高压旋喷桩试桩工艺标准情况总结.doc

!- 高压旋喷桩试桩工艺总结 编 制 人：_________________ 审 核 人：_________________ 技术负责人：_________________ 项目负责人：_________________ 目 录 1.编制依据 1 2.工程概况 1 3.试桩工点选取 2 4.试桩的目的 3 5. 高压旋喷桩试桩施工方案 3 6.人员和机械设备配置 8 7.施工注意事项 8 8.施工质量控制措施 9 9.桩基检测 12 10.监测结果 12 11.检测结果 12 12.工艺参数的确定 13 13.附图 14  !- 高压旋喷桩试桩工艺总结 1.编制依据 1.《石滩车站设计图》(广枢货绕施(站)-05，广枢货绕施(路)-05站)；《仙村联络线设计图》(广枢货绕施(站)-06，广枢货绕施(路)-06站)；《路基工点设计图》(广枢货绕施(路)-28、29、31、32)； 2.《路基工程设计与施工大样图集》(广枢货图集(路)-16)； 3.《铁路工程地基处理技术规程》(TB10106-2010 J1078-2010)； 4.《铁路路基工程施工质量验收标准》TB10414-2003； 5.《客货共线铁路路基工程施工技术指南》TZ202-2008； 6.现场踏勘收集到的地形、地质、气象和其它地区性条件等资料。 2.工程概况 旋喷桩工点位于仙村镇、石滩镇境内，属西福河一级阶地地貌，区内多为农田、鱼塘，地势平坦开阔，地面标高2.0～3.8m。素填土层层厚0～2.5m，较为松散；淤泥层层厚0～1m，σ0=40KPa；淤泥质粘土层层厚1～8.4m，σ0=60KPa；粉质黏土层层厚3～6m，σ0=120KPa；细沙层层厚5～6m，σ0=150KPa。LLDK0+000～LLDK3+434.85段路基4762根，总长37692m；K54+947.4～K56+664.9段路基9353根，总长79098m；K56+735.2～K57+120段路基2177根，总长11717m；YDK64+756.5～YDK65+053段路基2904根，总长30963m；YDK65+053～YDK65+293.4段路基786根，总长8098m；YDK65+293.4～YDK65+362.5段路基299根，总长3679m；K57+150～K58+450段路基309根，总长3399m；工点内旋喷桩合计有30060根，总长246913m。 桩径0.6m，桩间距1.4m，按正三角形布置，桩顶铺设0.6m砂砾石垫层，内铺设一层极限抗拉强度不小于110KN/m的双向高强土工格栅。水泥采用强度等级不小于P.O42.5级以上普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，水泥浆液水灰比1:0.8～1:1.5，一般取1.0。水泥土室内28d无侧限抗压强度不小于2.0MPa，加固体为砂土时强度不小于3.0MPa。高压水泥浆压力应大于20MPa。施工时桩位允许偏差不超过5cm，垂直度偏差不大于1.5%，喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50m。施工过程中分段喷射时，搭接长度不小于0.1m。施工时加强对临近建筑物、结构物变形监测，如有异常，应立即停止施工，并及时妥善处理，确保既有设施安全。 3.试桩工点选取 为了更科学的指导施工，控制旋喷桩施工质量，确保铁路营业线行车安全，选取与工程桩工点同等地质条件的地点进行成桩试验。试桩地点选在K57+200（DIK68+039.7）～K57+225（DIK68+064.7）左侧，该段路基地形平坦，地面高程2m～3m，相对高差小。试桩点内地基土自上而下分布为：素填土（0～1.4m），较为松散；淤泥质黏土（1.4～2.6m），流塑，σ0=60KPa；粉质黏土（2.6～8m），可塑，σ0=120KPa；细砂（8～12.8m），稍密，σ0=120KPa；全风化砂砾岩（12.8～15.2m），σ0=200KPa；强风化砂砾岩（15.2～18m），σ0=350KPa；弱风化砂砾岩，σ0=500KPa。