高压旋喷施工技术在砂卵石地层的应用
2013年第40卷增刊 探矿工程(岩土钻掘工程)319
高压旋喷施工技术在砂卵石地层的应用
张青平
1,2
(1.江西省地矿局水文地质工程地质大队,江西南昌330095;2.江西省昌水建设工程有限公司,江西南昌330095)摘要:通过实例阐述了高压旋喷施工技术在砂卵石地层形成素水泥搅拌桩,充分利用了高压旋喷桩桩径小、桩数密集特点,使桩和桩间土共同形成稳定均匀的复合地基,从而满足上部基础荷载的需要,相对于传统施工工艺和桩型具有成本低廉、工期短等优势。
关键词:高压旋喷注浆;砂卵石层;桩间土;地基加固;质量检测中图分类号:TU472 文献标识码:B 文章编号:1672-7428(2013)S1-0319-05
0 引言
我公司承接施工了某水泥公司窑尾、生料库、水泥库地基基础工程,由于该工程地质条件较为特殊,在招投标时,出于工期和成本的考虑,业主方对以上建筑物的基础型式论证了很长时间,对多种施工工艺和成本造价进行了比选。按照传统的工艺方法,一般采用钻孔灌注桩或管桩等桩型,可以确保上部结构要求的地基承载力,但缺点是造价高、工期长。能否直接采用地基处理的施工工艺,如采用高压旋喷桩、静压注浆或粉喷桩等工艺,形成素水泥桩和桩间土共同发挥作用,以满足上部结构要求的地基承载力,也满足业主控制成本造价,缩短工期的目的。为此,业主方进行了公开招投标,从工艺选型、成本造价、工期等多方面,进行优化比选,最后,我公司以最优的工艺和桩型设计———高压旋喷桩,较低的成本造价和最短的施工工期中标。通过该工程的实践证明,高压旋喷施工工艺不仅能用于帷幕止水,防渗堵漏等地基处理工程,也能作为桩基础(桩和桩间土共同发挥作用)满足一般上部结构要求的地基承载力,在成本造价和工期上具有较大的优势。1 工程概况
1.1 场地地质环境条件
该场地位于某山区向斜盆地的东端,场地内±0畅000标高相当于绝对标高为158畅3m。场地较平坦,标高156畅25~165畅76m,最大相对高差9畅51m。场地地层自上而下为:
(1)土层:
第①层:粉质粘土(Q4),层厚0畅30~20畅74m,
收稿日期:2013-06-30
pl
层顶埋深0~0畅50m,层底标高142畅46~164畅70m。
棕黄色,可塑,很湿~饱和,干强度中等,中等韧性,摇振反应无,稍有光泽。含少量砾石。表面0畅3m为耕植土。
10~33畅30m,层顶第②层:卵石(Q4),层厚0畅
埋深0~43畅70m,层底标高101畅95~162畅76m。棕黄色,密实,很湿~饱和。卵石母岩成分为硅质砂岩,亚圆形,粒径20~200mm,含量约60%,泥质和少量砾砂充填,局部夹含碎石粉质粘土层。
第③层:含碎石粉质粘土(Q2d),层厚0畅50~32畅40m,层顶埋深0畅80~34畅00m,层底标高96畅60~161畅14m。棕黄色,饱和,含碎石,碎石含量一般约20%,主要成分为硅质,亚圆形。干强度中等,中等韧性,摇振反应无,稍有光泽。
(2)基岩:
第④层:石炭系下统船山组石灰岩(C3),层厚0畅20~6畅50m,层顶埋深3畅50~61畅20m,层底标高93畅66~156畅26m。灰色,饱和,硬度5~6级。细晶质结构,中厚层状构造,RQD约80%,岩心成短柱状,属较完整硬岩,其本质量指标Ⅲ级。
场地地下水主要赋存于灰岩裂隙、溶洞和卵石层中,是区域内富水性中等~强的含水层,其它地层富水性弱,地下水24h埋深为2~12m,地下水埋深一般大于5m,水位变幅受气候影响较大。地下水的主要补给来源为大气降水。水文地质条件中等。1.2 主要岩土工程问题及结构基础主要持力层的分析
拟建场地内持力层为第(2)层卵石(Q4)。卵石母岩成分为硅质砂岩,亚圆形,粒径20~200mm,
alc
el
al
作者简介:张青平(1970-),男(汉族),江西兴国人,江西省地矿局水文地质工程地质大队副大队长、江西省昌水建设工程有限公司总经理、高级工程师,探矿工程专业,硕士,从事施工技术与管理工作,江西省南昌市高新区昌东高校园区紫阳大道169号。
