深层搅拌法施工及控制简述

深层搅拌法施工及控制简述

摘要:本文简述了深层搅拌法的技术原理、桩体特性、施工工艺及其优缺点。

关键词:深层搅拌法 施工工艺 质量控制

深层搅拌桩广泛应用于水利、公路、工民建和市政工程中,因具有施工工艺简单、施工快、工程造价低等特点,常在堤防加固、公路路基和工民建结构基础中用于防渗、加固或改良地基。

1深层搅拌法技术原理

深层搅拌法是利用水泥或者石灰作固化剂,通过深层搅拌机械,在地基深处将软土和水泥(或石灰)浆液或粉体强制搅拌后,水泥(或石灰)和软土产生一系列物理化学反应,使软土硬结改性,形成水泥(石灰)土桩。改性后的软土强度大大高于其天然强度,压缩性、渗水性比天然软土大大降低。深层搅拌桩也称为水泥土搅拌桩或石灰搅拌桩。

软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程。搅拌加固后减少了软土中的含水率,增加了颗粒之间的粘结力,增加了水泥土的强度和足够的水稳定性。在水泥加固土中,由于水泥掺量较小,一般占被加固土重的10～15%。水泥的水化反应完全是在土的围绕下进行,所以硬化速度较慢且作用复杂。

生石灰(一般掺入比为6～18%)作固化剂时,软粘土的渗透系数随时间直线上升,适合于塑性指数较高的软粘土地基;水泥(10%)作固化剂时,软粘土的渗透性系数随时间直线下降,适合于塑性指数较低的软土地基。

2材料主要特性

2.1水泥土

(1)物理性质:水泥土与天然土容重相近,但比重比天然土稍大。

(2)无侧限抗压强度:水泥土的无侧限抗压强度一般为300～400kPa,比天然软土大几十至上百倍。

为降低工程造价,可采用粉煤灰的水泥土。不同水泥掺入比的水泥土,当掺入与水泥等量的粉煤灰后,强度均比不掺粉煤灰的提高10%。

2.1 石灰土的主要特性

(1)石灰土桩整体性好、水稳定性好并具有一定强度。生石灰与地基软粘土强制搅拌均匀,很快产生水化作用,形成Ca(OH)2。在生石灰变为熟石灰的过程中,产生的热量促进水分蒸发,使软土地基的含水量降低,同时石灰体积产生膨胀,膨胀力所作的功转化为周围土体的变形位能。熟石灰的Ca2+离子在水的作用下与软土颗粒产生絮凝反应,使软土颗粒结合水膜厚度减小,土的塑性降低,土粒间的粘结力增加,土体强度和水稳定性提高。

(2)石灰搅拌桩身的排水固结作用。通过对石灰搅拌桩的观测发现,施工期桩体含水量较高,桩体含水量及渗透系数均大于桩间土,相当于粉砂、细砂的渗透系数,比粘土、亚粘土的渗透系数大10~100倍,说明石灰桩身排水固结作用良好。

(3)石灰搅拌桩与桩间土的复合地基效应。生石灰加固软弱地基后,石灰搅拌桩与未加固部分地基土形成复合地基,复合地基的强度包括搅拌桩桩体的强度和桩周围土体粘聚力增加后的强度,石灰搅拌桩比周围地基具有更高的抗剪强度。

3深层搅拌法施工

3.1 施工工艺

(1)湿法施工。施工工序主要为定位对中、预搅下沉、制备水泥浆、提升喷浆搅拌、重复上下搅拌、清洗等几个步骤。主要施工机械为深层搅拌机。

(2)干法施工。干法施工采用水泥粉料,由空气输送,通过搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷出,并随着搅拌叶片的旋转均匀分布在整个空隙轨道面内,进而和原位地基土搅拌混合在一起。施工工序主要为柱体对位、下钻、钻进结束 、提升喷粉、提升结束桩形成体等几个步骤。施工机械主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等。

3.2 加固型式

按目前的深层搅拌法施工工艺,搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式。

3.3 应用范围

深层搅拌法最适宜加固各种饱和软粘土,常用于淤泥、淤泥质土、粘土、亚粘土等地质的加固,适用于堤防除险加固工程。

4质量控制

4.1 质量通病

深层搅拌法施工速度快,施工工艺要求较高,常出现以下质量问题:

(1)桩体强度低:水泥或石灰与土混合搅拌不均匀,导致局部水泥或石灰量偏少,桩体承载力达不到设计要求。(2)成桩长度不够:由于深层搅拌桩属隐蔽施工,不易监控,易造成桩长不够。(3)桩身断裂:由于桩体固结速度较慢,抗剪性能差,上部截桩头施工时用力过猛,造成浅层桩身断裂。还有桩体倾斜、桩顶高程不准等问题,必须进行严格控制。

4.2 质控措施

(1)为确保桩体满足承载力要求,必须根据水文地质资料,准确确定水灰比、粉体掺入比、输浆量、搅拌与喷浆次数和搅拌时间等施工参数。(2)加强现场管理,严格按照《建筑地基处理技术规范》、《建筑工程质量检验评定标准》进行设计和施工。(3)为满足钻孔垂直度要求,保证桩机平整度和导向架垂直度,可在桩机上安装连通水准管,通过水准管刻度变化来判断桩机是否水平,垂直度可以吊线锤检查。(4)为保证桩体的密实性,必须控制钻机提升速度和档位。钻头提升速度太快,桩体的密实性就差,一般10米搅拌桩搅拌时间大约20～30分钟。

4.3 检测方法

规范规定的质量检测方法有开挖检查、钻孔取芯、标准贯入及静载试验等,但上述方法投入大,效率低,桩身完整性检验针对性较差。近几年,采用低应变反射波对深层搅拌桩进行桩身完整性检测,具有较好效果。

5优缺点

5.1 优点

(1)加固效果好,加固方式灵活,适用面广。深层搅拌法可采用不同的加固型式、不同的桩长和置换率以满足不同土质条件和不同荷载要求的加固目的。对区域狭长、地质条件复杂,对沉降要求较高的工程比较适宜。采用搅拌桩挡土墙作为河岸边坡支护不仅能够保证边坡稳定,还具有防渗功能。(2)施工速度快。通常每台深层搅拌机建造搅拌桩截渗墙的工效达13.2m2/台•时。(3)原位加固,可充分利用原软土,无弃土问题。(4)造价较低。

5.2 缺点

深层搅拌桩主要用于加固地基和垂直防渗,侧向抗压力较差,很少用于挡土墙加固和各种围护结构。近几年出现了与其他临时支护措施结合使用的SMW工法(水泥土深层搅拌桩墙体中,按一定型式加入H型钢,成为一种复合围护结构。这种结构抗渗性好,刚度大,构造简单,施工简便,工期短,无环境污染。作为临时支护,型钢可回收重复使用,成本较低)。

6结语

深层搅拌法处理软粘士和淤泥质粘土地基的效果是明显的,用水泥土或石灰搅拌桩处理地基,防渗性和强度得到了提高,可很快投入使用。

参考文献

[1]《建筑地基处理技术规范》.JGJ 79-91.

[2]《建筑桩基础技术规范》.中国建筑工业出版社.