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三轴水泥搅拌桩止水帷幕工程实况

367 2020-05-18 18:04:03



三轴水泥搅拌桩止水帷幕工程实况

三轴水泥搅拌桩是采用专用三轴搅拌机施工,两轴同向旋转喷浆与土拌合,中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌和,由于中轴高压喷出的气体在土中逆向翻转,使与水泥浆液拌合的土体更加均匀,加固效果更好,水泥土抗渗性能更高。由于以上优点,三轴水泥搅拌桩被广泛应用于深基坑止水帷幕,也可在水泥土内插入型钢增加桩体刚度,既起到止水的目的又具有支挡土体的作用。
随着天津经济快速发展特别是地铁项目建设大量上马,深基坑支护项目越来越多,而且这些建设项目多集中于城区,这就需要可靠的支挡和止水工法。三轴水泥搅拌桩作为止水效果好、施工效率高、无噪音低污染的工法在天津地区得到广泛应用。


1、应用中的几个主要控制要点
1.1水灰比
三轴水泥搅拌桩水灰比一般控制在1.5-2.0。较大水灰比的水泥浆使加固土体软化并通过强制拌和和在高压喷气的作用下,使软化的水泥土逆向翻转更加充分拌和,形成均匀的水泥土,水泥和软土产生一系列的物理化学反应,使软土硬结改性,改性后的软土强度大大高于天然强度,压缩性和渗水性比天然软土大大降低。但水灰比过大一方面会影响水泥土强度,降低渗水性,另一方面造成涌土较多,水泥浆液随涌土流失过多,造成材料浪费。所以在应用中要根据实际土层性质进行调整,以冒出的浆液少,涌土少为控制目标。
1.2注浆速度
三轴搅拌桩机采用下沉和提升均注浆工艺,下沉速度一般控制0.5-1.0m,提升速度一般控制1.0-2.0m。下沉速度往往受地层性质限制,在一般粘性土中下沉较顺利,在密实的粉土粉砂层中下沉受阻,下沉速度较慢。因此要根据试成桩确定适宜的注浆速度,完成下沉和提升的一个循环注浆总量应达到设计注浆量。试成桩前要根据注浆泵流量和选定的下沉提升速度进行计算,在成桩过程中再根据实际情况加以调整,也可更换搅拌叶片调整下沉速度,如连续螺旋钻头在粘性土中钻进速度较快,而叶片钻头更容易克服密实砂性土的阻力。
1.3注浆压力
注浆压力是施工过程中控制注浆效果的重要指标。注浆压力与钻进深度、水灰比、土层性质等因素有关,钻进深度越大土的围压越大,注浆压力越大,水灰比小,浆液浓度高,注浆压力升高,粘性土透水性弱,注浆压力大,反之砂性土透水性强,注浆压力减小。土层中有裂隙及孔洞也会造成水泥浆液流失,注浆压力也会变小。因此掌握合适的注浆压力,才能保证水泥浆与加固土体有效充分拌和,达到加固的目的。在天津地区一般注浆压力控制在1.5-2.5为宜。注浆压力过大过小应查明原因,通过调整水灰比和钻进速度进行调整。
1.4垂直度控制
严格控制垂直度对桩长较大的桩尤为重要,虽然三轴搅拌桩可以通过套打在一定程度上弥补由于垂直度偏差造成的连接问题,但由于桩幅之间相对垂直偏差及不同的土层对钻进影响均会造成桩幅之间连接不良,因此严格控制垂直度和钻进速度是保证桩幅之间连接良好的重要手段。
1.5 涌土量控制
三轴水泥搅拌桩在搅拌成桩过程中部分土体掺杂着水泥浆液涌出,施工中需要配备挖掘设备将涌出的泥土挖出导槽,形成废弃物,由于废弃物掺入一定的水泥浆,固结后具有一定的强度。涌土的形成是由于水泥浆置换作用形成。按水泥掺入比例为20%,水灰比1.5计算,每立方加固土体(土体天然重度按18 kN/m3计)注入的水泥浆液体积为0.65 m3,超过加固土体积50%的水泥浆液一方面将填充土体孔隙,一方面软化加固土,注入的水泥浆不能全部融入加固土,在搅拌过程中多余的土体连同部分水泥浆液被置换出来,粘性土遇水湿胀,置换涌土较多,透水性较强的砂性土湿胀性较小,水泥浆液主要填充土粒之间的孔隙,置换涌土较少。有研究资料表明,不同土质置换涌土发生率如表2.1。
不同土质置换涌土发生率
置换涌土的发生导致水泥流失,因此对于涌土率较高的粘性土应增加下沉、提升的复搅次数,对于涌土率较低的砂性土可通过调低水灰比,避免水泥浆渗漏流失,同时控制下沉和提升速度以及送气量,保持孔壁稳定,提高墙体的抗渗性。
2、工程实例
某工程位于天津武清区,基坑最深超过14m,采用上部放坡,下部支护桩挡土及支撑结构,三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕。场地地质条件如下:
场地地质条件
本工程设计采用三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕,桩径为ø800mm,有效加固深度22mm,水泥掺入量为20%,水灰比1.5,采用跳槽式全套打连接方式施工,如图3.1所示,先施工第1单元,再施工第2单元,之后施工地第3单元,第3单元套钻第1、2单元各一孔。阴影部分为重复套打桩孔。
采用跳槽式全套打连接方式施工
2.1计算注浆量及钻进提升速度
跳槽式全套打单幅ø800mm三轴搅拌桩计算截面为1.0312,土的平均天然重度按厚度加权平均计算得:19.67kN/m3,施工采用2台流量为250L/min的注浆泵供浆,预计钻进下沉速度为1m/min,提升速度控制在2m/min。注浆量及下沉提升速度复核如下:
注浆量及下沉提升速度复核
注:水泥比重取3.0,水泥浆比重=(1+水灰比)/[(1/水泥比重)+水灰比]
从以上计算结果,单幅搅拌桩以1m/min下沉,2m/min提升,共用时间33min,而注浆泵连续注入设计要求水泥浆时间为33.28min,二者十分吻合,故施工控制钻进下沉速度为1m/min,提升速度为2m/min,注浆泵选用2台250L/min的注浆是比较适宜的。

2.2工程实施
本工程实施采用ZLD180型三轴搅拌桩机,2台注浆流量为250L/min的柱塞式注浆泵,固化剂采用P.O42.5水泥,水泥掺入量20%,水灰比为1.5。采用跳槽式全套打工艺,严格控制钻机垂直在1/250以内,使用叶片式钻头,实践表明该钻头对本场地的粉质粘土、粉土、粉砂地层较为适应,钻进下沉速度按1m/min控制,提升按2m/min控制,注浆压力1.5-2.0MPa,施工效率每日(24小时)可施工35组左右。基坑开挖无漏水现象,三轴搅拌桩止水帷幕应用取得成功。
3、结束语
三轴搅拌桩是较好的止水帷幕工法,具体的施工控制要结合实际加固地层确定施工参数,钻进提升速度应根据地质条件、水灰比、注浆泵工作流量、成桩工艺等计算确定,对于不易匀速钻进下沉的地层,可采用复搅施工,增加搅拌次数保证止水效果。
来源:基础工程咨询
原作者:天津市勘察院,欣华,任永结,杨子民
参考文献:
[1]《深基坑支护技术指南》北京:中国建筑工业出版社,2012
[2]《基坑工程手册》第二版,北京:中国建筑工业出版社,2009
[3]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012,北京:中国建筑工业出版社,2012