水泥系深層攪拌法

水泥系深層攪拌法

水泥系深層攪拌法是指利用水泥等材料作為固化劑的主劑,通過特製的深層攪拌機械,在地層深處,邊鑽進邊噴射固化劑,經鑽頭旋轉攪拌,使噴入土層中的固化劑與土體充分拌合在一起,形成抗壓強度比天然土體強度高,並具有整體性和抗水性的樁柱體。

攪拌樁柱體和樁周圍土體可構成複合地基,也可相割搭接排成一列,形成連續牆體,還可相割搭接成多排牆。在水利水電工程中,深層攪拌法主要用於在水工建築物地基中形成複合地基 、在堤壩及其地基中形成連續的防滲牆。

基本介紹

  • 中文名:水泥系深層攪拌法
  • 外文名:cement deep mixing method
  • 提出時間:20世紀50年代
  • 學科:土木工程
  • 套用:水利水電施工
  • 目的:提高抗壓強度
發展歷史,分類,加固原理,適用範圍,施工機具,施工準備,施工工藝,工程質量檢查,

發展歷史

水泥系深層攪拌法於20世紀50年代初始於美國, 1974年日本開發研製成功水泥攪拌固化法(CMC),用於加固堆場地基,深度達32m。近年來研製出各種深層攪拌機械,用於防波堤、碼頭岸壁及高速公路高填方下的深厚軟土地基加固工程。
我國於1977年10月開始進行水泥系攪拌法的室內試驗和機械研製工作,於1978年末製造出第一台深層攪拌樁機及其配套設備,1980年首次在上海套用並獲得成功。
水利工程中的套用始於1995年,最初主要是閘基、泵站地基用深層攪拌樁構成複合地基,1996年用於沂沭河攔河壩壩基防滲,效果較好,當時為單頭深層攪拌樁。
為了降低造價,提高工效,水利部淮委基礎公司於1997年發明了多頭小直徑深層攪拌截滲技術,而後由北京振沖江河截滲公司研製出不同規格的多頭深層攪拌施工設備。這一技術進步推動了深層攪拌法在水利工程中的套用。目前深層攪拌法已廣泛用於我國大江大河大湖的堤壩防滲工程,僅2000年上半年,套用在長江堤防上的截滲牆面積就達98萬平方米。

分類

(1)按使用水泥的不同物理狀態,分為漿體和粉體深層攪拌樁兩類。我國以水泥漿體深層攪拌樁套用較廣,粉體深層攪拌樁宜用於含水量大於30%的土體。
(2)按深層攪拌機械具有的攪拌頭數,分為單頭、雙頭和多頭深層攪拌樁。目前國內一機最多有六頭,國外已有一機8頭。
(3)根據樁體內是否有加筋材料,分為加筋和非加筋樁。加筋材料一般採用毛竹、鋼筋或輕型角鋼等,以增強其勁性。日本的SMW工法在深層攪拌樁中插入H型鋼。

