中华人民共和国行业标建筑地基处理技术规范JGJ 79-2002条文说明 4
9.3.4 长螺旋钻成孔、管内泵压混合料成桩施工中存在钻孔弃土。对弃土和保护土层清运时如采用机械、人工联合清运,应避免机械设备超挖,并应预留至少50cm用人工清除,避免造成桩头断裂和扰动桩间土层。
9.3.5 褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石,碎石粒径宜为8~20mm,不宜选用卵石。当基础底面桩间土含水量较大时,应进行试验确定是否采用动力夯实法,避免桩间土承载力降低。对较干的砂石材料,虚铺后可适当洒水再行碾压或夯实。
9.4 质量检验
9.4.1 施工中应对每根桩成桩时间、投料量、桩长、发生的特殊情况等进行真实、详细的记录。
9.4.2~9.4.3 复合地基载荷试验是确定复合地基承载力、评定加固效果的重要依据。进行复合地基载荷试验时必须保证桩体强度,满足试验要求。进行单桩载荷试验时为防止试验中桩头被压碎,宜对桩头进行加固。在确定试验日期时,还应考虑施工过程中对桩间土的扰动,桩间土承载力和桩的侧阻端阻的恢复都需要一定时间,一般在冬季检测时桩和桩间土强度增长较慢。
复合地基载荷试验所用载荷板的面积应与受检测桩所承担的处理面积相同。选择试验点时应本着随机分布的原则进行。
10 夯实水泥土桩法
10.1 一般规定
10.1.1 由于场地条件的限制和住宅产业开发的需要,急需一种施工周期短、造价低、施工文明、质量容易控制的地基处理方法。近年来,中国建筑科学研究院地基所在北京等地旧城区危改小区工程中开发了夯实水泥土桩地基处理新技术,经过大量室内、原位试验和工程实践,日趋完善。目前该项技术已在北京、河北等地近1200多项工程中应用,产生了巨大的社会经济效益,节省了大量建筑资金。
目前,由于施工机械的限制,夯实水泥土桩法适用于地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。
10.1.3 夯实水泥土强度主要由土的性质、水泥品种、水泥标号、龄期、养护条件等控制。特别规定夯实水泥土设计强度应采用现场土料和施工采用的水泥品种、标号进行混合料配比设计。
夯实水泥土配比强度试验应符合下列规定:
1 试验采用的击实试模和击锤如图6所示,尺寸应符合表14规定。
2 试样的制备应符合现行国家标准《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999的有关规定。水泥和过筛土料应按土料最优含水量拌合均匀。
3 击实试验应按下列步骤进行:
在击实试模内壁均匀涂一薄层润滑油,称量一定量的试样,倒入试模内,分四层击实,每层击数由击实密度控制。每层高度相等,两层交界处的土面应刨毛。击实完成时,超出击实试模顶的试样用刮刀削平。称重并计算试样成型后的干密度。
4 试块脱模时间为24h,脱模后必须在标准养护条件下养护28d,按标准试验方法作立方体强度试验。
10.2 设计
10.2.1 采用洛阳铲成孔时,处理深度宜小于6m,主要是由于施工工艺决定,大于6m时,效率太低,不宜采用。
10.2.2 常用的桩径为350~400mm。选用的夯锤应与桩径相适应。
10.2.3 当相对硬层的埋藏深度较大时,应按建筑物地基的变形允许值确定,主要是强调采用夯实水泥土桩法处理的地基,如存在软弱下卧层时,应验算其变形,按允许变形控制设计。
10.2.4 夯实水泥土的变形模量远大于土的变形模量。设置褥垫层,主要是为了调整基底压力分布,使荷载通过垫层传到桩和桩间土上,保证桩间土承载力的发挥。
10.2.5 采用夯实水泥土桩法处理地基的复合地基承载力应按现场复合地基载荷试验确定,强调现场试验对复合地基设计的重要性。
