超厚礫石層三軸攪拌樁施工工法研究

蔣 超 (五礦二十三冶建設(shè)集團(tuán)有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410016)

前言

常規(guī)三軸攪拌樁機(jī)施工方法,一般只能處理礫石層埋深小于5米、礫石層厚度小于1米的地質(zhì)土層。當(dāng)施工場(chǎng)地狹小時(shí),一旦礫石層埋深超過5米、厚度超過1米,就必須用旋挖樁機(jī)取土,后回填素土(不得含有塊石和生活垃圾),再進(jìn)行三軸攪拌樁施工,其施工成本要增加1.5倍。當(dāng)?shù)[石層超過2米,就必須使用鋼護(hù)筒護(hù)臂取礫石,否則易塌孔,造成施工周邊沉陷,形成安全隱患,其施工成本再增加一倍。

擬建場(chǎng)地為安徽省滁州市南譙區(qū)徽州路與中心二路交叉口東北側(cè),地貌為皖東丘陵地貌,微地貌上屬清流河一級(jí)階地,場(chǎng)地東側(cè)為占地面積約300多畝的水池,南側(cè)道路旁緊挨蘇滁商務(wù)中心,西側(cè)附近有高架鐵路軌道,北側(cè)為市政河流;施工生產(chǎn)區(qū)周圍環(huán)境要求高,施工作業(yè)面積小,地下土質(zhì)水系復(fù)雜,作業(yè)難度大。生產(chǎn)區(qū)場(chǎng)地基本整平,整體地勢(shì)較為平坦,西側(cè)市政工程略有起伏。在進(jìn)行深基坑圍護(hù)的21米深的止水帷幕施工中,遇超厚礫石層出現(xiàn)(在深14米的底層中,出現(xiàn)1米砂層+4米深的礫石層),礫石層板結(jié)強(qiáng)度高,不易被打散,且由于最上層有3米建筑垃圾非粘性土填土層和4米厚淤泥質(zhì)土,導(dǎo)致攪拌水泥土混合物的懸浮力不夠,傳統(tǒng)三軸攪拌樁機(jī)無法有效攪拌懸浮松散礫石,松散礫石沉淀阻礙傳統(tǒng)三軸攪拌樁機(jī)的攪拌,鉆頭磨損厲害,成樁時(shí)間為8小時(shí),每打兩個(gè)樁,就要換一次鉆頭。傳統(tǒng)三軸攪拌樁機(jī)不能滿足圖紙施工工藝要求,影響工程進(jìn)展。我公司采用超厚礫石層三軸攪拌樁施工工法,很好地解決了這一難題。

一、工法特點(diǎn)

1.端部有三角型合金錐刀和三葉片右螺旋刀,易于打散板結(jié)礫石層。

2.三葉片右螺旋刀刀身,從下到上越來越厚,既能形成負(fù)壓區(qū),又能導(dǎo)流混合攪拌物,又能提高鉆頭使用壽命。

3.三軸攪拌軸端部負(fù)壓區(qū)+高密度小體積氣泡+配合特制混合水泥漿液+,散碎礫石分散懸浮,減少攪拌阻力,降低設(shè)備能耗。

4.成樁時(shí)間縮短為1.5小時(shí)。

5.可以在場(chǎng)地狹小的區(qū)域內(nèi)作業(yè)。

6.有效處理超厚礫石層的阻力問題,減少鉆頭磨損,讓攪拌的土體更均勻,成樁直徑效果更好,加固止水更加有效。

7.實(shí)踐中,8.5個(gè)大氣壓形成的高密度小體積氣泡產(chǎn)生的成樁效率比較高。

8.本工程,由于上層有7米厚非粘性土,用1.5‰膨潤(rùn)土參量調(diào)整水泥漿性能,輔助懸浮比較好。

9.可根據(jù)不同地質(zhì)條件調(diào)整不同的注漿參數(shù),能最大限度地保證止水帷幕連續(xù)性和有效的帷幕厚度。

10.配漿和攪拌的機(jī)械自動(dòng)化程度高。生產(chǎn)效率高。

二、工藝原理

1.利用端部三角型合金錐刀在板結(jié)礫石層上開小孔,再利用三葉片右螺旋刀片端部旋挖截齒合金鉆頭擴(kuò)孔打散礫石層,再利用三葉片右螺旋刀刀身在挖掘頭部形成直徑為750mm 高度為500mm 的負(fù)壓區(qū),并通過三片刀身,將負(fù)壓區(qū)隔離成三個(gè)螺旋負(fù)壓區(qū),空壓機(jī)泵送的0.8MPa高壓氣體在這三個(gè)螺旋負(fù)壓區(qū)的作用下,形成高密度小體積氣泡。礫石、土、氣泡、特制水泥漿混合均勻,降低混合物密度,提高垂直方向的流動(dòng)性。

