水泥砂浆搅拌复合地基施工工法

'水泥砂浆搅拌复合地基施工工法工法编号：FJGFEJ10-2012完成单位：福建省闽南建筑工程有限公司福建四海建设有限公司主要完成人：陈拥军辛艺阳陈其兴黄杰龙蒋贻绅1前言1.0.1水泥浆搅拌复合地基是加固饱和软土地基的一种利用水泥材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂（浆液状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的建筑地基。1.0.2我国沿海广大地区软土地基分布范围广，土层厚度大，其特点是含水量高，孔隙比大，抗剪强度低，压缩性高，渗透性差，沉降稳定时间长。由于大规范建设需要经常在软土地基上进行各类建筑物的施工，由于软土地基不良的建筑性能，往往需要进行人工加固。1.0.3我们习惯将水泥与软土搅拌形成的固结体称水泥搅拌复合地基，将水泥浆与软土搅拌形成的柱状固结体称深层搅拌复合地基，在此工法中称水泥搅拌复合地基。1.0.4水泥浆搅拌复合地基可增强软土地基的承载力，减少沉降量，提高边坡稳定性，因此它可在铁路、公路、市政工程、港口码头、工业与民用建筑等软土地基加固方面推广应用，为软土地基加固技术开拓一种新的方法。2工法特点2.0.1水泥搅拌复合地基由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土；2.0.2搅拌时地基侧向挤出较小，所以对周围原有建筑物的影响很小；2.0.3按照不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方设计比较灵活；2.0.4施工时无振动、无噪声、无污染，可在市区内密集建筑群中进行施工；2.0.5土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；2.0.6与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价；2.0.7根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。3适用范围9 适用沿海广大地区软土地基分布范围广，土层厚度大，其特点是含水量高，孔隙比大，抗剪强度低，压缩性高，渗透性差，沉降稳定时间长的软土地基加固。它可在铁路、公路、市政工程、港口码头、工业与民用建筑等软土地基加固方面推广应用。4工艺原理4.0.1在水泥加固土中，水泥加固土的物理化学反应过程由于水泥掺量很小，水泥的的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质——土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程比较缓慢。4.0.2当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；有的则与其周围具有一定活性的黏土颗粒发生反应。4.0.3黏土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有阴离子Na+或钾离子K+，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子Ca++进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。4.0.4水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。4.0.5随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成黏土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。4.0.6随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成黏土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学瓜，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。4.0.7水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。4.0.89 从水泥土的加固机理分析，由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可避免地会产生强度较大的水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区，两者在空间相互交替，从而形成一种独特的水泥土结构，可见搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也越高。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程水泥浆搅拌桩的施工工艺流程，如图5.1所示。图5.1水泥浆盘拌法施工工艺流程5.2操作要点5.2.1定位起重机(或塔架)悬吊搅拌机到达指定桩位对中。当地面起伏不平时，应使起吊设备保持水平。5.2.2预搅下沉待搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉的速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。5.2.3制备水泥浆待搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒人集料中。5.2.4提升喷浆搅拌当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。5.2.5重复上、下搅拌搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉人土中，。至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。9 5.2.6清洗内集料斗中注入适量清水，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。5.2.7移位重复上述l～6步骤，再进行下一根桩的施工。