10.2.6 强调采用工程用土料和水泥进行混合料配比试验,并应使桩体强度大于三倍桩体设计压力。
10.2.7 复合地基的变形计算在国内外仍处于研究阶段,本条提出的计算方法已有数幢建筑的沉降观测资料验证是可靠的。
10.3 施工
10.3.1 在旧城危改工程中,由于场地环境条件的限制,多采用人工洛阳铲、螺旋钻机成孔方法。当土质较松软时采用沉管、冲击等方法挤土成孔,可收到良好的效果。
10.3.2 相同水泥掺量条件下,桩体密实度是决定桩体强度的主要因素,当丸,λc≥0.93时,桩体强度约为最大密度下桩体强度的50%~60%。
10.3.3 混合料含水量是决定桩体夯实密度的重要因素,在现场实施时应严格控制。用机械夯实时,因锤重,夯实功大,宜采用土料最佳含水量ωop-(1%~2%),人工夯实时宜采用土料最佳含水量ωop+(1%~2%),均应由现场试验确定。
褥垫层铺设要求夯填度小于0.90,主要是为了减少施工期地基的变形量。
10.3.5 各种成孔工艺均可能使孔底存在部分扰动和虚土,因此夯填混合料前应将孔底土夯实,有利于发挥桩端阻力,提高复合地基承载力。
为保证桩顶的桩体强度,现场施工时均要求桩体夯填高度大于桩顶设计标高200~300mm。
10.3.6 夯实水泥土桩法处理地基的优点之一是在成孔时可以逐孔检验土层情况是否与勘察资料相符合,不符合时可及时调整设计,保证地基处理的质量。
10.4 质量检验
10.4.1 夯实水泥土桩施工时,一般检验成桩干密度。目前检验干密度的手段一般采用取土和轻便触探等手段。
10.4.2 本条强调工程的竣工验收检验,应该采用单桩或多桩复合地基载荷试验方法。
11 水泥土搅拌法
11.1 一般规定
11.1.1~11.1.2 水泥土搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械,就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土,从而提高地基土强度和增大变形模量。根据固化剂掺人状态的不同,它可分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用浆液和地基土搅拌,后者是用粉体和地基土搅拌。
水泥浆搅拌法最早在美国研制成功,称为Mixed-in-PlacePile(简称MIP法),国内1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内试验和机械研制工作,于1978年底制造出国内第一台SJB-1型双搅拌轴中心管输浆的搅拌机械,并由江阴市江阴振冲器厂成批生产(目前SJB-2型加固深度可达18m)。1980年初在上海宝钢三座卷管设备基础的软土地基加固工程中首次获得成功。1980年初天津市机械施工公司与交通部一航局科研所利用日本进口螺旋钻孔机械进行改装,制成单搅拌轴和叶片输浆型搅拌机,1981年在天津造纸厂蒸煮锅改造扩建工程中获得成功。
粉体喷射搅拌法(Dry Jet Mixing Method简称DJM法)最早由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出了使用石灰搅拌桩加固15m深度范围内软土地基的设想,并于1971年瑞典Linden-Alimat公司在现场制成第一根用石灰粉和软土搅拌成的桩,1974年获得粉喷技术专利,生产出的专用机械其桩径500mm,加固深度15m。我国由铁道部第四勘测设计院于1983年用DPP-100型汽车钻改装成国内第一台粉体喷射搅拌机,并使用石灰作为固化剂,应用于铁路涵洞加固。1986年开始使用水泥作为固化剂,应用于房屋建筑的软土地基加固。1987年铁四院和上海探矿机械厂制成GPP-5型步履式粉喷机,成桩直径500mm,加固深度12.5m。当前国内粉喷机的成桩直径一般在500~700mm范围,深度一般可达15m。