加固原理

1、水泥土的固化機理
土體中噴入水泥漿再經攪拌拌和後,水泥和土有以下物理化學反應:(1)水泥的水解和水化反應;(2)離子交換與團粒化反應;(3)硬凝反應;(4)碳酸化反應。水化反應減少了軟土中的含水量,增加顆粒之間的粘結力;離子交換與團粒化作用可以形成堅固的聯合體;硬凝反應又能增加水泥土的強度和足夠的水穩定性;碳酸化反應還能進一步提高水泥土的強度。
在水泥土漿被攪拌達到流態的情況下,若保持孔口微微翻漿,則可形成密實的水泥土樁,而且水泥土漿在自重作用下可滲透填充被加固土體周圍一定距離土層中的裂隙,在土層中形成大於攪拌樁徑的影響區。
2、物理力學特性
1)無側限抗壓強度
一般來說,水泥土的無側限抗壓強度在0.3~4.0 MPa之間,比天然軟土強度提高數十倍到數百倍,在砂層可高達5.0MPa以上的,它受許多因素影響。
(1)土質。一般地說,初始性質較好的土,加固後強度增量較大,初始性質較差的土,加固後強度增量較小。水泥土的強度與土的含砂量有關,當含砂量為40%~60%時,加固土強度達最大值。在加固軟粘土時,若在固化劑中摻加適量的細砂,既可提高加固土的強度,又可節約水泥用量。
(2)齡期。水泥土的抗壓強度隨其加固齡期而增長。我國《建築地基處理技術規範》(JGJ79-91)規定,取90d齡期試塊的無側限抗壓強度為加固土強度標準值。一般情況下,7d、28d、90d的水泥土強度之間有如下近似關係:qu(28d)≈1.49qu(7d);qu(90d)≈1.97qu(7d);qu(90d)≈1.32qu(28d)。
(3)水泥摻入比。水泥摻入比通常指水泥摻入重量與被加固土天然濕容重的比(%)。
在實際套用中,當水泥摻入比小於7%時,加固效果往往不能滿足工程要求,而當摻入比大於15%時,加固費用偏高。因此,我國《建築地基處理技術規範》(JGJ79-91)規定水泥的摻入比以7%~15%為宜。對含水率大於100%的土及孔隙率較大的雜填土,常採用較高的水泥摻入比。
2)抗剪強度
水泥土的抗剪強度隨抗壓強度提高而增大。一般地說,當無側限抗壓強度qu=0.5~4.0Mpa時,其粘聚力c=0.1~1.1 Mpa,內摩擦角j約在20~30之間,抗剪強度相當於(0.2~0.3)qu
3)變形特性
水泥土的變形模量與無側限抗壓強度qu有關。國內的研究認為:當qu=0.5~4.0 Mpa時,Ε=(100~150)qu;
日本未松(1983)的試驗結果是:當qu<1.5 Mpa時,Ε50=(75~200)qu;當qu>1.5 Mpa時,Ε50=(200~1000)qu;上述式中Ε50指水泥土加固50天后的變形模量。
4)滲透係數
水泥土的滲透係數k隨著加固齡期的增加和水泥摻入比的增加而減小,對於k>10cm/s的軟土用10%的水泥加固一個月之後,一般地說,k值可減小到10cm/s以下,當水泥摻入比由10%增加至20%時,k值可進一步減小至10cm/s以下。

適用範圍

1、適用土質
深層攪拌法適合於加固淤泥、淤泥質土和含水量較高而地基承載力小於140kPa的粘性土、粉質粘土、粉土、砂土等軟土地基。當土中含高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等礦物時,可取得最佳加固效果;土中含伊里石、氯化物和水鋁英石等礦物時,或土的原始抗剪強度小於20kPa~30kPa時,加固效果較差。當用於泥炭土或土中有機質含量較高,酸鹼度較低(pH值<7)及地下水有侵蝕性時,宜通過試驗確定其適用性。當地表雜填土厚度大且含直徑大於100mm的石塊或其他障礙物時,應將其清除後,再進行深層攪拌。
2、適用工程
深層攪拌法由於對地基具有加固、支承、支擋、止水等多種功能,用途十分廣泛,例如:加固軟土地基,以形成複合地基而支承水工建築物、結構物基礎;作為泵站、水閘等的深基坑和地下管道溝槽開挖的圍護結構,同時還可作為止水帷幕;當在攪拌樁中插入型鋼作為圍護結構時,開挖深度可加大;穩定邊坡、河岸、橋台或高填方路堤,作為堤壩防滲牆等。
此外,由於攪拌樁施工時無震動、無噪音、無污染、一般不引起土體隆起或側面擠出,故對環境的適應性強。