由于搅拌桩顶部与上部结构的基础或承台接触部分受力较大，因此通常还可对桩顶1.0～1.5m范围内再增加一次输浆，以提高其强度。5.3劳动力组织本工法所需的操作人员主要有：电焊工、电工、机操工、普工。劳动力数量根据实际工程量进行安排。电焊工、电工、机操工等特殊工种必须持证上岗。每台搅拌桩机器配置劳动力组织安排见表5.3。表5.3劳动力组织情况表（单位：人/台）序号工序名称技工人数普工人数1水泥土搅拌桩钻进机械作业组2（含司机1人）22喷浆制备组11～23场地准备作业组116材料与设备6.1主要材料6.1.1水泥可采用32.5、42.5普通硅酸盐水泥，或32、5R、42.5R普通硅酸盐水泥。6.1.2采用中细砂，决不能采用人工砂。6.2主要设备国内目前的搅拌机有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式，后者是使水泥浆从叶片上若干个小孔喷出，使水泥浆与土体混合较均匀，对大直径叶片和连续搅拌是合适的，但因喷浆孔小易被浆液堵塞，它只能使用纯水泥浆而不能采用其他固化剂，且加工制造较为复杂。中心管输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴间的另一中心管输出，这对于叶片直径在1m以下时，并不影响搅拌均匀度，而且它可适用多种固剂，除纯水泥浆外，还可用水泥砂浆，甚至掺入工业废料等粗粒固化剂。国内主要使用的几种型号的搅拌机械设备性能及技术参数见表6.2。表6.2水泥浆搅拌机技术参数9 水泥浆搅拌机类型SJB30SJB-40GZB600DJB-14D搅拌机搅拌轴数量(根)2(φ129mm)2(φ129mm)1(φ129mm)1搅拌叶片外径(mm)700700600500转速(r／min)43435060电动机功率(kW)2×302×402×302×22起吊设备提升能力(kN)>100>10015050提升高度(m)>14>141419.5提升速度(m／min)0.2～1.00.2～1.00.6～1.00.95～1.20接地压力(kPa)60606040固化剂制备系统灰浆拌制台数×容量(L)2×2002×2002×5002×200灰浆泵量(L／min)HB6-3SOHB6-350AP-15-B281UBJ233灰浆泵工作压力(kPa)1500150014001500集料斗容量(L)400400180技术指标一次加固面积(㎡)0.710.710.2830.196最大加固深度(m)10～1215～1810～1519效率(m·台班-1)40～5040～5060100总质量(t)4.54.7124搅拌机搅拌轴数量(根)2233搅拌叶片外径(mm)700700650850转速(r/min)464617.616.O电动功率(kw)2×372×372×452×75起吊设备提升能力(kN)>150>150250250提升高度(m)23233030提升速度(m/min)0.64～1.120.37～1.16杆中心距450mm杆中心距600mm接地压力(kPa)38移动系统移动方式步履滚筒履带履带纵向行程(m)1.25.5横向行程(m)0.74.0技术指标一次加固面积(㎡)0.710.710.871.50最大加固深度(m)18183027效率(m·台班-1)100～120100～120总重量(t)161167质量控制7.1质量控制标准7.1.1工程质量应遵照国家标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）、《软土地基深层搅拌法技术规程》（YBJ225-91）及其他有关规范中的技术要求。7.2质量保证措施9 7.2.1根据实际施工经验，水泥土搅拌桩在施工到顶端0.3～0.5m范围时，因上覆压力较小，搅拌质量较差。因此，其场地整平标高应比设计确定的基底标高再高出0.3～0.5m，桩制作时仍施工到地面，待开挖基坑时，再将上部0.3～0.5m的桩身质量较差的桩段挖去。而对于基础埋深较大时，取下限；反之，则取上限。7.2.2搅拌桩的垂直度偏差不得超过1％，桩位布置偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。7.2.3搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。粉体喷射搅拌桩也应遵循此规定。7.2.4施工前应确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数；并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比等各项参数和施工工艺。宜用流量泵控制输浆速度，使注浆泵出口压力保持在0.4～0.6MPa，并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。7.2.5制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。7.2.6为保证桩端施工质量，当浆液达到出浆口后，应喷浆座底30s，使浆液完全到达桩端。特别是设计中考虑桩端承载力时，该点尤为重要。7.2.7预搅下沉时不宜冲水，当遇到较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水成桩对桩身强度的影响。7.2.8可通过复喷的方法达到桩身强度为变参数的目的。搅拌次数以1次喷浆2次搅拌或2次喷浆4次搅拌为宜，且最后1次提升搅拌宜采用慢速提升。当喷浆口到达桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒，以保证桩头的均匀密实。7.2.9施工时因故停浆，宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3h，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输浆管路，妥为清洗。7.2.10壁状加固时，桩与桩的搭接时间不应大于24h，如因特殊原因超过上述时间，应对最后一根桩先进行空钻留出榫头以待下一批桩搭接，如间歇时间太长(如停电等)，与第二根无法搭接；应在设计和建设单位认可后，采取局部补桩或注浆措施。7.2.11根据现场实践表明，当水泥土搅拌桩作为承重桩进行基坑开挖时，桩顶和桩身已有一定的强度，若用机械开挖基坑，往往容易碰撞损坏桩顶，因此基底标高以上0．