石灰固化剂一般适用于粘土颗粒含量大于20%,粉粒及粘粒含量之和大于35%,粘土的塑性指数大于10,液性指数大于0.7,土的pH值为4~8,有机质含量小于11%,土的天然含水量大于30%的偏酸性的土质加固。
水泥土搅拌法加固软土技术具有其独特优点:(1)最大限度地利用了原土;(2)搅拌时无振动、无噪音和无污染,可在密集建筑群中进行施工,对周围原有建筑物及地下沟管影响很小;(3)根据上部结构的需要,可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式;(4)与钢筋混凝土桩基相比,可节约钢材并降低造价。
水泥固化剂一般适用于正常固结的淤泥与淤泥质土(避免产生负摩擦力)、粘性土、粉土、素填土(包括冲填土)、饱和黄土、粉砂以及中粗砂、砂砾(当加固粗粒土时,应注意有无明显的流动地下水,以防固化剂尚未硬结而遭地下水冲洗掉)等地基加固。
根据室内试验,一般认为用水泥作加固料,对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好;而对含有伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性土以及有机质含量高,pH值较低的粘性土加固效果较差。
在粘粒含量不足的情况下,可以添加粉煤灰。而当粘土的塑性指数Ip大于25时,容易在搅拌头叶片上形成泥团,无法完成水泥土的拌和。当pH值小于4时,掺人百分之几的石灰,通常pH值就会大于12。当地基土的天然含水量小于30%时,由于不能保证水泥充分水化,故不宜采用干法。
在某些地区的地下水中含有大量硫酸盐(海水渗入地区),因硫酸盐与水泥发生反应时,对水泥土具有结晶性侵蚀,会出现开裂、崩解而丧失强度。为此应选用抗硫酸盐水泥,使水泥土中产生的结晶膨胀物质控制在一定的数量范围内,藉以提高水泥土的抗侵蚀性能。
在我国北纬40°以南的冬季负温条件下,冰冻对水泥土的结构损害甚微。在负温时,由于水泥与粘土矿物的各种反应减弱,水泥土的强度增长缓慢(甚至停止);但正温后,随着水泥水化等反应的继续深入,水泥土的强度可接近标准强度。
11.1.3 本章大部分条款主要针对竖向承载的水泥土复合地基进行编写的;而将搅拌桩作为挡土结构的详细内容可参见国家现行的有关建筑基坑工程技术规范。
11.1.4 对拟采用水泥土搅拌法的工程,除了常规的工程地质勘察要求外,尚应注意查明:
1 填土层的组成:特别是大块物质(石块和树根等)的尺寸和含量。含大块石对水泥土搅拌法施工速度有很大的影响,所以必须清除大块石等再予施工。
2 土的含水量:当水泥土配比相同时,其强度随土样的天然含水量的降低而增大。试验表明,当土的含水量在50%~85%范围内变化时,含水量每降低10%,水泥土强度可提高30%。
3 有机质含量:有机质含量较高会阻碍水泥水化反应,影响水泥土的强度增长。故对有机质含量较高的明、暗浜填土及吹填土应予慎重考虑,许多设计单位往往采用在浜域内加大桩长的设计方案,从而得不到理想的效果。应从提高置换率和增加水泥掺入量角度,来保证浜域内的水泥土达到一定的桩身强度。工程实践表明,采用在浜内提高置换率(长、短桩结合)往往能得到理想的加固效果。对生活垃圾的填土不应采用水泥土搅拌法加固。
采用于法加固砂土应进行颗粒级配分析。特别注意土的粘粒含量及对加固料有害的土中离子种类及数量,如SO2-4、Cl-等。
