巖土工程師綜合輔導(dǎo):深層攪拌法

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一般規(guī)定
    1 深層攪拌法適于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120KPa的粘性土等地基。當(dāng)用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時(shí),宜通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性,冬季施工時(shí)應(yīng)注意負(fù)溫對(duì)處理效果的影響。
    2 工程地質(zhì)勘察應(yīng)查明填土層的厚度和組成,軟土層的分布范圍、含水量和有機(jī)質(zhì)含量,地下水的侵蝕性質(zhì)等。
    3. 深層攪拌設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行室內(nèi)加固試驗(yàn),針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地基土的性質(zhì),選擇合適的固化劑及外摻劑,為設(shè)計(jì)提供各種配比的強(qiáng)度參數(shù)。加固土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值宜取90d齡期試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。
    設(shè)計(jì)
    1.深層攪拌法處理軟土的固化劑可選用水泥,也可選用其它有效的固化材料。固化劑的摻入量宜為被加固土重的7%~15%.外摻劑可根據(jù)工程需要選用具有早強(qiáng)、緩凝、減水、節(jié)約水泥等性能的材料,但應(yīng)避免污染環(huán)境。
    2.攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基荷載試驗(yàn)確定,也可按下式計(jì)算:
    fsp,k=m·Rkd/Ap + β·(1-m)fs,k (1)
    式中
    fsp,k —— 復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值;
    m—— 面積置換率;
    Ap—— 樁的截面積;
    fs,k —— 樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值;
    β —— 樁間土承載力折減系數(shù),當(dāng)樁端土為軟土?xí)r,可取0.5~1.0,當(dāng)樁端土為硬土?xí)r,可取0.1~0.4,當(dāng)不考慮樁間土的作用時(shí),可取0;
    Rkd —— 單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值,應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單樁荷載試驗(yàn)確定。單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值也可按下列二式計(jì)算,取其中較小值:
    Rkd =ηfcu,kAp
    Rkd=qsUpl + αApqp
    式中
    fcu,k —— 與攪拌樁身加固土配比相同的室內(nèi)加固土試塊(邊長(zhǎng)為70.7mm的立方體,也可采用邊長(zhǎng)為50mm的立方體)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值;
    η—— 強(qiáng)度折減系數(shù),可取0.35~0.50;
    qs—— 樁周土的平均摩擦力,對(duì)淤泥可取5~8KPa,對(duì)淤泥質(zhì)土可取8~12KPa,對(duì)粘性土可取12~15KPa;
    Up—— 樁周長(zhǎng);
    l—— 樁長(zhǎng);
    qp—— 樁端天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值,可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ7-89第三章第二節(jié)的有關(guān)規(guī)定確定;
    α —— 樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),可取0.4~0.6.
    在設(shè)計(jì)時(shí),可根據(jù)要求達(dá)到的地基承載力,按(1)式求得面積置換率m.
    3.深層攪拌樁平面布置可根據(jù)上部建筑對(duì)變形的要求,采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等處理形式。可只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁。
    柱狀處理可采用正方形或等邊三角形布樁形式,其樁數(shù)可按下式計(jì)算:
    n=m·A/Ap (9.2.3)
    式中
    n —— 樁數(shù);
    A —— 基礎(chǔ)底面積。
    4.當(dāng)攪拌樁處理范圍以下存在軟弱下臥層時(shí),可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ7-89的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。
    5. 攪拌樁復(fù)合地基的變形包括復(fù)合土層的壓縮變形和樁端以下未處理土層的壓縮變形。其中復(fù)合土層的壓縮變形值可根據(jù)上部荷載、樁長(zhǎng)、樁身強(qiáng)度等按經(jīng)驗(yàn)取 10~30mm.樁端以下未處理土層的壓縮變形值可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ7-89的有關(guān)規(guī)定確定。
    6.深層攪拌壁狀處理用于地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)時(shí),可按重力式擋土墻設(shè)計(jì)。為了加強(qiáng)其整體性,相鄰樁搭接寬度宜大于100mm.
