水工建筑物地基处理混凝土芯劲性复合桩施工工法

2021-01-10 07:40施建国洪华顾峰孙道圣
科学与生活 2021年28期
关键词:喷浆工法土体

施建国 洪华 顾峰 孙道圣

摘要:混凝土芯劲性复合桩将水泥搅拌桩和混凝土振动沉管桩两种工法相结合,即后一工法在前一种工法形成的桩体中心进行,通过桩芯振动沉管的振密挤扩作用,形成的一种复合型桩。该桩型具有施工方便、质量可靠、造价低廉、对周围环境影响小、性价比高等特点,有着广阔的应用前景。

关键词:地基处理,劲性,复合,挤扩

引言

水泥搅拌桩和混凝土芯振动沉管桩是二种常用、成熟的加固软土地基的施工方法,但单一工法形成的单桩承载力较小,特别在有着暗河浜等软弱部位或软土地基比较深厚时加固效果往往会受到土质的影响,达不到设计要求。将以上两种工法相结合,形成混凝土芯劲性复合桩。2020年11月15日,获得中国水利工程协会颁发“水工建筑物地基处理混凝土芯劲性复合桩施工工法”证书。为进一步提高本公司的技术数值和管理水平,形成混凝土芯劲性复合桩施工技术管理新机制,特制订本施工工法。

1、适用范围

本工法适用于水工建筑物及基坑支护、边坡稳定,止水帷幕等工程。对于泥炭层、腐殖土或地下水有侵蚀性,地下水流过大或基坑开挖深度超过10米的工程应根据工程设计的要求,通过试验确定其适用性。

2、工艺原理

2.1挤密挤扩作用

1、混凝土芯的打入能挤密水泥土体,增加水泥土体密度,而水泥土体干密度的增加可大幅度提高水泥土体的刚度和强度,能弥补水泥搅拌桩中心软芯和水泥搅拌不均现象。

2、具有挤扩作用,混凝土芯的打入还会挤扩周围水泥土体和桩周土体,使桩周土体的界面粗糙紧密,摩阻力大幅度提高,有资料表明复合桩的摩阻力是一般水泥搅拌桩摩阻力的2-3倍,高于桩壁平滑的管桩、方桩等刚性桩。

3、软弱土体中搅拌桩先行施工会改变土体的软弱状态,水泥土体会在混凝土芯打入时起到护壁作用,混凝土芯一般不会发生 “缩颈“现象。

2.2改善荷载传递途径及深度:水泥搅拌桩主要受力范围一般在桩顶下5-7D范围内,而混凝土芯劲性复合桩由于劲芯的刚度和强度较高,在上部荷载作用下,应力会集中在混凝土芯部位,再由混凝土芯纵深传递到其侧壁和桩端的水泥土体,成倍地增大了荷载作用于水泥土体的面积,而匹配水泥土体产生的较大侧摩阻力和桩端阻力,使复合桩全长范围内的侧阻力和桩端阻力充分发挥。

2.3复合桩体除了有较大的竖向承载力外还具有抗剪切、抗弯和抗拨能力,可用于基坑围护和边坡稳定工程。

2.4构成复合地基:混凝土劲芯与桩间水泥土桩及桩间土构成复合地基,混凝土芯劲性复合桩的作用可按刚性桩复合地基考虑。

3、施工工艺及施工参数

3.1施工工艺

根据设计要求,确定施工工艺,一般采用四搅两喷或四搅四喷,对于较硬土层,施工工艺调整为首次下沉喷浆的方法,施工前应通过试桩获得各项施工工艺参数。

3.1.1施工总流程

测量放样→搅拌桩机就位、调平→搅拌桩施工→复核桩位→沉管桩机就位、调平→沉管桩施工(水泥终凝前)→劲性复合桩成桩完毕。

3.2工艺参数

3.2.1搅拌桩施工参数

1、水泥掺量一般取值范围12~20%;喷浆(湿喷)、粉(干喷)压力为0.6~1.0MPa;水灰比0.6~0.8 。

2、搅拌桩钻进速度一般为0.8~1.5m/min,桩机转速为 30~60转/min;提升速度为0.6~1.2m/min时,桩机转速为40~80转/min,进入持力层后钻进速度为0.2m/min左右,钻机转速为30转/min。