施工機具

目前國內常用的深層攪拌樁機分動力頭式及轉盤式兩大類。轉盤式深層攪拌樁機多採用大口徑轉盤,配置步履式底盤,主機安裝在底盤上,安有鏈輪、鏈條加壓裝置。其主要優點是:重心低、比較穩定,鑽進及提升速度易於控制。動力頭式深層攪拌樁機可採用液壓馬達或機械式電動機——減速器。這類攪拌樁機主電機懸吊在架子上,重心高,必須配有足夠重量的底盤,另一方面,由於主電機與攪拌鑽具連成一體,重量較大,因此可以不必配置加壓裝置。
1、動力頭式深層攪拌樁機
國內已經開發出動力頭式單頭和雙頭深層攪拌樁機,主要用於施工複合地基中的水泥土樁。
1)單頭深層攪拌樁機組成及作用
(1)動力頭。由電動機、減速器組成,主要為攪拌提供動力;
(2)滑輪組。主要由卷揚機、頂部滑輪組組成,使攪拌裝置下沉或上提;
(3)攪拌軸。由法蘭及優質無縫鋼管制成,其上端與減速器輸出軸相連,下端與攪拌頭相接,以傳遞扭矩;
(4)攪拌鑽頭。採用帶硬質合金齒的二葉片式攪拌頭,攪拌葉片直徑500mm~700mm;為防止施工時軟土湧入輸漿管,在輸漿口設定單向球閥;當攪拌下沉時,球受水或土的上托力作用而堵住輸漿管口;提管時,它被水泥漿推開,起到單向閥門的作用;
(5)鑽架。由鑽塔、付腿、起落挑桿組成,起支承和起落攪拌裝置的作用。
(6)底車架。由底盤、軌道、枕木組成,起行走的作用。
(7)作業系統。由操作台、配電箱組成,是主機的作業系統。
(8)製漿系統。由擠壓泵、集料斗、灰漿攪拌機、輸漿管組成,主要作用是為主機提供水泥漿;
2)雙頭深層攪拌樁機機具組成和作用
雙頭深層攪拌樁機是在動力頭式單頭深層攪拌樁機基礎上改進而成,其攪拌裝置比單頭攪拌樁機多了一個攪拌軸,可以一次施工兩根樁。其它組成和作用同動力頭式單頭深層攪拌樁機。
2、轉盤式深層攪拌樁機
國內已經開發出轉盤式單頭和多頭(三頭、四頭、五頭和六頭)深層攪拌樁機。單頭深層攪拌樁機主要用於施工複合地基中的水泥土樁,多頭深層攪拌樁機主要用於施工水泥土防滲牆。
1)轉盤式單頭深層攪拌樁機組成和作用
(1)步履機構。由支承底盤,上、下底架及滑枕組成。上底架裝有4隻伸縮支腿,可以橫向拉伸,擴大底面積,增加整機穩定性。上、下底架之間可以縱向移動,橫向步履與下底架相連,可以左右相對滑動。樁機通過滑枕及上、下底架之間的相互運動實現整機移位。
(2)動力機構。主要指主電動機,功率37kW或45kW。
(3)傳動機構。由變速箱、蝸桿箱、傳輸帶、鏈輪、鏈條等組成。它是樁機運行過程的動力傳送系統,實現鑽頭的正反方向轉動。