如采用卵石作基础持力层,必须进行地基处理。1.3 结构对基础处理的设计要求
根据上部建筑物结构的要求,对地基基础设计提出了如表1所示的要求。
单桩竖向承载力特征值/kPa
330330
含量约60%,泥质和少量砾砂充填,局部夹含碎石粉质粘土层。卵石层的成因为冲洪积,故卵石存在
不均匀性,其不均匀性有如下几点:粒径不均匀、层厚不均匀、密实度不均匀。由于卵石的不均匀原因,
合理使用年限5050
安全等级二级二级
地基承载力特征值
f/kPa
≥750≥500
表1 地基基础设计要求
建筑物名称生料均化库和水泥库窑尾
处理深度自基础底面向下5m自基础底面向下5m
处理范围
自基础边缘外扩3m(每边1畅5m)自基础边缘外扩3m(每边1畅5m)
2 设计方案
针对上部设计提出的基础设计要求,根据场地地层特点,我公司决定采用高压旋喷施工工艺,并精心进行了方案设计。
2.1 设计原则
(1)满足地基承载力的要求;(2)便于施工,满足质量和工期要求;(3)节省造价。2.2 高压旋喷施工技术2.2.1 加固原理
高压旋喷施工技术就是利用锚杆钻机把带有特制喷嘴的注浆管置于预计的地层位置,使之旋转和上下提升,以高压设备使水泥浆液或水成为20MPa左右的高压流喷射出来,形成能量大,速度快的喷射流,同时切削破碎土体。使浆液和土体强制混合凝固成为新的固结体,增强了原来土体的地基承载力。其适应的地层有细粒土、砂土和直径较大的卵石、碎石土。2.2.2 设计方案
根据该工程场地地质条件、地下水水位、周边条件等情况,利用设计计算软件进行分析计算,确定桩径和桩长及水泥含量。即设计桩深约10~12m,有效桩长5~7m,桩径500mm,最后桩底入卵石层约1m,桩体穿过粉质粘土层、卵石层、含碎石粉质粘土、卵石层。水泥采用P.O42畅5,水灰比为0畅8~1,水泥用量≮120kg/m。其桩间距生料均化库为0畅85m×0畅85m,见图1,水泥库桩间距为0畅85m×0畅85m,见图2,窑尾桩间距为1畅2m×1畅2m,见图3。2.2.3 主要技术要求及注意事项
(1)水泥采用P.O42畅5普通硅酸盐水泥,水灰比为0畅8~1。
(2)采用双管高压旋喷施工工艺,高压旋喷注浆施工参数为:喷浆压力24~26MPa;提管速度15~20cm/min,旋转速度20~25r/min,气压0畅4~0畅7MPa,水泥用量≮120kg/m
,为提高旋喷桩的早期
图
1 生料均化库基础高压旋喷桩设计示意图
图
2 水泥库基础高压旋喷桩设计示意图
图3 窑尾基础高压旋喷桩设计示意图
强度,可加入1畅5%水泥用量的早强剂。
(3)孔位偏差<50mm,垂直度偏差<1畅5%,桩径偏差<10mm。(4)喷射注浆管贯入土中,喷嘴达到设计标高时,即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值后,随即按设计要求,提升喷射管,由下而上开始注浆。
(5)高压旋喷注浆完毕,应迅速拔出喷射管。(6)桩身水泥立方体28d抗压强度≮4MPa。(7)对需要局部扩大加固范围或提高强度的部位,可采用复喷措施。
(8)旋喷孔与高压注浆泵的距离≯50m,实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水及漏水等情况应详细记录。
(9)停浆面应高于桩顶设计标高500mm。3 旋喷施工工艺3.1 工程施工概述
d其中窑尾,提前了该工程业主给定合同工期为14668d根条完成90d,实际施工76,,生料均化库共完成高压旋喷桩895根条4235,水泥库根条,2672根条。共喷射水泥3179t。工程检测验收合格,成本造价和工期均达到了业主的预期,得到了参建各方的一致好评。3.2 施工重、难点分析及解决措施
(1)地层复杂,含多层碎石粉质粘土夹层,按照设计要求需穿越夹层,施工时易坍孔,根据现场试桩情况界定,必要时采用泥浆护壁,防止坍孔。
(2)卵石层成孔困难,引孔难度较大,引孔是旋喷桩施工的前提,需采用潜孔锤成孔,保证引孔的数量能够实时的满足旋喷桩施工的要求。由于卵石层需引孔,考虑成孔难度比较大,为保证施工质量空孔部分现行挖除,减少空孔高度对桩身垂直度及桩芯位置的影响。