11.1.5 水泥土的强度随龄期的增长而增大,在龄期超过28d后,强度仍有明显增长,为了降低造价,对承重搅拌桩试块国内外都取90d龄期为标准龄期。对起支挡作用承受水平荷载的搅拌桩,为了缩短养护期,水泥土强度标准取28d龄期为标准龄期。从抗压强度试验得知,在其他条件相同时,不同龄期的水泥土抗压强度间关系大致呈线性关系,其经验关系式如下:
当龄期超过三个月后,水泥土强度增长缓慢。180d的水泥土强度为90d的1.25倍,而180d后水泥土强度增长仍未终止。
当拟加固的软弱地基为成层土时,应选择最弱的一层土进行室内配比试验。
11.2 设计
11.2.1 采用水泥作为固化剂材料,在其他条件相同时,在同一土层中水泥掺入比不同时,水泥土强度将不同。由于块状加固属于大体积处理,对于水泥土的强度要求不高,因此为了节约水泥,降低成本,可选用7%~12%的水泥掺量。水泥掺入比大于10%时,水泥土强度可达0.3~2MPa以上。一般水泥掺入比αw采用12%~20%。水泥土的抗压强度随其相应的水泥掺入比的增加而增大,但因场地土质与施工条件的差异,掺入比的提高与水泥土强度增加的百分比是不完全一致的。
水泥标号直接影响水泥土的强度,水泥强度等级提高10级,水泥土强度fcu约增大20%~30%。如要求达到相同强度,水泥强度等级提高10级可降低水泥掺入比2%~3%。
外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大,主要起减水作用;三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠、水玻璃和石膏等材料对水泥土强度有增强作用,其效果对不同土质和不同水泥掺入比又有所不同。当掺入与水泥等量的粉煤灰后,水泥土强度可提高10%左右。故在加固软土时掺入粉煤灰不仅可消耗工业废料,水泥土强度还可有所提高。
11.2.2 从承载力角度提高置换率比增加桩长的效果更好。水泥土桩是介于刚性桩与柔性桩间具有一定压缩性的半刚性桩,桩身强度越高,其特性越接近刚性桩;反之则接近柔性桩。桩越长,则对桩身强度要求越高。但过高的桩身强度对复合地基承载力的提高及桩间土承载力的发挥是不利的。为了充分发挥桩间土的承载力和复合地基的潜力,应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的单桩承载力接近。通常使后者略大于前者较为安全和经济。
对软土地区,地基处理的任务主要是解决地基的变形问题,即地基是在满足强度的基础上以变形进行控制的,因此水泥土搅拌桩的桩长应通过变形计算来确定。对于变形来说,增加桩长,对减少沉降是有利的。实践证明,若水泥土搅拌桩能穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层,则沉降量是很小的。
对某一地区的水泥土桩,其桩身强度是有一定限制的,也就是说,水泥土桩从承载力角度,存在一有效桩长,单桩承载力在一定程度上并不随桩长的增加而增大。但当软弱土层较厚,从减少地基的变形量方面考虑,桩应设计较长,原则上,桩长应穿透软弱土层到达下卧强度较高之土层,尽量在深厚软土层中避免采用"悬浮"桩型。
11.2.3 桩间土承载力折减系数β是反映桩土共同作用的一个参数。如β=1时,则表示桩与土共同承受荷载,由此得出与柔性桩复合地基相同的计算公式;如β=0时,则表示桩间土不承受荷载,由此得出与一般刚性桩基相似的计算公式。