    施工
    1.深層攪拌法施工的場(chǎng)地應(yīng)事先平整,清除樁位處地上、地下一切障礙物(包括大塊石、樹(shù)根和生活垃圾等)。場(chǎng)地低洼時(shí)應(yīng)回填粘性土料,不得回填雜填土。
    基礎(chǔ)底面以上宜預(yù)留500mm厚的土層,攪拌樁施工到地面,開(kāi)挖基坑時(shí),應(yīng)將上部質(zhì)量較差樁段挖去。
    2.深層攪拌施工可按下列步驟進(jìn)行:
    1)深層攪拌機(jī)械就位;
    2)預(yù)攪下沉;
    3)噴漿攪拌提升;
    4)重復(fù)攪拌下沉;
    5)重復(fù)攪拌提升直至孔口;
    6)關(guān)閉攪拌機(jī)械。
    3.施工前應(yīng)標(biāo)定深層攪拌機(jī)械的灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)噴漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù),并根據(jù)設(shè)計(jì)要求通過(guò)成樁試驗(yàn),確定攪拌樁的配比和施工工藝。
    4.施工使用的固化劑和外摻劑必須通過(guò)加固土室內(nèi)試驗(yàn)方能使用。固化劑漿液應(yīng)嚴(yán)格按預(yù)定的配比拌制。配備好的漿液不得離析,泵送必須連續(xù),拌制漿液的罐數(shù)、固化劑與外摻劑的用量以及泵送漿液的時(shí)間等應(yīng)有專人記錄。
    5.應(yīng)保證起吊設(shè)備的平整度和導(dǎo)向架的垂直度,攪拌樁的垂直度偏差不得超過(guò)1.5%,樁位偏差不得大于50mm.
    6.攪拌機(jī)預(yù)攪下沉?xí)r不宜沖水,當(dāng)遇到較硬土層下沉太慢時(shí),方可適量沖水,但應(yīng)考慮沖水成樁對(duì)樁身強(qiáng)度的影響。
    7.攪拌機(jī)噴漿提升的速度和次數(shù)必須符合施工工藝的要求,應(yīng)有專人記錄攪拌機(jī)每米下沉或提升的時(shí)間,深度記錄誤差不得大于50mm,時(shí)間記錄誤差不得大于5s,施工中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理情況均應(yīng)注明。
    質(zhì)量檢驗(yàn)
    1.施工過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢查施工記錄,并對(duì)每根樁進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。對(duì)于不合格的樁應(yīng)根據(jù)其位置和數(shù)量等具體情況,分別采取補(bǔ)樁或加強(qiáng)鄰樁等措施。
    2.攪拌樁應(yīng)在成樁7d內(nèi)用輕便觸探器鉆取樁身加固土樣,觀察攪拌均勻程度,同時(shí)根據(jù)輕便觸探擊數(shù)用對(duì)比法判斷樁身強(qiáng)度。檢驗(yàn)樁的數(shù)量應(yīng)不少于已完成樁數(shù)的2%.
    3.在下列情況下尚應(yīng)進(jìn)行取樣、單樁荷載試驗(yàn)或開(kāi)挖檢驗(yàn):
    1)經(jīng)輕便觸探對(duì)樁深強(qiáng)度有懷疑的樁應(yīng)鉆取樁身芯樣,制成試塊并測(cè)定樁身強(qiáng)度;
    2)場(chǎng)地復(fù)雜或施工有問(wèn)題的樁應(yīng)進(jìn)行單樁荷載試驗(yàn),檢驗(yàn)其承載力;
    3)對(duì)相鄰樁搭接要求嚴(yán)格的工程,應(yīng)在樁養(yǎng)護(hù)到一定齡期時(shí)選取數(shù)根樁進(jìn)行開(kāi)挖,檢查樁頂部分外觀質(zhì)量。
    4.基槽開(kāi)挖后,應(yīng)檢驗(yàn)樁位、樁數(shù)與樁頂質(zhì)量,如不符合規(guī)定要求,應(yīng)采取有效補(bǔ)救措施。
    深層攪拌法適用于飽和軟黏土、淤泥質(zhì)亞黏土、新吹填土、沼澤地帶炭土、沉積粉土等土層的建筑物基礎(chǔ)加固,深層攪拌摻水泥格柵式擋墻作為深基坑支護(hù),隔水帷幕,以及道路,港口基礎(chǔ)的軟土地基加固,土的承載力可由90Kpa提高到248Kpa.
    (一)施工準(zhǔn)備
    1.材料
    (1) 深層攪拌法加固軟黏土,宜選用525#以上普硅水泥作為固化劑,水泥摻量根據(jù)加固強(qiáng)度,一般為加固土重的7%-15%,每一立方米摻加水泥量約為110-160Kg用公式表示為:摻入比(%)=水泥重/被加固的軟土重×100%.