2.散碎的礫石隨著(礫石、土、氣泡、特制水泥漿)混合物,被三葉片右螺旋刀刀身,強(qiáng)制做向上運(yùn)動(dòng)。

3.高密度小體積氣泡在脫離負(fù)壓區(qū)后,在上升的過程中,小氣泡又融合成大氣泡,氣泡越大,上升速度越快,快速的大氣泡引起散碎的礫石和上部的土層混合攪拌,

4.三軸攪拌設(shè)備的主軸上,每隔1米,有三個(gè)小尺寸螺旋副葉片,這三個(gè)小尺寸螺旋副葉片,進(jìn)一步帶動(dòng)礫石分散。

5.當(dāng)端部三葉片右螺旋刀穿過礫石層后,又不斷強(qiáng)制向上拋送帶氣泡的泥漿,進(jìn)一步打散礫石,造成礫石均布三軸攪拌樁中,減少阻力。

6.當(dāng)端部達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,慢慢停轉(zhuǎn)至少30秒,停氣,并反向旋轉(zhuǎn),迫使混合物向下壓縮,并給鉆桿反力,輔助鉆桿提升。

7.特制水泥漿,混合上部非粘性土壤(建筑垃圾和淤泥質(zhì)土),提升懸浮和分散礫石能力。

8.礫石、現(xiàn)場(chǎng)土壤、氣泡和特制水泥漿形成的混合物,靜置后,大型氣泡被排除樁體,施工時(shí)三條螺旋鉆孔同時(shí)向下施工,利用攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢?使水泥與土體發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié),使地基土硬化成具有連續(xù)性、抗?jié)B性和一定強(qiáng)度的樁體,從而阻隔或減少地下水通過基坑。加固土的抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入量的增多而增大。本工程利用特定耐磨鉆頭,配合高密度小體積氣泡,調(diào)整水泥漿性能,膨潤(rùn)土輔助懸浮,形成強(qiáng)烈的豎向強(qiáng)制攪拌,減少施工阻力,加強(qiáng)礫石、砂、泥、水泥漿混合效率。工程一般水泥摻入比為20%,其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值宜取試塊90天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,一般可達(dá)500～3000Kpa。

三、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

1.工藝流程

深層三軸攪拌樁施工工序?yàn)?

場(chǎng)地平整→測(cè)量放線→開挖導(dǎo)向溝槽→定位型鋼放置→孔位定位→深層桿攪拌樁機(jī)就位→制漿→攪拌桿下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高→噴漿攪拌桿上升→重復(fù)攪拌桿下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高

→重復(fù)攪拌桿上升→施工完畢 。

2.工藝要求

(1)開鉆前須對(duì)拌漿工作人員進(jìn)行交底工作,對(duì)三軸水泥土攪拌樁采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量不小于20%(具體摻入量應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試成樁試驗(yàn)確定)。準(zhǔn)備攪拌土體的體積則按樁體截面面積與深度的相乘來計(jì)算。建議水灰比1.5左右(具體數(shù)值通過現(xiàn)場(chǎng)試成樁試驗(yàn)確定)。攪拌土體28天抗壓強(qiáng)度≥0.8Mpa。

(2)水泥土攪拌樁采用Ф850三軸攪拌樁設(shè)備進(jìn)行施工,采用單排三軸攪樁進(jìn)行施工,攪拌樁均應(yīng)采用套接一孔法施工,在樁體范圍內(nèi)必須做到水泥攪拌充分均勻。

(3)對(duì)于有可能造成樁體質(zhì)量的不良情況和地下障礙物,應(yīng)優(yōu)先處理后再對(duì)此攪拌;同時(shí)提高水泥的摻入量。若三軸深攪樁穿礫砂層困難,可采用旋挖鉆預(yù)取土后回填素土(不得含有塊石和生活垃圾)后再施工三軸深攪樁,以確保三軸深攪樁止水效果。

(4)攪拌樁施工應(yīng)有連續(xù)性,樁與樁之間的搭接通常不能超過24小時(shí),若特殊情況超時(shí),施工中必須注重放慢攪拌的速度。若因搭接時(shí)間過長(zhǎng)無法搭接或搭接不良,此時(shí)應(yīng)該認(rèn)作冷縫來處理,并經(jīng)設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位同意后,在冷縫處補(bǔ)做搭接長(zhǎng)度為200mm 的旋噴樁(具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整)進(jìn)行有效補(bǔ)強(qiáng)封堵的措施,這樣攪拌樁的質(zhì)量和止水效果能有效保障。