试桩点的地形地貌、地质情况与其他高压旋喷桩段落基本一致，试桩选取具有代表性。设计单桩承载力不小于197KN，复合地基承载力不小于141KPa，高压旋喷桩桩身水泥土28天无侧限抗压强度不小于2.0MPa；加固体为沙土时无侧限抗压强度不小于3.0MPa。 通过室内高压旋喷桩配合比实验，对水泥掺量28%、25%两种配合比进行试桩，每种配合比试桩6根，总试桩根数为12根(试桩桩位布置见图1)。 2016年11月14日，在K57+200～K57+225段进行了12根高压旋喷桩成桩工艺性试验，该试桩已按照既定方案顺利完成。高压旋喷桩布置形式为正三角形布置，桩间距为1.4m，旋喷桩直径为0.6m，设计桩长9m，实际桩长见“高压旋喷桩试桩记录”附件。 4.试桩的目的 1.确认、验证水泥掺入量及水灰比。 2.确认旋喷管转速、提升速度、注浆喷射压力、浆液流量。 3.确定该地质条件下，按室内配合比在现场施工，高压旋喷桩28d无侧限抗压强度是否能达到2.0MPa、加固体为沙土时无侧限抗压强度不小于3.0MPa、单桩承载力是否满足设计要求。 4. 监测注浆过程中地表位移、隆起等现象，确定影响范围。 5.确认桩尖达到持力层后旋喷桩机的液压值。 5. 高压旋喷桩试桩施工方案 5.1.施工技术指标及试桩施工参数 1、高压旋喷桩尺寸 桩径0.6m，桩长9m。 2、桩位布置 K57+200处距离既有铁路线路中心14米共试桩高压旋喷桩12根，两种配合比各施工6根，间距1.4m，采用MGJ-50型高压旋喷桩机,试桩桩位布置图如图5-1所示。 图5-1 试桩桩位布置图 3、水泥及配合比 根据《双向搅拌桩、旋喷桩加固地基设计图》(广枢货绕施图集(路)-16)，本标段旋喷桩水泥采用海螺牌P.O42.5袋装水泥，本段地表及地下水无侵蚀性，再根据配合比室内试验结果，选取水泥掺量分别为25%、28%的试桩(共12根)作为检测对象，对其进行取芯、承载力试验，从而确定所需配合比及各项参数。 4、试桩参数 对每种配合比各采用3种施工参数进行试桩，每种参数试桩数量为3根，技术参数见下表。 表5-1 试桩拟采用的技术参数 项目名称 水灰 比 水泥 掺量 提升 速度 钻头 转速 喷浆 压力 喷浆量 试桩 根数 单位 Kg/m m/min r/min MPa L/m 根 数值 1 154.3 0.15～0.2 10～15 20～23 204.1 3 数值 1 154.3 0.2～0.3 15～20 23～25 204.1 3 数值 1 137.8 0.15～0.2 10～15 20～23 182 3 数值 1 137.8 0.2～0.3 15～20 23～25 182 3 5.2.工艺流程 5.2.1.工艺流程 高压旋喷桩施工工艺流程见图5-1。 图5-2 高压旋喷桩施工工艺流程图 5.2.2.施工方法 5.2.2.1.施工准备 平整场地，开挖临时排水沟；根据施工作业面的具体情况布置设备安设位置，检查进场设备状况及钻具配套的完整性；修筑施工便道、架设临时用电线路；开挖废浆导流沟槽及废浆存储池。 5.2.2.2.测量放线 测量队根据设计桩位现场放样坡脚线，根据坡脚线拉线放出桩位，为保证桩位标示清晰不被破坏，现场用2cmPVC管插打在桩位中心，并在PVC管端部贴红色反光条，确保醒目不被意外破坏。 5.2.2.3.打设应力释放孔 施工前在靠近既有线侧，非桩位，距离旋喷桩2～3m处钻一深度为9m的应力释放孔，然后用细沙填塞。 5.2.2.4.钻机就位 根据放样桩位，移动钻机至设计孔位使钻头对准桩位中心，并做好试运转；将废浆导流沟延伸至桩位处并环桩位一周，确保废浆排入废浆池。 5.2.2.5.布设位移监测桩 对坡脚10m范围内进行位移监测。在桩体外缘靠既有铁路侧2m、5m、8m、10m处分别布设1处位移观测桩，观测桩采用直径为10cm的优质圆木制作，长1m，埋入地下长度60cm。桩尖20cm范围削尖，头部中心打入带十字的小钢钉。观测桩埋设完成后即测定其桩顶十字钢钉标高及“十字中心”坐标位置并做好记录，作为位移监测的初始数据。位移监测桩大样及布设示意图见图5-2。 图5-3 位移监测桩大样及布置示意图 5.2.2.5.