(3)地层厚度不均,造成各层段施工时技术参数不易达到,局部需要采用二次复喷措施,保证质量。
(4)本工程工期紧,工程量大,必须保证在施工时机械设备的正常运转,必要时预备备用的设备,保证工程的连续性。3.3 高压旋喷桩施工准备3.3.1 施工场地准备
施工前首先做好场地的“三通一平”,现场场地总体平整,道路畅通,水、电均已接通,到达施工现场。
由于基础承台底标高在地面以下4~5m,在施工过程中,为了减少施工时钻机阻力,特别是可以避免土方开挖时由于水泥浆固结给土方开挖带来的施工难度m施工进度左右。,施工时先期进行了土方开挖到桩头以上使场地形成了在基坑内施工1,也有利于保证施工质量。图。大大加快了4是施工现
场情况。
图4 施工现场
3.3.2 主要设备、机具的准备
现场布置旋喷桩机、潜孔锤机、空压机。专人负责设备的维修保养,保证设备正常运转。主要设备机具如表2所示。
表2 主要设备机具
机械设备名称型号规格数量额定功率
生产能力/(kW/H)/(m3/H)
空压机W-2畅8/5415kW,3m33空压机LG18-6/7-D
1150kW,18m3
18
交流电焊机UN-40125kVA旋喷桩机SYZJ6-II
412kW搅浆机43畅5kW高压注浆泵XPB-90D490kW
潜孔锤机1全站仪SOKKLA1水准仪
新光,S51
3.4 高压旋喷桩施工工艺
3.4.1 工艺流程
根据设计要求,该工程采用了二重管高压旋喷桩施工工艺,工艺流程为:设备安装→测量定位→预钻下沉→旋喷注浆→提升拔管→冲洗钻具→移至新桩位。3.4.2 技术要点
(1)钻机就位后,应使钻头对准桩位中心,且调整钻机水平,确保桩孔垂直度偏差≯1畅5%,桩位偏差≯50mm。
(2)开始钻进时,先以低压(约0畅5MPa)射水钻进,逐渐增加射水压力到1MPa,以保证喷嘴及管
路畅通,防止喷口被堵,减少钻进下沉阻力。(3)高压旋喷注浆的主材料为P畅O42畅5普通硅酸盐水泥kg/m(4)。同时掺入,水灰比为0畅8~1,水泥掺入量≮120
高压旋喷主要技术参数1畅5%水泥用量的早强剂:喷水压力。
≮1MPa,喷浆压力为24~26MPa,提升速度15~20cm/min,旋转速度20~25r/min,气压0畅4~0畅7MPa。
(5)当喷射钻头达到设计深度时,即停止下沉开始喷射注浆。在喷射注浆压力达到设计值后,回转钻具并提升喷射管,由下而上慢慢提升喷射注浆管。停机时先关高压水和压缩空气再停止送浆。
(6)对于局部地段或需提高强度的部位,可重复以上操作进行复喷。
(7)施工中应做好各项参数的记录并严格按照设计参数和材料用量施工进行。同时认真记录桩长及孔位。如出现不返浆或返浆变少时,说明孔内有异常地层,必须采取添加速凝剂或增大注浆量等措施。若遇有块石等地下障碍物时,可采用放慢或停止提升、定位注喷等方法。
(8)施工时应做好工序衔接,合理调配水泥浆用量,搅拌好的水泥浆时间不宜超过4h,以防浆液凝固。3.4.3 注意事项
当出现下列异常情况时,需停止操作,查明原因并采取相应措施。
(1)当泵流量不变而喷射压力下降时,应停止施工并检查各种接头部位的泄漏情况,检查各连接处的密封性能,必要时可拔出注浆管。
(2)当喷射浆液后出现不冒浆或断续冒浆时,应查明地层中或附近是否有空洞、通道,并采取相应措施,直到孔口冒浆为止。
(3)当孔口出现大量冒浆且压力下降时,需查明是否上部注浆管被击穿或有泄露,并应停止施工拔出注浆管进行检查。
(4)当高压泵压力陡增超过最高限值,且流量为零时,应马上关停高压泵,停止施工检查,主要检查是否喷嘴堵塞,应拔管疏通喷嘴,见图5。3.4.4 实际施工参数(见表3)
(1)每道工序结束后应会同业主、设计、监理及相关单位进行质量检测,综合评价加固效果。
(2)检测内容:
①常规材料检测:施工用的原材料水泥;
②注浆体强度检验试块:每60根桩一组,每组试块数量6
块;
图5 高压喷射现场表3 施工参数