(5)施工場(chǎng)地必須平整,三軸攪拌樁在施工時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格控制設(shè)備的垂直性,當(dāng)樁機(jī)就位正確時(shí),樁位偏差不大于30mm,檢查立柱導(dǎo)向架垂直度偏差小于1/200。

(6)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和有關(guān)技術(shù)資料規(guī)定,注意觀察攪拌下沉速度應(yīng)控制在0.6～0.8m/min范圍內(nèi);提升速度應(yīng)控制在0.8～1.0m/min范圍內(nèi),在樁底部分適當(dāng)持續(xù)攪拌注漿,做好每次成樁的原始記錄,并在設(shè)備運(yùn)行過程中保持勻速的提升或下降。攪拌提升時(shí)不應(yīng)造成周邊地基沉降,具體選用的速度值應(yīng)根據(jù)流量等情況計(jì)算確定,攪拌次數(shù)或時(shí)間應(yīng)確保成樁質(zhì)量,提升速度不宜過快,避免出現(xiàn)真空負(fù)壓、孔壁塌方等現(xiàn)象。樁施工時(shí),不得沖水下沉。

(7)三軸攪拌機(jī)的噴漿攪拌下降速度或提升速度應(yīng)和漿液泵送流量相匹配,確保攪拌樁中水泥摻量的均勻性。當(dāng)發(fā)生停漿時(shí),應(yīng)在恢復(fù)壓漿前將機(jī)體提升或下沉半米后再根據(jù)情況注漿攪拌施工,確保攪拌樁的連續(xù)效果。

(8)三軸水泥土攪拌樁的樁體強(qiáng)度,等試塊養(yǎng)護(hù)齡期之后,采用鉆孔取芯的方式來測(cè)定。取芯宜選用Ф110鉆頭,連續(xù)鉆取全樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的樁芯,取出的樁芯不得長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣當(dāng)中,應(yīng)及時(shí)蠟封,立即送檢。正式施工前,施工單位應(yīng)制定詳盡可行的檢測(cè)方案,經(jīng)各方認(rèn)可后方可實(shí)施。

(9)加強(qiáng)對(duì)攪拌樁施工過程的監(jiān)理及對(duì)成品樁的質(zhì)量檢測(cè)工作,如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題應(yīng)主動(dòng)與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系,以便及時(shí)采取補(bǔ)救措施,避免造成不必要的損失。

四、質(zhì)量控制

質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn):

1.場(chǎng)地標(biāo)高測(cè)量,以確定成樁下沉及提升長(zhǎng)度,并在樁架上對(duì)不同樁長(zhǎng)做好下沉及提升的標(biāo)記。

2.定位測(cè)量:根據(jù)甲方提供坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn),做好定位放樣及標(biāo)志﹐最后請(qǐng)監(jiān)理進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

3.檢查施工機(jī)具設(shè)備性能及工藝應(yīng)滿足噴漿均勻性、樁的連續(xù)完整性及加固深度的要求。且?guī)в凶詣?dòng)記錄儀功能。

4.漿液依據(jù)地址條件按設(shè)計(jì)要求確定配合比1.5左右,不得離析,供漿連續(xù)。若停機(jī)超過3h,應(yīng)拆卸輸漿管道,清洗干凈后,在原樁位旁邊步樁。接樁時(shí)間不得大于24小時(shí),否則應(yīng)重打該樁。

5.時(shí)刻觀察控制攪拌樁機(jī)鉆頭下沉和提升速度。樁端必須原位噴漿30s以上,復(fù)攪時(shí)避免漿液上冒,攪拌樁水泥摻量20%;水泥漿液水灰比:1.5;成樁工藝:下降至樁底65分鐘,樁底原地?cái)嚢?分鐘,提升20分鐘。鉆機(jī)下沉速度:19.8/65=0.3m/min;鉆機(jī)提升速度:19.8/13=1.52m/min。

6.施工過程中隨時(shí)檢查施工記錄,對(duì)每根樁進(jìn)行詳細(xì)查看檢查并對(duì)此進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定,對(duì)有可能出現(xiàn)問題的樁或不合格的樁應(yīng)及時(shí)記錄填寫,分析其位置和數(shù)量等具體情況,根據(jù)情況分別采取補(bǔ)樁或加強(qiáng)鄰樁等技術(shù)措施。

五、安全措施

1.做好現(xiàn)場(chǎng)的安全文明的宣傳工作,提高作業(yè)人員安全意識(shí),加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施管理,陰雨天注意防滑措施防止傾倒。樁機(jī)施工時(shí),加強(qiáng)對(duì)樁機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行觀察巡視,如有隱患,立即整改,樁機(jī)在移位時(shí),一定確保地基穩(wěn)定,樁機(jī)重心要穩(wěn)定,并應(yīng)設(shè)警戒線,由專人指揮移機(jī)。