钻孔 钻机就位后、开始钻孔前，先进行钻机调试，首先进行低压(0.5MPa)射水试验，以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。射水试验后即可开钻，射水压力由0.5MPa增至1.0MPa，减小摩阻力、防止喷嘴堵塞。当第一根钻杆钻进后，停止射水。待压力下降后接长钻杆，再继续射水钻进，直至钻至设计标高，同时注意观察钻机液压油表读数。 5.2.2.6.浆液制备 配置浆液与钻孔同步进行。浆液水灰比1:1，水泥使用海螺牌P.O42.5袋装水泥，拌合用水为地表径流水(经检测符合设计要求)。浆液制备现场配备搅浆桶、水桶及台秤。 根据搅浆桶容量确定一次搅拌浆液放水400kg，计算出水泥投放量为8袋水泥，用台秤称量相应重量的水投入搅浆桶。 浆液制备时，应先将水投入桶内，启动搅拌机后再投入水泥。水泥全部投放完成后搅拌1～2min。 水泥浆制备完成后即通过桶底阀门放入储浆桶，浆液进入储浆桶前应分别通过2mm、1mm细筛，防止未搅拌均匀的水泥结团等进入储浆桶堵塞喷嘴。储浆桶也应设置浆液搅拌装置，慢速搅动浆液，防止水泥浆液产生沉淀、凝结等现象。 水泥浆应根据施工情况制备，防止一次性搅拌过多，长时间未使用影响水泥浆固化效果。 5.2.2.7.旋喷提升 钻孔至桩底设计标高后，停止射水，启动高压注浆泵，水泥浆也通过高压管送至钻机喷嘴开始喷射，按方案拟定的施工参数开始提升、喷射。 旋喷过程中，当上面第一根钻杆完全提出地面后，停止喷浆，待压力下降后，迅速拆卸钻杆，然后开始压浆，当压力达到要求后方可继续旋喷作业。当注浆过程因故中断重新喷射时，为防止上下桩体中出现软弱夹层，需进行搭接旋喷，上下两段桩身旋喷搭接长度不小于10cm。桩身旋喷结束后及时用水泥浆对桩头凹穴进行补灌。 5.2.2.8.地表位移变形监测 旋喷作业开始时，即开始观测位移观测桩的标高及坐标变化。监测过程应贯穿整个旋喷过程，观测时间间隔5min，并记录下相关数据。观测结果记录应包含观测时间、桩顶标高、桩顶坐标、喷嘴深度、注浆泵压力、旋喷提升速度、注浆量等内容。同时应注意观察桩位附近地表有无隆起等异常现象（监测记录表见附件2：高压旋喷桩试桩沉降观测记录表）。 5.2.2.9.拔管及冲洗 旋喷提升至设计桩顶高程后，注浆泵停机，立即拔出注浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。移洞钻机至下一桩位，重复上述作业。 5.2.2.10.废浆处理 废浆有导流沟槽引至废浆池，待废浆池浆液硬化后统一用车运走。 6.人员和机械设备配置 1、人员配备 钻机操作手2人、搅浆工2人、普工4人、修理工及电工1人、技术负责人1人、现场施工记录人员1人、试验人员1人、现场领工人员1人、测量人员2人，共计15人。 2、机械及仪器配备 配置先进的施工机械及土工、混凝土检测设备、测量仪器及仪表。详见下表： 表6-2 施工机具配置表 序号 机械/设备名称 型号规格 数量 备注 1 挖掘机 PC220 1 2 装载机 ZL-08D 1 3 旋喷桩机 MGJ-50 1 4 潜水泵 QW65-25 1 5 发电机 STC-250 1 6 高压泵机 XPB-90C 1 7 水准仪 ZSC02 1 8 全站仪 莱卡TS06 plus 1 7.施工注意事项 ⑴由于浆液管路具有摩阻力，为保证喷嘴处水泥浆压力与压力表数据基本一致，喷射孔与高压注浆泵的距离不能大于50m。施工的实际孔位、孔深和每个桩位处的地质情况等应详细记录。 ⑵压力表进行标定并在标定有效期内，施工过程中如有损坏应及时更换。 ⑶成桩过程中钻杆的旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆续喷时，注浆管搭接长度不小于10cm。 ⑷水泥浆宜在旋喷前1h内搅拌，旋喷过程中冒浆量应控制在10%～25%。 ⑸施工过程中泥浆管理影响文明施工，施工前必须做好规划并开挖好废浆导流沟槽及废浆池，防止泥浆漫溢影响文明施工形象。 ⑹施工过程中做好各种施工记录，旋喷桩机必须有自动计量装置并能自动记录打印施工小票。 ⑺喷射注浆过程中出现异常情况时，需及时会同监理工程师查明原因并采取相应措施进行补救，排除故障后复喷搭接长度不得小于50cm。 8.施工质量控制措施 8.1.变参数喷射 由于地质情况比较复杂，随着深度变化有多种土层，其密实度、含水量、土粒组成等有差异，若采用单一的技术参数，易形成直径不均匀的固结体，引起桩径不一。为保证质量，需根据钻孔时获得的孔位处底层情况，对不同深度的不同土层采用不同的技术参数，对硬土、深部土层适当延长喷射时间，适当放慢提升速度和旋转速度或提高喷射压力和泵入量。 8.2.冒浆处理 在旋喷过程中，往往有一定数量的土颗粒随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面，通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况，判断旋喷的大致效果和参数合理性等。 ⑴流量不变而压力突然下降时，应检查注浆管的泄漏情况，必要时拨出注浆管，检查其封密性能。 ⑵出现不冒浆或断续冒浆时，如系土质松软则视为正常现象，可适当进行复喷。如系附近有空洞、暗道，则应不提升注浆管，继续注浆直至冒浆为止。或拨出注浆管待浆液凝固后，重新注浆直至冒浆为止。必要时采用速凝浆液，便于浆液在注浆管附近凝固。 ⑶减少冒浆的措施：冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。 ①提高旋喷压力（喷浆量不变）； ②适当缩小喷嘴直径（旋喷压力不变）； ③加快提升和旋转速度。 对于冒出地面的浆液，可经过选择和调整浓度后进行前一根桩返浆回灌，防止空穴现象。 8.3.搭接处理 在施工中会出现种种故障造成注浆间断，为防止注浆间断造成固结体内出现软弱夹层，影响固结体均匀性和整体性，必须进行搭接处理，搭接长度不小于10cm。 8.4.分序喷射 高压旋喷桩注浆施工时，在水泥浆液固化前，有效喷射范围内的地基土因受到扰动而强度降低。高压旋喷桩施工应分序隔孔施工，防止串孔破坏已注浆桩体。相邻孔位喷射作业时间不小于水泥浆终凝时间。如发现串孔现象，迅速用沙袋堵塞串孔冒浆出口。 8.5.防止凹穴 可在施工中采取超高喷射注浆方法，即喷射注浆的顶面超出设计桩顶值应大于收缩高度，可在施工中积累经验数据掌握。直接有效的办法可采取浆液凝固前多次回灌浆液至不再下沉。 8.6高压旋喷桩常见问题原因分析及预防措施（见表8-1） 表8-1 高压旋喷桩常见问题原因分析及预防措施表 常见问题 产生原因 预防措施及处理方法 固结体强度不均匀、缩颈 1.喷浆设备出现故障(管路堵塞、串漏、卡钻)； 2.拔管速度、旋转速度及注浆量不匹配； 3.喷射的浆液与切削的土粒强制拌合不充分、不均匀； 4.穿过较硬的黏性土，产生缩颈； 5.出现不冒浆或断续冒浆 1.喷浆前，先进行压水压浆压气试验，设备正常方可开始施工； 2.调整旋转速度、提升速度，保证每米的喷浆量； 3.严格控制水灰比，严格要求喷嘴的精度、位置、形状、直径等，保证喷浆效果； 4.对易出现缩颈部位进行定位旋转喷射或复喷； 5.若土质松软则为正常现象，可适当复喷；若为附近有空洞、通道等引起，则不提升注浆管继续注浆至冒浆为止，或拔出注浆管待浆液凝固后重新喷浆。 压力达不到设计要求 1.喷浆设备故障； 2.泵阀损坏，有关破裂漏油； 3.安全阀的安全压力过低，或吸浆管内留有空气或密封圈泄露； 4.栓赛油泵调压过低 首先检查更换问题部件；以清水进行调压试验，直至压力达到设计要求。 压力骤然上升 1.喷嘴堵塞； 2.高压管路清洗不干净，浆液沉淀或其他杂物堵塞； 3.泵体或出浆管路堵塞。 1.停机检查，首先泄压，用铜针疏通喷嘴； 2.其他情况堵塞应松开接头进行疏通，堵塞物清理后再进行旋喷作业，如疏通困难则更换堵塞部件。 钻孔沉管困难、偏斜、冒浆 1.地下有异物，地面不平不实，钻杆倾斜度过大； 2.注浆量与实际需要量相差较多。 1.施工前加强调查，遇有地下埋设物时应清除； 2.施工前做好场地平整工作，钻杆应调至竖直状态； 3.利用侧口式喷头，减小出浆口孔径并适当提高喷射能力，使浆液量与实际需要量匹配； 4.严格水泥浆液配合比。 