(4)操作機構。是操作指令傳送機構,在操作台上,由液壓操縱台、主機操縱台、離合器和操縱手柄等組成,通過它實現制樁過程。
(5)機架。安裝有異向加減壓機構,由上下鏈輪、同步軸、鏈條、鑽具組成。通過鏈條輸入動力,實現鑽具上下起落。
(6)鑽進機構。它包括鑽桿和鑽頭,可通過空心鑽桿向土層中噴漿。鑽頭為葉片式,通過起落鑽桿進行鑽孔,一般成孔直徑為500mm。
2)轉盤式BJS型多頭深層攪拌樁機組成和作用
BJS型多頭深層攪拌樁機為三鑽頭小直徑深層攪拌樁機,鑽頭直徑為200mm~450mm。主要用於江河堤壩截滲工程和其它水利水電防滲工程。
(1)水龍頭。水泥漿經水龍頭進入鑽桿;
(2)立架。支承鑽桿上下作業;
(3)鑽桿。用於鑽進和漿液通道;
(4)轉盤。帶動鑽桿轉動;
(5)推進鏈條。帶動鑽桿同步上下運動;
(6)上下車架。上車架支承主機上的所有部件;下車架:通過液壓裝置可使上下底架之間作前後左右的相對運動;
(7)滑枕及滾輪。滑枕通過液壓裝置可使上下底架左右運動;滾輪可使上下底盤滾動;
(8)高壓輸漿管。輸送水泥漿;
(9)支腿。由支腿油缸及鞋盤組成。通過操作油缸保持主機水平;鞋盤用於支承主機;
(10)鑽頭。起鑽進攪拌作用;
(11)橫樑。連線水龍頭及鑽桿,與它們同步上下運動;
(12)傳動系統。電機、離合器、聯軸節、減速箱、傳動軸使轉盤運動;
(13)操作台。傳送操作指令。
3)轉盤式ZCJ型多頭深層攪拌樁機組成和作用
ZCJ型多頭深層攪拌樁機一機有3~6頭,一個工藝流程可形成一個單元防滲牆。鑽桿間中心距為30cm,鑽桿之間帶有連鎖裝置,解決了BJS型樁機在較大施工深度時可能產生的搭接錯位問題。
(1)水龍頭。水泥漿經水龍頭進入鑽桿;
(2)滑板。沿著桅桿兩側的滑道帶動鑽桿上升、下降;
(3)立柱。提升機構的支撐點,兩側為滑板組的滑道;
(4)鑽桿。用於鑽進和漿液通道;
(5)液壓馬達。升降鋼絲繩組;
(6)深度儀?>標尺。每格間距0.1m,鑽桿上升、下降,升降度量儀自動積累;
(7)支腿油缸。樁機的四隻支腿伸縮;
(8)上下車架 。上底盤支承主機上的所有部件;下底盤:通過液壓裝置可使上下底架之間作前後左右的相對運動;
(9)鑽桿連鎖器。鑽桿之間的約束裝置,作業時能保證牆體搭接,防止樁位之間分叉;
(10)鑽頭。分左旋和右旋鑽頭,起鑽進攪拌作用;
(11)操作台。電器系統、液壓系統的操作手柄均布在操作台上,可傳送操作指令;
(12)垂直度及深度顯示器。反映樁機的水平情況,樁機工作時的鑽深,並有樁機傾斜時安全保護報警功能;
(13)測斜儀。監測樁機塔架的垂直度。