对比水泥土和天然土的应力应变关系曲线及复合地基和天然地基的p-s曲线,可见,在发生与水泥土极限应力值相对应的应变值时,或在发生与复合地基承载力设计值相对应的沉降值时,天然地基所提供的应力或承载力小于其极限应力或承载力值。考虑水泥土桩复合地基的变形协调,引入折减系数β,它的取值与桩间土和桩端土的性质,搅拌桩的桩身强度和承载力,养护龄期等因素有关。桩间土较好、桩端土较弱、桩身强度较低、养护龄期较短,则β值取高值;反之,则β值取低值。
确定β值还应根据建筑物对沉降要求有所不同。当建筑物对沉降要求控制较严时,即使桩端是软土,β值也应取小值,这样较为安全;当建筑物对沉降要求控制较低时,即使桩端为硬土,β值也可取大值,这样较为经济。
11.2.4 公式(11.2.4-2)中的加固土强度折减数η是一个与工程经验以及拟建工程的性质密切相关的参数。工程经验包括对施工队伍素质、施工质量、室内强度试验与实际加固强度比值以及对实际工程加固效果等情况的掌握。拟建工程性质包括工程地质条件、上部结构对地基的要求以及工程的重要性等。目前在设计中一般取η=0.2~0.33。
公式(11.2.4-1)中桩周土的侧阻力特征值qsi是根据现场载荷试验结果和已有工程经验总结确定的,对软塑状态的粘性土qs为10~15kPa;但一般对可塑状态的粘性土qs可提高至12~18kPa。
公式(11.2.4-1)中桩端地基承载力折减系数α取值与施工时桩端施工质量及桩端土质等条件有关。当桩端为较硬土层时取高值。如果桩底施工质量不好,水泥土桩没能真正支承在硬土层上,桩端地基承载力不能充分发挥,这时取α=0.4。反之,当桩底质量可靠时取α=0.6,通常取α=0.5。
对式(11.2.4-2)和式(11.2.4-1)进行分析可以看出,当桩身强度大于(11.2.4-2)式所提出的强度值时,相同桩长的承载力相近,而不同桩长的承载力明显不同。此时桩的承载力由基土支持力控制,增加桩长可提高桩的承载力。当桩身强度低于(11.2.4-2)式所给值时,承载力受桩身强度控制。
11.2.5 在刚性基础和桩之间设置一定厚度的褥垫层后,可以保证基础始终通过褥垫层把一部分荷载传到桩间土上,调整桩和土荷载的分担作用。特别是当桩身强度较大时,在基础下设置褥垫层可以减小桩土应力比,充分发挥桩间土的作用,即可增大β值。减少基础底面的应力集中。
11.2.6 设计者往往将水泥土桩理解为桩基,因此要求其像刚性桩那样,在桩长范围内强度一致,而且桩强度越高越好。这是违反复合地基基本假定的。根据室内模型试验和水泥土桩的加固机理分析,其桩身轴向应力自上而下逐渐减小,其最大轴力位于桩顶3倍桩径范围内。因此,在水泥土单桩设计中,为节省固化剂材料和提高施工效率,设计时可采用变掺量的施工工艺。现有工程实践证明,这种变强度的设计方法能获得良好的技术经济效果。
桩身强度亦不宜太高。应使桩身有一定的变形量,这样才能促使桩间土强度的发挥。否则就不存在复合地基,而成为桩基了。
固化剂与土的搅拌均匀程度对加固体的强度有较大的影响。实践证明采取复搅工艺对提高桩体强度有较好效果。
11.2.7 水泥土桩的布置形式对加固效果很有影响,一般根据工程地质特点和上部结构要求可采用柱状、壁状、格栅状、块状以及长短桩相结合等不同加固型式。
1 柱状:每隔一定距离打设一根水泥土桩,形成柱状加固型式,适用于单层工业厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固,它可充分发挥桩身强度与桩周侧阻力。
2 壁状:将相邻桩体部分重叠搭接成为壁状加固型式,适用于深基坑开挖时的边坡加固以及建筑物长高比大、刚度小、对不均匀沉降比较敏感的多层房屋条形基础下的地基加固。
3 格栅状:它是纵横两个方向的相邻桩体搭接而形成的加固型式。适用于对上部结构单位面积荷载大和对不均匀沉降要求控制严格的建(构)筑物的地基加固。