固结体顶部下凹 由于水泥浆析水特性，会产生收缩作用，因为造成固结体顶部出现凹穴。 在旋喷桩施工完成后，在浆液凝固前在凹穴部位多次注入水泥浆液，直至孔口浆液不再下沉。 9.桩基检测 2016年11月15日试桩完成，共试桩12根。2016年11月22日开挖浅部桩头检查成桩效果。按喷浆压力20～23MPa施工的旋喷桩成桩桩径不满足设计要求，采用喷浆压力23～25MPa的桩基成桩效果满足要求，用洋镐试破桩头，桩头水泥土强度远远超过设计值。根据浅部桩头开挖结果，对高压旋喷桩进行取芯及承载力试验。 10.监测结果 通过对高压旋喷桩施工过程中沉降观测，距施工桩0～2m地表隆起3～4mm，距施工桩2～4m地表隆起0～3mm，距施工桩大于4m地表无变化。 11.检测结果 2016年12月23日～2016年12月27日，对高压旋喷桩进行钻芯及单桩承载力试验，试验结果如下。 1.成桩7天后通过开挖浅部桩头观察，采用拟定施工参数形成的旋喷桩均匀性均满足要求；量测喷浆压力20～23MPa施工的旋喷桩成桩直径小于设计桩径（见附图），不符合设计要求；量测喷浆压力23～25MPa施工的旋喷桩成桩直径均大于设计桩径（见附图），符合设计要求。 2.对三种参数形成的搅拌桩分别取芯，并对芯样做抗压强度试验，实验结果如下表所示： 桩号 旋转速度（r/min） 提升速度（m/min） 喷浆压力（MPa） 水泥浆比重（g/cm3） 取芯强度（0-1m）（MPa） 取芯强度（1-8m）（MPa） 取芯强度（8-9m）（MPa） S-9 10～15 0.15～0.2 20～23 137.8 8.62 9.83 9.50 S-11 15～20 0.2～0.3 23～25 154.3 8.74 13.57 12.57 S-14 10～15 0.2～0.3 20～23 154.3 12.42 8.83 9.65 由上表可知，均大于设计要求的3MPa，符合设计要求。 3.对每种施工参数形成的搅拌桩分别进行单桩承载力试验，实验结果如下表所示： 桩号 旋转速度（r/min） 提升速度（m/min） 喷浆压力（MPa） 水泥浆比重（g/cm3） 单桩极限承载力（KN） 最大沉降量（mm） S-1 15～20 0.15～0.2 23～25 154.3 400 4.60 S-5 10～15 0.15～0.2 20～23 137.8 400 5.44 S-6 10～15 0.2～0.3 20～23 154.3 400 4.86 由上表可知,均大于设计单桩承载力197KN，符合设计要求。 通过检测，采用试桩拟定的三种施工参数并采用拟定的水泥浆配合比施工的高压旋喷桩，其桩身均匀性、单桩承载力及水泥土抗压强度均满足设计要求，但桩S-11桩身均匀性及取芯强度均优于其它桩，桩S-1最大沉降量最小 (检测报告见附件) 。故选定旋转速度为15～20r/min,提升速度为0.2～0.3m/min,喷浆压力为23～25MPa，水泥浆比重为154.3g/cm3。 12.工艺参数的确定 1.旋转速度与提升速度 高压旋喷桩旋转速度：15～20r/min,提升速度：0.2～0.3m/min。 2.选定配合比 根据《双向搅拌桩、高压旋喷桩加固地基设计图》(广枢货绕施图集(路)-16)设计要求，水泥采用海螺牌P042.5袋装水泥，地表水及地下水对混凝土结构无侵蚀性，根据检测结果，选择经济、可靠、合理的水泥浆配比，水泥掺入量为被加固湿土质量的28%。 3.水灰比 按设计要求，水灰比为0.8:1～1:5，水灰比采用1:1，已知水的比重为1，水泥比重3.1，水泥浆比重为1.51(试验值)。 4.喷浆量及喷浆压力 每延米喷浆量=每延米浆液重量1.51=(154.3+154.3)1.51=204.4L。 高压旋喷桩实际喷浆压力应控制为23～25MPa。 5.到达持力层后钻机液压油缸读数为4～6MPa。 6.无侧限抗压强度及单桩承载力 经检测，按上述参数施工的搅拌桩桩身无侧限抗压强度和单桩承载力均满足设计要求，具体见检测报告。 13.附图 开挖浅部桩头后桩身照片（施工喷浆压力20～23MPa） 开挖浅部桩头后桩身照片（施工喷浆压力23～25MPa） 抽芯试验照片