施工準備

1、施工技術資料
1)施工前應收集的資料
(1)地質條件。地基分層、土的物理力學指標、軟土分布範圍和厚度變化情況、地下障礙物等;
(2)土質分析。從土的主要成份和有機質含量,判斷水泥加固地基土效果。可在加固的土樣中加入氫氧化鈉溶液,抽出浸後液體觀察土樣,其顏色越深,則加固效果越差;
(3)水質。對擬加固場地地下水的酸鹼度(pH值)、硫酸鹽含量、侵蝕性二氧化碳等指標進行分析,以判斷對水泥侵蝕性影響;
(4)其它資料。工程建設項目檔案、設計檔案、施工平面布置圖、相關的結構設計圖等。
2)水泥土配合比室內試驗
(1)試驗項目。水泥漿液性能試驗的項目為:密度、粘度、穩定性、初凝時間。水泥土凝固體的力學性能試驗項目為:抗壓強度、滲透係數、滲透破壞比降。
漿液性能試驗按常規的方法進行。目前我國尚無水泥土的規範性的試驗方法,所以對水泥土的力學性能試驗,常藉助混凝土的試驗方法進行。
(2)水泥摻入量。水泥摻入量可按下式計算。
式中
αw——水泥摻入比;
r—— 天然土體的濕容重,t /m;
v—— 平均加固(攪拌)1m土所需要的水泥摻入量,t。
水泥摻入量決定了水泥土的破壞比降、抗壓強度、變形模量,對滲透係數也有較大影響。土層中水泥摻入量取決於天然土體性質(孔隙率、土層類別、含水量等)和施工機械的性能。一般來說,工程實踐經驗表明:在粘性土中可取8%~12%(土層中有孔洞或極鬆散的土體除外);砂性土中可取10%~18%,最大可達20%。
(3)水泥漿的水灰比。水泥漿的水灰比與被加固土體的含水量、性能、機械的攪拌能力和輸漿情況等有關。試驗表明,水泥土的性能不但取決於水泥摻入量,還取決於被加固土體的可攪拌性,即使水泥摻入量大,但未攪拌均勻,水泥土力學指標也不理想。因此水泥土攪拌均勻十分重要,而水灰比對水泥土的均勻性起著主要作用。在水利水電工程複合地基加固中,一般取水灰比0.5~1.2,防滲工程中一般取1.0~2.0。室內試驗時可參考以往工程經驗確定,實際施工時可根據設計要求的水泥摻入比,經現場試樁確定。
(4)外摻劑。一般情況下施工不需要外摻劑。若設計作出規定,施工單位應根據規定採用外摻劑的品種和摻入比。若設計未作出規定,而工程施工需要,施工單位可根據土的顆粒組成、pH值,有機質含量,液限和塑限,現場施工條件(例如水泥漿製備後送至灰漿泵的距離遠近等)以及氣溫高低等情況作適當考慮。
(5)試塊製備。在工程場地內選定若干鑽孔,連續取原狀土樣,封裝於雙層厚塑膠袋內,以供拌制試塊。試塊製作方法:先按預定配合比稱量土、水泥、外摻劑和水,用手工拌和10min至均勻,將拌和物(即加固土)裝入試模(尺寸70.7mm×70.7mm×70.7mm)一半體積,放在振動台上振動1min,再裝滿另一半振動1min,至裝滿將表面刮平,用塑膠布覆蓋即成。試塊經1d~2d可拆模,然後將其置於溫度為20℃±2℃、濕度大於90%的養護室養護。試塊的數量由所需養護齡期和固化劑(水泥)的摻入比決定。養護齡期通常分為7d、28d和90d三期,固化劑的摻入比可根據土的天然含水量和以往工程經驗,確定幾個檔次。然後,按不同的養護期和不同摻入比進行排列組合,確定試塊數量。
(6)資料分析及配合比的確定。不同齡期的試塊分別進行力學性能試驗後,將試驗結果繪成圖表,再經分析對比,選定最佳的水泥土配合比,作為工藝試驗和施工的主要依據。
3)施工組織設計
施工組織設計內容:
(1)工程概況;
(2)施工準備(材料供應、供電、供水);
(3)施工布置;
(4)施工設備(設備型號和數量、技術性能、台時生產率等);
(5)施工方法(水泥的摻入比、水泥土配合比、水泥漿的製備、施工工藝措施等);
(6)質量檢查措施和質量管理體系;
(7)安全文明生產和事故處理;
(8)工程進度計畫;
(9)組織管理體系;
(10)其它。
2、施工現場準備工作
1)場地平整與布置
在機械設備進場前應平整場地。當場地表層較硬需注水預攪施工時,應在四周開挖排水溝,並設集水井,其位置以不影響深層攪拌樁機施工為原則。排水溝和集水井應經常清除沉澱雜物,保持水流暢通。
當場地過軟不利於深層攪拌樁機行走或移動時,應鋪設粗砂或細石墊層。灰漿製備工作棚位置宜使灰漿的水平泵送距離控制在50m以內。
2)施工備料
深層攪拌用的固化劑主要材料為水泥,應按設計要求選用水泥的品種和強度等級,並在使用水泥前按每批次取樣檢驗。一般應做水泥強度(3d、7d)、水泥體積的安定性等試驗。
3)機械安裝及調試
(1)機具組裝。包括深層攪拌樁機等機械的組裝和就位;水泥漿液製備系統安裝;管線連線,用壓力膠管連線灰漿泵出口與深層攪拌樁機的輸漿管進口。
(2)試運轉。機械在試運轉時應注意下列事項:
①電壓應保持在額定工作電壓範圍內,電機工作電流不得超過額定值;
②調整攪拌軸旋轉速度;
③輸送漿液管路和供水水路通暢;
④各種儀表應能正確顯示,檢測數據準確。
4)施工放樣
(1)準確定出各攪拌樁樁位中心,打木樁作出標記。
(2)水泥土防滲牆施工時,從零點樁號開始,沿施工前進方向每50m拉線放樣一次,用拉線標定施工方向,並用定位標尺標定樁位。
3、工藝試驗
在工程大面積施工開始前,應進行深層攪拌工藝試驗。工藝試驗的目的是驗證並確定設計提出的施工技術參數和要求。它們包括:
(1)攪拌樁機鑽進深度,樁底標高,樁頂水泥漿停漿面標高;
(2)水泥漿液的水灰比,外摻劑的配方;
(3)攪拌樁機的轉速和提升速度;
(4)漿泵的壓力;
(5)輸漿量及每米輸漿量變化,水泥漿經漿管到達噴漿口的時間;
(6)是否需要衝水或注水下沉,是否需要復攪復噴及其部位、深度等等。