4 长短桩相结合:当地质条件复杂,同一建筑物坐落在两类不同性质的地基土上时,可用3m左右的短桩将相邻长桩连成壁状或格栅状,藉以调整和减小不均匀沉降量。
水泥土桩的强度和刚度是介于柔性桩(砂桩、碎石桩等)和刚性桩(钢管桩、混凝土桩等)间的一种半刚性桩,它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立,在轴向力作用下又有一定的压缩性,但其承载性能又与刚性桩相似,因此在设计时可仅在上部结构基础范围内布桩,不必像柔性桩一样需在基础外设置护桩。
对于一般建筑物,都是在满足强度要求的条件下以沉降进行控制的,应采用以下沉降控制设计思路:
1 根据地层结构进行地基变形计算,由建筑物对变形的要求确定加固深度,即选择施工桩长;
2 根据土质条件、固化剂掺量、室内配比试验资料和现场工程经验选择桩身强度和水泥掺人量及有关施工参数;
3 根据桩身强度的大小及桩的断面尺寸,由(11.2.4-2)式计算单桩承载力;
4 根据单桩承载力和上部结构要求达到的复合地基承载力,由(9.2.5)式计算桩土面积置换率;
5 根据桩土面积置换率和基础形式进行布桩,桩可只在基础平面范围内布置。
11.2.8 水泥土桩加固设计中往往以群桩型式出现,群桩中各桩与单桩的工作状态迥然不同。试验结果表明,双桩承载力小于两根单桩承载力之和;双桩沉降量大于单桩沉降量。可见,当桩距较小时,由于应力重叠产生群桩效应。因此,在设计时当水泥土桩的置换率较大(m>20%),且非单行排列,而桩端下又存在较软弱的土层时,尚应将桩与桩间土视为一个假想的实体基础,用以验算软弱下卧层的地基承载力。
11.2.9 水泥土桩复合地基的变形包括群桩体的压缩变形和桩端下未处理土层的压缩变形之和。
公式(11.2.9-1)和(11.2.9-2)是半理论半经验的搅拌桩水泥土体的压缩量计算公式。其中搅拌桩的压缩模量Ep的数值,根据经验可取(100~120)fcu(kPa),对桩较短或桩身强度较低者可取低值,反之可取高值。
根据大量水泥土单桩复合地基载荷试验资料,得到了在工作荷载下水泥土桩复合地基的复合模量,一般为15~25MPa,其大小受面积置换率、桩间土质和桩身质量等因素的影响。且根据理论分析和实测结果,复合地基的复合模量总是大于由桩的模量和桩间土的模量的面积加权之和。大量的水泥土桩设计计算及实测结果表明,群桩体的压缩变形量仅变化在10~50mm间。
下卧层变形按天然地基采用分层总和法进行计算。
11.3 施工
11.3.1 国产水泥土搅拌机的搅拌头大都采用双层(或多层)十字杆形或叶片螺旋形。这类搅拌头切削和搅拌加固软土十分合适,但对块径大于1OOmm的石块、树根和生活垃圾等大块物的切割能力较差,即使将搅拌头作了加强处理后已能穿过块石层,但施工效率较低,机械磨损严重。因此,施工时应予以挖除后再填素土为宜,增加的工程量不大,但施工效率却可大大提高。
11.3.2 工艺性试桩的目的是
1 提供满足设计固化剂掺人量的各种操作参数。
2 验证搅拌均匀程度及成桩直径。
3 了解下钻及提升的阻力情况,并采取相应的措施。
11.3.3 深层搅拌机施工时,搅拌次数越多,则拌和越为均匀,水泥土强度也越高,但施工效率就降低。试验证明,当加固范围内土体任一点的水泥土每遍经过20次的拌和,其强度即可达到较高值。每遍搅拌次数N由下式计算:
11.3.4 根据实际施工经验,搅拌法在施工到顶端0.3~0.5m范围时,因上覆土压力较小,搅拌质量较差。因此,其场地整平标高应比设计确定的桩顶标高再高出0.3~0.5m,桩制作时仍施工到地面。待开挖基坑时,再将上部0.3~0.5m的桩身质量较差的桩段挖去。根据现场实践表明,当搅拌桩作为承重桩进行基坑开挖时,桩身水泥土已有一定的强度,若用机械开挖基坑,往往容易碰撞损坏桩顶,因此基底标高以上0.3m宜采用人工开挖,以保护桩头质量。