    (2) 改善水泥土性質(zhì)和樁(墻)體強(qiáng)度,可選用木質(zhì)素磺酸鈣、石膏、氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉等外加劑,還可摻入不同比例的粉煤灰。
    (3) 深層攪拌以水泥作為固化劑,其配合比為水泥:砂=1:1-1:2,為增加水泥砂漿和易性能,利于泵送,宜加入減水劑(木質(zhì)素磺酸鈣),摻入量為水泥用量的0.2%-0.25%,并加入硫酸鈉,摻入量為水泥用量的1%,以及加入石膏,摻入量為水泥用量的2%,水灰比為0.41-0.50,水泥漿稠度為1-14CM,能起到速凝早強(qiáng)作用。
    2.作業(yè)條件
    (1) 依據(jù)地質(zhì)勘察資料進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn),結(jié)合設(shè)計(jì)要求,選擇水泥加固摻入比,確定攪拌工藝。
    (2) 依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,編制施工方案,做好現(xiàn)場(chǎng)平面布置,安排施工進(jìn)度,布置水泥漿制備的灰漿池,有條件時(shí)將水泥漿制備系統(tǒng)安裝在流動(dòng)掛車上,便于流動(dòng)供應(yīng),采用泵送澆筑時(shí),泵送距離小于50米為宜。
    (3) 清理現(xiàn)場(chǎng)地下、地面及空中障礙物,以利施工安全。
    (4) 測(cè)量放線,定出每一個(gè)樁位。
    (5) 機(jī)械設(shè)備配置:深層攪拌機(jī)、起重機(jī)及導(dǎo)向、量測(cè)、固化劑制備等系統(tǒng)。
    (6) 勞動(dòng)組織:每臺(tái)深層攪拌機(jī)械組由12人組成。
    (7) 如施工現(xiàn)場(chǎng)表土堅(jiān)硬,需要注水?dāng)嚢钑r(shí),現(xiàn)場(chǎng)四周設(shè)排水溝及集水井。
    (二)操作工藝
    1.深層攪拌法水泥土固化原理及操作工藝
    (1) 利用水泥系作為固化劑通過(guò)特殊的深層攪拌機(jī)在地基深處就地將軟黏土與水泥漿強(qiáng)制拌和后,首先發(fā)生水泥分解,水化反應(yīng)生成水化物,然后水化物膠結(jié)與顆粒發(fā)生粒子交換,因粒化作用,以及硬凝反應(yīng),形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性水泥加固土,從而提高地基承載力及改變地基土物理力學(xué)性能,達(dá)到加固軟土地基效果。
    (2) 深層攪拌兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別通過(guò)減速器,攪拌軸使攪拌頭切削軟土,并經(jīng)中心管向地基土中壓入固化劑,強(qiáng)制拌和成水泥土。
    2.深層攪拌法施工工藝特點(diǎn):根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的要求,可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種加固形式。柱(樁)狀加固形式:每間隔一定的距離打設(shè)一根 攪拌樁。壁狀加固形式:將相鄰攪拌樁部分重疊搭接而成。塊狀加固形式:縱橫兩個(gè)方向的相鄰樁搭接而成。
    3.深層攪拌樁施工工藝
    (1) 定位對(duì)中
    (2) 預(yù)攪下沉
    (3) 制備固化劑漿液
    (4) 噴漿攪拌提升
    (5) 重復(fù)攪拌
    (6) 移位
    4.壁狀加固施工工藝流程:按柱狀加固工藝,將相鄰兩樁縱向相垂搭接成行施工,相鄰兩樁搭距按設(shè)計(jì)需要確定。形狀如“8”字型。
    5.塊狀加固施工工藝流程:按深層攪拌施工工藝將相鄰的樁縱橫搭接施工,即組成塊狀加固體,兩行樁之間搭接距可按設(shè)計(jì)需要確定。
    (三)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
    1.保證項(xiàng)目
    深層攪拌樁使用的水泥品種、標(biāo)號(hào)、水泥漿的水灰比,水泥加固土的摻入比和外加劑的品種摻量,必須符合設(shè)計(jì)要求。
    檢驗(yàn)方法:檢查出廠證明、合格證試驗(yàn)報(bào)告及施工記錄。
    2.基本項(xiàng)目
    (1) 深層攪拌樁的深度、斷面尺寸、搭接情況整體穩(wěn)定和墻體、樁身強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求。
    檢驗(yàn)方法:
    1)一般成樁后兩周內(nèi)用鉆機(jī)取樣檢驗(yàn),開(kāi)挖檢查斷面尺寸,觀察樁身搭接情況及攪拌均勻程度,樁身不能有滲水現(xiàn)象。