施工工藝

1、複合地基深層攪拌樁
深層攪拌樁主要用於建築物的地基加固,在水工建築物中,如泵站、水閘、壩基等。一般來說,樁徑為500~800mm,加固深度為5~18m,複合地基承載力可提高1~2倍。可根據需要把樁排成梅花形、正方形、條形、箱形等多種形式,可不受置換率的限制。
1.1工藝流程
工藝流程:攪拌樁機就位→鑽進噴漿到孔底→提升噴漿攪拌→重複鑽進攪拌→重複提升復攪→成樁完畢。工藝流程說明如下:
(1)設備安裝就位;
(2)攪拌樁機縱向移動,調平主機,鑽頭對準孔位;
(3)啟動攪拌樁機,鑽頭正向旋轉,實施鑽進作業;為了防止堵塞鑽頭上的噴射口,鑽進過程中適當噴漿,同時可減小負載扭矩,確保順利鑽進;
(4)噴漿攪拌。在啟動攪拌樁機向下旋轉鑽進的同時,開動灰漿泵,連續噴入水泥漿液。鑽進速度、旋轉速度、噴漿壓力、噴漿量應根據工藝試驗時確定的參數操作。鑽進噴漿成樁到設計樁長或層位後,原地噴漿半分鐘,再反轉勻速提升;
(5)提升噴漿攪拌。攪拌頭自樁底反轉勻速攪拌提升直到地面,並噴漿;
(7)重複鑽進攪拌。若設計要求復攪,則按上述(4)操作要求進行;
(8)重複攪拌提升。若設計要求復攪,按上述(5)操作步驟進行;
(9)當鑽頭提升至高出設計樁頂30cm時,停止噴漿,形成水泥土樁柱,將鑽頭提出地面;
(10)成樁完成。開動漿泵,清洗管路中殘存的水泥漿,移機至另一樁施工。
1.2 施工中注意的事項
在複合地基深層攪拌施工中應注意以下事項:
(1)拌制好的水泥漿液不得發生離析,存放時間不應過長。當氣溫在10℃以下時,不宜超過5h;當氣溫在10℃以上時,不宜超過3h;漿液存放時間超過有效時間時,應按廢漿處理;存放時應控制漿體溫度在5℃~40℃範圍內。
(2)攪拌中遇有硬土層,攪拌鑽進困難時,應啟動加壓裝置加壓,或邊輸入漿液邊攪拌鑽進成樁,也可採用沖水下沉攪拌。採用後者鑽進時,噴漿前應將輸漿管內的水排盡。
(3)攪拌樁機噴漿時應連續供漿,因故停漿時,須立即通知操作者。為防止斷樁,應將攪拌樁機下沉至停漿位置以下0.5m(如採用下沉攪拌送漿工藝時則應提升0.5m),待恢復供漿時再噴漿施工。因故停機超過3h,應拆卸輸漿管,徹底清洗管路。
(4)當噴漿口被提升到樁頂設計標高時,停止提升,攪拌數秒,以保證樁頭均勻密實。
(5)施工時,停漿面應高出樁頂設計標高0.3m,開挖時再將超出樁頂標高部分鑿除。
(6)樁與樁搭接的間隔時間不應大於24h。間隔時間太長,搭接質量無保證時,應採取局部補樁或注漿措施。
(7)技術要求。單樁噴漿量少於設計用量的重量不大於8%,導向架與地面垂直度偏離不應超過0.5%,樁位偏差不得大於10cm。
(8)應做好每一根樁的施工記錄。深度記錄誤差應不大於5cm,時間記錄誤差不大於5s。
2、深層攪拌防滲牆
深層攪拌防滲牆主要用於江河、湖泊、堤防及病險庫的防滲加固中。其特點是:牆體連續性要求較高,而且牆體較長,少則幾百米,多則達數公里。目前使用的設備有BJS型三頭深層攪拌樁機和ZCJ型4~6頭深層攪拌樁機。BJS型深層攪拌樁機最大深度可達18m,成牆有效厚度12cm~30cm。ZCJ型深層攪拌樁機最大成牆深度可達25m,成牆有效厚度為18cm~33cm。