3.2.2振动沉管桩施工参数

振动沉管桩沉管速度为1.0~1.5m/min左右,提管速度为0.8-1.2m/min;混凝土塌落度6~8cm,充盈系数1.1~1.26。

4、操作要点

4.1搅拌桩施工

1、搅拌桩机械就位、对中、调平;采用自动记录仪设定桩号、日期、喷灰(浆)量、深度、总灰(浆)量等施工参数,进行施工全过程记录。

2、桩深度既要达到设计桩长,又要进入持力层不得小于0.5m。采用深度记录仪和钻杆长度控制搅拌桩深度,根据电流大小判断钻进深度是否进入持力层。

3、桩径控制:经常检查搅拌桩机钻头磨损情况,发现钻头直径磨损后小于设计值,要及时更换钻头确保成桩直径不得小于设计值。

4、水泥搅拌桩应在基坑开挖面离基底0.5m开始施打,搅拌桩施工时,停浆(灰)面应高于桩顶设计高程30~50cm。

5、第一次搅拌下沉:启动搅拌桩机转盘,待搅拌头转速正常后,钻杆沿导向架搅拌下沉,搅拌钻头下沉至设计桩标高(持力层),下沉速度一般控制在0.8~1.5m/min,实际操作应根据土层情况,电机负荷大小,工作电流不大于额定值。

6、喷浆(灰)搅拌提升:提升、搅拌、喷浆同时进行,提升速度一般控制在0.6m~1.2m/min,实际操作应根据土层情况,电机负荷大小,工作电流不大于额定值。

7、重复喷浆(灰)、搅拌下沉:控制重复搅拌时的下沉和提升速度,以保证加固范围每一深度内得到充分搅拌。

8、当场地条件受限搅拌桩机与搅拌后台距离较远时,可适当调增泵送压力或空压机压力。确保喷浆(灰),搅拌,提升同时连续性作业,压浆时不允许发生断浆现象,并经常观察输浆(灰)管脉动情况,判断管路是否畅通,喷浆(灰)是否正常。

9、当桩周为软土层时,应对相对软弱土层适当增加水泥用量。

10、成桩过程中实时调整桩架垂直度,在钻进搅拌中遇有阻力较大,钻进太慢,应增加搅拌机自重,然后启动加压装置加压,并根据经验判断是否有障碍物,在成桩过程中,凡是由于电压过低或其他原因造成停机,使成桩工艺中断的,若停机超过3个小时的,应先拆除输浆管路,清洗输浆管路。

4.2混凝土芯沉管桩施工

1、根据已施工的搅拌桩重新复核桩位,芯桩与搅拌桩中心偏差小于30mm,且桩机垂直度偏差小于1%。

2、振动沉管机架要稳定,施工中发现机架倾斜、位移及时停机校正。

3、沉管时注意观察沉管下沉速度是否正常,沉管是否有挤偏现象,若出现异常应分析原因及时采取措施。

4、必须在水泥土终凝前完成芯桩施工,沉管达到设计标高后,立即灌注混凝土,尽量减少间隔时间。

5、沉管、提管速度要均匀,拔管速度≤1.2m/min。

5、效益分析

水工建筑物地基处理混凝土芯劲性复合桩施工工法,在奔牛水利枢纽工程中实际应用,取得了良好的效益。根据投资概算比较,本工程地基处理采用劲性复合桩方案的工程投资为1436万元,采用预制桩方案投资为1792万元,地基处理采用混凝土芯劲性复合桩技术方案可节省投资356万元。

6、应用实例

奔牛水利枢纽工程建筑物基础处理劲性复合桩工程量为79290m,于2018年8月6日开工,2019年5月23日,基础处理全部完成。经自检检测单位和第三方检测单位检测,复合地基承载力均满足设计要求。

水工建筑物地基處理混凝土芯劲性复合桩施工工法,在奔牛水利枢纽工程中实际应用,具有质量可靠、施工简便,工程投资节省等特点。

7、结语

混凝土芯劲性复合桩是一种新型的地基处理方式,将原单一桩基优化改造为复合桩基,结合了水泥土搅拌桩及混凝土振动沉管桩的优点,具有较高的强度、刚度,与桩周土体有良好的结合性,具有质量可靠、施工简便、成桩时间短、桩土共同作用效果好、大幅提高地基承载力、施工对周边环境影响较小、节省工程投资等特点,混凝土芯劲性复合桩综合施工技术的研究,在水工建筑物地基处理施工方面,具有十分重要的意义。

参考文献:

[1]黄俊杰,王薇.素混凝土桩复合地基支承路堤变形破坏模式[J].岩土力学,2020(5):1653-1661.

[2]高硕,许漠农.素混凝土桩复合地基处理方案比选分析研究[J].施工技术,2021(S1):29-33.

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