2.施工過程應(yīng)加強(qiáng)對(duì)文明施工的管理,泥漿排水按二級(jí)沉淀,三級(jí)排放的要求排放,現(xiàn)場(chǎng)做到工完場(chǎng)清。

六、環(huán)保措施

1.①施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁焚燒垃圾;②禁止場(chǎng)內(nèi)亂拋、亂堆;③散裝水泥應(yīng)用彩條布進(jìn)行遮擋,防止揚(yáng)塵污染;④對(duì)進(jìn)出現(xiàn)場(chǎng)的材料車輛,及時(shí)清洗;⑤現(xiàn)場(chǎng)施工面保持無積存垃圾、無積聚廢水、無散落材料、無廢棄物品;⑥廢水需經(jīng)過處理三級(jí)沉淀池才能排入市政管道;⑦對(duì)未作業(yè)區(qū)域進(jìn)行土體覆蓋,每天定時(shí)開啟圍擋噴淋,對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)每天進(jìn)行清掃,已減少揚(yáng)塵污染。

2.三軸攪拌樁施工噪聲主要的來源于施工機(jī)械,合理安排作業(yè)時(shí)間,生產(chǎn)作業(yè)區(qū)每天都會(huì)進(jìn)行噪音檢測(cè),測(cè)點(diǎn)選在施工圍擋處,設(shè)專人做噪聲監(jiān)測(cè)并做好記錄。

七、效益分析

1.擬建工程蘇滁科創(chuàng)中心項(xiàng)目,不需要使用基坑設(shè)計(jì)中要求的鋼護(hù)筒護(hù)壁旋挖樁機(jī)取土后回填素土的方案,節(jié)約成本360萬(wàn)元。

2.超厚礫石層三軸攪拌樁施工工法極大地提高施工效率,本工程成樁時(shí)間為1.5小時(shí),滿足生產(chǎn)要求;而傳統(tǒng)攪拌機(jī)穿透礫石層時(shí)間長(zhǎng),成樁時(shí)間為8小時(shí),且鉆頭磨損嚴(yán)重,鉆頭更換頻繁,機(jī)械維修頻次過多,人工機(jī)械耽誤時(shí)間過多,且過長(zhǎng)時(shí)間占用工作面,耽誤施工工期,延誤下道工序的進(jìn)行;由于傳統(tǒng)的深攪機(jī)無法穿過礫石層達(dá)不到設(shè)計(jì)深度,就會(huì)延長(zhǎng)噴攪時(shí)間或加大噴漿壓力,長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到設(shè)計(jì)深度,水泥漿會(huì)向四周土層大面積擴(kuò)散填充,增加了材料用量及電量的使用,同時(shí)設(shè)備的租賃時(shí)間延長(zhǎng)。因此超厚礫石層采用三軸攪拌機(jī)施工很好地解決了這些缺陷,同時(shí)也減少了水泥用量約20%,并且加固了地質(zhì)結(jié)構(gòu),減少地下水泥漿浸潤(rùn)污染。

3.超厚礫石層三軸攪拌樁施工工法適用范圍廣,對(duì)于施工生產(chǎn)區(qū)周圍環(huán)境要求高,施工作業(yè)面積小,地下土質(zhì)水系復(fù)雜,作業(yè)難度大工期緊張的工程特別適用。

三軸攪拌樁施工

結(jié)論

我公司承接的蘇滁科創(chuàng)中心項(xiàng)目位于安徽省滁州市南譙區(qū)徽州路與中心二路交叉口東北側(cè),屬于皖東丘陵地貌,微地貌上屬清流河一級(jí)階地,場(chǎng)地東側(cè)為占地面積約300多畝的水池,南側(cè)道路旁緊挨蘇滁商務(wù)中心,西側(cè)附近有高架鐵路軌道,北側(cè)為市政河流;施工生產(chǎn)區(qū)周圍環(huán)境要求高,施工作業(yè)面積小,地下土質(zhì)水系復(fù)雜,作業(yè)難度大。施工過程中傳統(tǒng)機(jī)械無法穿過1米砂層+4米深的礫石層,于是利用三軸攪拌樁形成深21米的止水帷幕很好地解決了這一難題。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位四方現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)定,在保證安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本的前提下,提前完成了業(yè)主下達(dá)的2021年12月7日的節(jié)點(diǎn)工期要求,且止水帷幕效果滿足創(chuàng)優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)。