一般來說,深層攪拌防滲牆滲透係數小於i×10cm/s(1<i<10)、強度大於500kPa、滲透破壞比降可達200以上、變形模量小於1000MPa,屬柔性牆。
2.1成牆工藝
(1)工藝流程
深層攪拌防滲牆的工藝流程是:樁機就位、調平;啟動主機,通過主機的傳動裝置,帶動主機上的鑽桿轉動,鑽頭攪拌,並以一定的推動力把鑽頭向土層推進至設計深度;提升攪拌到孔口。在鑽進和提升的同時,用水泥漿泵將水泥漿由高壓輸漿管輸進鑽桿,經鑽頭噴入土體,使水泥漿和原土充分拌和完成一個流程的施工。縱向移動攪拌樁機,重複上述過程,最後形成一道水泥土防滲牆。
2.2 施工要點
(1)主機調平
1)施工前應檢查主機上的水平測控裝置,確保主機機架處於鉛垂狀態;
2)通過四個支腿油缸調平。應重點檢查施工過程中,支腿是否存在下陷或油缸泄壓現象,若有此現象應及時調平。
(2)輸漿
1)儘量保證輸漿均勻,應根據地層吃漿變化調整輸漿量,總輸漿量應不少於設計要求;
2)輸漿量應有專門的裝置計量,如流量儀等;
3)輸漿應有一定的壓力,但也不宜過大,一般輸漿壓力為0.3MPa~1.0MPa;
(3)提升和下降速度
1)為保證不偏孔,開始入土時不宜用高速鑽進,一般鑽速度不應大於0.8m/min;土層較硬時,速度不大於0.6m/min;
2)提升速度和輸漿量應密切配合。提升速度快,輸漿量應大。二者關係可按設計水泥摻入量來確定。
(4)樁的定位精度
定位是影響樁與樁之間的搭接尺寸的因素之一。主機調平後,在施工中也可能因振動產生整機滑移,造成樁位偏差。為了減少累計誤差,每施工十個單元段應校核一次,並及時調整。
(5)施工深度
1)防滲牆的軸線往往較長,高程變化大。因此,應按水準點確定施工場地地面高程,並計算出各施工段(一般100m為一個施工段)的施工深度。
2)施工前核定深度盤讀數,讀數允許誤差應小於5cm。
2.3 防滲牆施工的注意事項
(1)影響垂直度的因素
1)主機本身的誤差。施工前可用經緯儀檢查樁架垂直度,若垂直度誤差超過0.1%時,應對主機進行調整。
2)操作過程的調平誤差、支腿下陷誤差。設備應安設測斜裝置,若機架傾斜大於0.3%時應及時調平。
3)地層中等障礙物導向,造成鑽桿鑽頭移位。施工前開挖約0.5m深的導向溝,若有障礙物可挖除。當障礙物埋深大於2m時,可避開障礙物成牆。
(2) 輸漿量和提升下降速度的協調
1)施工前應先做試驗了解地層軟硬,適宜的下鑽和提升速度,吃漿情況和漿量多少等。同一個施工段,吃漿過程和數量變化不會太大,但若遇有孔洞,或鬆散土層,吃漿會大大增加,應即時補漿,直至孔口微微翻漿;
2)主機和輸漿兩操作手應密切配合,在操作時要有約定的信號;
3)施工中,遇特殊情況作相應調整。
(3) 水灰比的影響
1)對水泥摻入量的影響:水灰比大意味著水泥漿中水的含量大,水泥的含量小,過多的水填充了土層中的孔隙。因此減少水灰比可提高土層中的水泥摻入量,提高水泥土的抗滲能力;
2)對水泥土攪拌均勻程度的影響:在堤頂施工防滲牆時,由於堤身土含水量低,若水灰比過小,使得水泥漿和原土攪拌不均勻,甚至水泥漿和土分離,導致無法成牆,達不到截滲效果。
3)多頭小直徑深層攪拌樁機,輸漿管管徑小,過稠的漿液容易堵塞管道。