3m9 宜采用人工开挖，以保护桩头质量。7.2.12施工中常见的问题和处理方法常见问题发生原因处理方法预搅下沉困难，电流值高，电机跳闸①电压偏低②土质硬，阻力太大③遇大石块、树根等障碍物①调高电压②适量冲水或浆液下沉③挖除障碍物搅拌机下不到预定深度，但电流不高土质黏性大，搅拌机自重不够增加搅拌机自重或开动加压装置喷浆未到设计桩顶面(或底部桩端)标高，集料斗浆液已排空①投料不准确②灰浆泵磨损漏浆③灰浆泵输浆量偏大①重新标定投料量②检修灰浆泵③重新标定灰浆输浆量‘喷浆到设计位置集料斗中剩浆液过多①拌浆加水过量②输浆管路部分阻塞①重新标定拌浆用水量②清洗输浆管路输浆管堵塞爆裂①输浆管内有水泥结块②喷浆口球阀间隙太小①拆洗输浆管②使喷浆口球阀间隙适当搅拌钻头和混合土同步旋转①灰浆浓度过大②搅拌叶片角度不适宜①重新标定浆液水灰比②调整叶片角度或更换钻头8安全措施8.0.1遵守《建筑安装工程安全技术规程》和地方有关施工现场安全生产管理规定。8.0.2认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.0.3认真落实安全生产岗位责任制、交底制和奖罚制。每道工序施工前必须逐级进行安全交底，并落实到书面上。从事施工的各级人员，必须持证上岗，各级机械操作人员，严格遵守操作规程，无证上岗、酒后上岗，违章作业造成事故的追究当事人直接责任。8.0.4施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。施工现场使用的手持照明灯应采用36V的安全电压。8.0.5施工现场按符合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善各种安全标识。8.0.6应经常检查和维修搅拌桩机具，并建立安全员负责制。对设备、电路等进行全面检查，合格后方可使用。9 8.0.7严禁穿拖鞋进现场、没带安全帽进行施工。9环保措施9.0.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。9.0.2任务下达前，由项目工程师按国家或地方有关施工环保措施及企业环境管理体系要求，进行必要的培训。9.0.3将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.0.4定期清运泥浆弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，施工污水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。硫磺胶泥弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。10效益分析水泥浆搅拌复合地基是加固饱和软土地基的一种利用水泥材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂（浆液状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的建筑地基。水泥浆搅拌复合地基可增强软土地基的承载力，减少沉降量，提高边坡稳定性，因此它可在铁路、公路、市政工程、港口码头、工业与民用建筑等软土地基加固方面推广应用，为软土地基加固技术开拓一种新的方法。应用在晋江SM雅贤居住宅楼1～4#楼工程中，与钢筋砼桩相比，共节省费用46.88万元，在经济上大大的节省投资的效果。11应用实例11.1泉州益成制衣厂宿舍楼工程工程总建筑面积为24702㎡，地上六层。基础采用条形基础加CFG水泥土搅拌桩，主体结构为框架结构，工程造价为2246万元；拟建场区地貌单元属于永定河冲积平原。拟建场地东侧为空地，地面堆积大量弃土尚未平整，北部有一深约3米的取土坑，场地细部为耕地。建筑场地总体地势呈明显的东高西低。勘察孔口标高为23.74－25.99米。各土层工程基本岩性如下：①粘质粉土填土：黄褐色，稍湿，稍密，厚度0.4－6.8m；②细砂：褐黄－灰黄色，中密－中上，湿，厚度2.4－9m；③9 砂质粉土：褐黄色，中密，湿；④粉质粘土～粘质粉土：灰黄~褐黄色，可塑，湿－饱和，厚度0.5－3.4m；⑤砂质粉土：褐黄色，密实，饱和，厚度1.5－4.8m；⑥粉质粘土：灰黄色，可塑，饱和，厚度3.2－12.5m。设计±0.00=27.15m。根据设计要求本工程天然地基承载力不能满足设计要求，须采取CFG桩复合地基方案进行地基加固处理。工程于2010年5月25日开工，于2011年10月20日竣工验收，工程从开工至竣工共进行二十三次的沉降观测，工程最小沉降量为14mm；最大沉降量为12mm；沉降差为2mm；工程的沉降量及沉降差符合设计要求及技术规范的要求；11.2晋江SM雅贤居住宅楼1～4#楼工程工程位于晋江市罗山福埔，建筑占地总面积为11355.08平方米，总建筑面积为40320.97平方米，其中地下室建筑面积为7083平方米，地上总建筑面积33237.97平方米，工程由1～4#楼组成；建筑物总高度：62.15m。结构形式：钢筋混凝土框架—剪力墙结构；抗震设防烈度为7度，建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级；框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级；基础为片筏基础与CFG桩组合。工程于2009年11月25日开工，于2011年8月20日竣工验收，工程从开工至竣工共进行十九次的沉降观测，工程最小沉降量为16mm；最大沉降量为13mm；沉降差为3mm；工程的沉降量及沉降差符合设计要求及技术规范的要求；11.3泉州市田安南拓改造工程8-1#、2#、3#楼工程是由一组“品”字形高层建筑围合而成，位于泉州市丰泽区田安路南拓段，属安置房工程。建设单位为泉州市城市综合体及安置房工作小组；本工程均设一层地下室，地上25～28层，建筑总高度为73.950～82.500m，建筑总面积约为91998㎡，总造价约为2.4亿人民币，总工期610日历天。按地质钻探资料显示，自上而下地基岩土分布如下：杂填土；②、粉质粘土；③、淤泥；④中砂；工程于2008年5月25日开工，基础于2010年10月20日竣工验收，工程从开工至竣工共进行二十三次的沉降观测，工程最小沉降量为14mm；最大沉降量为12mm；沉降差为2mm；工程的沉降量及沉降差符合设计要求及技术规范的要求；9'