(水泥:砂),为增强流动性,可参入0.2~0.25%木质素磺酸钙减水剂与1%硫酸钠和2%石膏;水灰比为0.43~0.5。