工程質量檢查

1工程質量檢查
在工程完工後對工程質量進行檢查,包括施工過程檢查和完工後檢測,方法如下:
1.1施工過程檢查
檢查內容包括水泥規格及用量、外摻劑用量、水泥漿液密度、攪拌軸的提升速度及轉速、成樁時間、成樁速度、鑽頭直徑、樁架的垂直偏差、斷樁處理情況及施工記錄等。檢查應做到每日一查,若發現問題應及時處理。
1. 2完工後質量檢測
(1)施工允許偏差。工程完工後,應對所施工的深層攪拌樁進行抽樣檢測,檢測結果應滿足施工允許偏差標準。深層攪拌施工允許偏差標準目前尚無水利水電工程規範規定。複合地基深層攪拌樁可依據我國現行《建築地基處理技術規範》(JGJ79—91),見下表;
複合地基施工允許偏差標準表
項目
標準
備註
樁徑(%)
±4.0
樁徑的大小
樁位偏差(m)
<0.05
與設計樁位的差值。
垂直度偏差(%)
<1.5
成樁後樁的傾斜。
樁頂標高(m)
>0.3
大於設計牆頂標高。
樁底標高(m)
>設計深度
牆底應超過設計深度。
供漿量(%)
±8.0
每米供漿量與設計需要量的差值。
抗壓強度(Mpa)
>設計要求
90d齡期。
防滲牆中的深層攪拌樁,可根據長江、黃河、淮河等流域防滲工程實踐經驗提供的參考標準見下表。
防滲牆施工允許偏差及技術標準表
項目
標準
備註
樁徑(%)
±4.0
樁徑的大小
樁位偏差(m)
<0.05
與設計樁位的差值。
垂直度偏差(%)
<0.5
成樁後樁的傾斜。
牆頂標高(m)
>0.3
大於設計牆頂標高。
牆底標高(m)
<0.1
牆底應超過設計深度。
供漿量(%)
±8.0
每米供漿量與設計需要量的差值。
滲透係數(cm/s)
<i×10
1<i<10,28d齡期。
抗壓強度(Mpa)
>0.5
28d齡期。
允許滲透比降
>50
28d齡期
(2)檢測方法
1)深層攪拌複合地基的檢測方法參照我國現行《建築地基處理技術規範》(JGJ79—91),並結合水利工程特點提供如下參考方法:
(a)成樁後7d,抽檢取總樁數的2%進行輕便觸探檢驗。若N10大於天然土的一倍以上,可認為樁身強度能滿足設計要求。可利用輕便觸探器的勺鑽連續鑽取樁身芯樣,以觀察其連續性和均勻性。必要時也可利用標準貫入儀或靜力觸探儀進行檢驗;
(b)經觸探檢驗對樁身質量有懷疑的樁,在28d後用地質鑽機(直徑不小於108mm)鑽取芯樣,製成試件(50mm×50mm×50mm)進行無側限抗壓強度試驗;
(c)在地質條件複雜或重要工程中的樁,在成樁28d後,應進行攪拌樁的靜載荷試驗確定其承載力;
(d)成樁後28d,可抽取總樁數的20%用小應變反射波法進行樁體完整性和樁體水泥土質量檢查。需要指出的是反射波法用於深層攪拌樁檢測精度不高,可用於定性評價樁的完整性。
(e)水工建築物在垂直及水平荷載共同作用下,有沿地基滑動趨勢時,在成樁28d後尚應對深層攪拌複合地基進行水平荷載試驗,確定其抗剪強度。
2)深層攪拌防滲牆檢測方法依據我國水利水電防滲工程實踐,常用的方法歸納如下:
(a)開挖檢驗。於成樁15d後,每200m開挖一處,開挖深度不小於2.0m,長度不小於2.0m,測量牆體中樁的垂直度偏差、樁位偏差、樁頂標高,觀察樁與樁之間的搭接狀態、攪拌的均勻度、滲透水情況、裂縫、缺損等情況。
(b)取芯試驗。成樁15d後,開挖或鑽孔(牆厚大於400 mm時)在防滲牆中取得水泥土芯樣,室內養護到28d,作無側限抗壓強度和滲透試驗,取得抗壓強度、滲透係數和滲透破壞比降等指標。
(c)注水試驗。在水泥土凝固前,於指定的防滲牆位置貼接加厚一個單元牆,待凝固28d後,在兩牆中間鑽孔,進行現場注水試驗。試驗點數不小於兩點。本試驗可直觀地測得設計防滲牆最小厚度處的滲透係數。需要指出的是:由於防滲牆厚度較小,因此不宜直接在防滲牆上鑽孔做注水試驗。
(d)無損檢測。為探測樁體完整性、連續性以及判別是否存在牆體缺陷,可採用地質雷達檢測等方法,沿中心線布測線,全程檢測,並垂直牆體在地面每200m檢測一橫斷面。由於該法檢測深層攪拌牆精度不高,因此只適用於深度不大於10m的牆。
在實際工作中,上述試驗方法可根據實際情況選2~3種。

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