    2)攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn),使用輕便觸探,根據(jù)觸探擊數(shù)判斷各段水泥漿強(qiáng)度。
    (2) 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn):用此法進(jìn)行工程加固效果檢驗(yàn),因?yàn)閿嚢铇兜馁|(zhì)量與成樁工藝、施工技術(shù)密切相關(guān),用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)所得到的承載力完全符合實(shí)際情況。
    (3) 定期進(jìn)行沉降觀測(cè),對(duì)正式采用深層攪拌加固地基的工程,定期進(jìn)行沉降觀測(cè)、側(cè)向位移觀測(cè),是直觀檢查加固效果的理想方法。
    3.允許偏差
    H為樁長(zhǎng)度。
    (四)施工注意事項(xiàng)
    1.避免工程質(zhì)量通病
    (1) 深層攪拌機(jī)應(yīng)基本保持垂直,要注意平整度和導(dǎo)向架垂直度。
    (2) 深層攪拌葉下沉到一定深度后,即開(kāi)始按設(shè)計(jì)配合比拌制水泥漿。
    (3) 水泥漿不能離析,水泥漿要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的配合比配置,水泥要過(guò)篩,為防止水泥漿離析,可在灰漿機(jī)中不斷攪動(dòng),待壓漿前才漿水泥漿倒入料斗中。
    (4) 要根據(jù)加固強(qiáng)度和均勻性預(yù)攪,軟土應(yīng)完全預(yù)攪切碎,以利于水泥漿均勻攪拌
    1)壓漿階段不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象,輸漿管不能發(fā)生堵塞。
    2)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)確定數(shù)據(jù),控制噴漿、攪拌和提升速度。
    3)控制重復(fù)攪拌時(shí)的下沉和提升速度,以保證加固范圍每一深度內(nèi),得到充分?jǐn)嚢琛?BR>    (5) 在成樁過(guò)程中,凡是由于電壓過(guò)低或其它原因造成停機(jī),使成樁工藝中斷的,為防止斷樁,在攪拌機(jī)重新啟動(dòng)后,將深層攪拌葉下沉半米后再繼續(xù)成樁。
    (6) 相鄰兩樁施工間隔時(shí)間不得超過(guò)12小時(shí)(樁狀)。
    (7) 確保壁狀加固體的連續(xù)性,按設(shè)計(jì)要求樁體要搭接一定長(zhǎng)度時(shí),原則上每一施工段要連續(xù)施工,相鄰樁體施工間隔時(shí)間不得超過(guò)24小時(shí)(壁狀)。
    (8) 考慮到攪拌樁與上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)或承臺(tái)接觸部分受力較大,因此通常還可以對(duì)樁頂板-1.5M范圍內(nèi)再增加一次輸漿,以提高其強(qiáng)度。
    (9) 在攪拌樁施工中,根據(jù)摩擦型攪拌受力特點(diǎn),可采用變摻量的施工工藝,即用不同的提升速度和注漿速度來(lái)滿足水泥漿的摻入比要求。在定量泵條件下,在軟土中摻入不同水泥漿量,只有改變提升速度,通過(guò)提升速度檢測(cè)儀檢測(cè)。
    2.主要安全技術(shù)措施
    (1) 深層攪拌機(jī)冷卻循環(huán)水在整個(gè)施工過(guò)程中不能中斷,應(yīng)經(jīng)常檢查進(jìn)水和回水溫度,回水溫度不應(yīng)過(guò)高。
    (2) 深層攪拌機(jī)的入土切削和提升攪拌,負(fù)載荷太大及電機(jī)工作電流超過(guò)額定值時(shí),應(yīng)減慢提升速度或補(bǔ)給清水,一旦發(fā)生卡鉆或停鉆現(xiàn)象,應(yīng)切斷電源,將攪拌機(jī)強(qiáng)制提起之后,才能重啟動(dòng)電機(jī)。
    (3) 深層攪拌機(jī)電網(wǎng)電壓低于380V應(yīng)暫停施工,以保護(hù)電機(jī)。
    (4) 灰漿泵及輸漿管路
    1)泵送水泥漿前管路應(yīng)保持濕潤(rùn),以利輸漿。
    2)水泥漿內(nèi)不得有硬結(jié)塊,以免吸入泵內(nèi)損壞缸體,每日完工后,需徹底清洗一次,噴漿攪拌施工過(guò)程中,如果發(fā)生故障停機(jī)超過(guò)半小時(shí)宜見(jiàn)拆卸管路,排除灰漿,妥為清洗。
    3)灰漿泵應(yīng)定期拆開(kāi)清洗,注意保持齒輪減速器內(nèi)潤(rùn)滑油清潔。
    (5) 深層攪拌機(jī)械及起重設(shè)備,在地面土質(zhì)松軟環(huán)境下施工時(shí),場(chǎng)地要鋪填石塊、碎石,平整壓實(shí),根據(jù)土層情況,鋪墊枕木、鋼板或特制路軌箱。
    3.產(chǎn)品保護(hù)
    深層攪拌樁施工完成后,不允許在其附近隨意堆放重物,防止樁體變形。