平均设计水泥用量
提升速度
转速
浆
参数桩长桩径/
(kg・/(cm・/(r・/m/cm窑尾≥50
-1)5 150
-1)15~20压力-1)/MPa20
24~26生料均化库5畅3≥5014515~202024~26水泥库
7畅2
≥50
142
15~20
20
24~26
③竣工验收试验采用单桩承载力静压试验,静
压桩数占总桩数的1%,且不少于3点;
(3)检测合格后方可进行下道工序的施工。4 施工效果及检测4.1 施工效果
该工程共施工窑尾高压旋喷桩668根,生料均化库高压旋喷桩895根,水泥库高压旋喷桩2672根。
高压旋喷桩养护期满后,及时进行了开挖检测,从桩头的表观特征来看,水泥和砂土结合良好,由于对桩头进行了复喷处理mm图
7。
)要求,一般直径均达到,桩头直径均大于设计800mm以上。见图(5006、图6 桩头开挖效果图
4.2 检测结果
对该工程的单桩及单桩复合地基试验点进行了载荷试验的现场测试工作。三个单体窑尾、均化库和水泥库分别检测了6根、8根和26根工程桩,实测
高压旋喷桩可以和桩间土共同形成稳定均匀的复合地基,从而满足了一般建筑物对地基基础承载力的需要。
(2)高压旋喷施工工艺适合砂卵石地层的处理,通过对桩的设计优化,如采用小桩径,密间距等优化设计措施,使桩和桩间土形成了稳定的复合地基,既满足了承载力的需要,又使工程施工质量容易得到保证。
(3)相较于传统的钻孔灌注桩等工法,高压旋喷施工工艺可以大大降低基础成本造价,缩短工期。参考文献:
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图7 桩头开挖效果图
极限承载力值均为660kN,满足设计要求。三个单
体窑尾、均化库和水泥库分别检测了7、8、26个单桩复合地基载荷试验点,实测单桩复合地基承载力特征值为500、750、750kPa,满足设计要求。
5 结论
通过高压旋喷施工工艺在该工程上的成功应用,可以得出如下结论。
(1)在该工程类似地层和相似建筑物载荷要求下,高压旋喷桩可以取代传统的钻孔灌注桩等桩型,(上接第318页)
(2)不同冻融循环次数情况下龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响见图2。
速率影响越小。
4 结论
由试验数据可知,冻融对水泥土桩强度影响明显,尤其在施工后不久就开挖的基坑,其影响更明显。为此结合施工实际,建议以北京为例,过冬的基坑及冬季施工帷幕桩并开挖的基坑,一定要在基坑开挖后做好挂网喷射混凝土工序。参考文献:
图2 冻融循环后龄期与水泥土无侧限抗压强度关系
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将图2曲线的斜率做比较,发现随着冻融循环
次数的增多,曲线斜率由开始的逐渐减小变为恒定,最后又变为逐渐增大。由此可知,冻融循环次数影响了水泥土的增长速率,随着冻融循环次数的增多,水泥土强度前期的增长速度变慢,龄期越长,冻融循环对水泥土强度的增长速率影响越小。
综上所述,压灌水泥土桩随着龄期的增加,其强度逐渐变大,正常养护情况下前期强度增长速率较大,而后逐渐变慢;冻融循环减缓了水泥土前期强度的增长速率,龄期越长,冻融循环对水泥土强度增长
高压旋喷施工技术在砂卵石地层的应用
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
张青平
江西省地矿局水文地质工程地质大队,江西南昌330095; 江西省昌水建设工程有限公司,江西南昌330095探矿工程-岩土钻掘工程
Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling)2013(z1)
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引用本文格式:张青平 高压旋喷施工技术在砂卵石地层的应用[期刊论文]-探矿工程-岩土钻掘工程 2013(z1)