11.3.5 本条中的桩位偏差是指成桩后的偏差,因此对于桩位放线的偏差不得大于20mm。
11.3.6 如按本条施工步骤进行,就能达到搅拌均匀、施工速度较快的目的,其关键点是必须确保全桩长再重复搅拌一次。
(Ⅰ)湿法
11.3.7 每一个水泥土搅拌桩的施工现场,由于土质有差异、水泥的品种和标号不同、因而搅拌加固质量有较大的差别。所以在正式搅拌桩施工前,均应按施工组织设计确定的搅拌施工工艺制作数根试桩,再最后确定水泥浆的水灰比、泵送时间、搅拌机提升速度和复搅深度等参数。
制桩质量的优劣直接关系到地基处理的效果。其中的关键是注浆量、水泥浆与软土搅拌的均匀程度。因此,施工中应严格控制喷浆提升速度V,可按下式计算:
11.3.8 由于搅拌机械通常采用定量泵输送水泥浆,转速大多又是恒定的,因此灌人地基中的水泥量完全取决于搅拌机的提升速度和复搅次数,施工过程中不能随意变更,并应保证水泥浆能定量不间断供应。采用自动记录是为了最大程度的降低人为干扰施工质量,目前市售的记录仪必须有国家计量部门的认证。严禁采用由施工单位自制的记录仪。
由于固化剂从灰浆泵到达搅拌机械的出浆口需通过较长的输浆管,必须考虑水泥浆到达桩端的泵送时间。一般可通过试打桩确定其输送时间。
11.3.9 搅拌桩施工检查是检查搅拌桩施工质量和判明事故原因的基本依据,因此对每一延米的施工情况均应如实及时记录,不得事后回忆补记。
施工中要随时检查自动计量装置的制桩记录,对每根桩的水泥用量、成桩过程(下沉、喷浆提升和复搅等时间)进行详细检查,质检员应根据制桩记录,对照标准施工工艺,对每根桩进行质量评定。
11.3.10 不提升搅拌机而喷浆搅拌30s是为了确保搅拌桩底与土体充分搅拌均匀,达到较高的强度。
11.3.11 深层搅拌机预搅下沉时,当遇到较坚硬的表土层而使下沉速度过慢时,可适当加水下沉。试验表明,当土层的含水量增加,水泥土的强度会降低。但考虑到搅拌设计中一般是按下部最软的土层来确定水泥掺量的,因此只要表层的硬土经加水搅拌后的强度不低于下部软土加固后的强度,也是能满足设计要求的。
11.3.12 凡成桩过程中,由于电压过低或其他原因造成停机使成桩工艺中断时,应将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m,等恢复供浆时再喷浆提升继续制桩;凡中途停止输浆3h以上者,将会使水泥浆在整个输浆管路中凝固,因此必须排清全部水泥浆,清洗管路。
11.3.13 由于水泥土搅拌桩的水泥掺量一般不超过20%,因此水泥土的终凝时间超过24h,所以需要相邻单桩搭接施工的时间间隔不宜超过24h。
(Ⅱ)干法
11.3.14 每个场地开工前的成桩工艺试验必不可少,由于制桩喷灰量与土性、孔深、气流量等多种因素有关,故应根据设计要求逐步调试,藉以确定施工有关参数(如土层的可钻性、提升速度、叶轮泵转速等),以便正式施工时能顺利进行。施工经验表明送粉管路长度超过60m后,送粉阻力明显增大,送粉量也不易达到恒定。
11.3.15 由于干法喷粉搅拌是用可任意压缩的压缩空气输送水泥粉体的,因此送粉量不易严格控制,所以要认真操作粉体自动计量装置,严格控制固化剂的喷人量,满足设计要求。
11.3.16 合格的粉喷桩机一般均已考虑提升速度与搅拌头转速的匹配,钻头均约每搅拌一圈提升15mm,从而保证成桩搅拌的均匀性。但每次搅拌时,桩体将出现极薄软弱结构面,这对承受水平剪力是不利的。一般可通过复搅的方法来提高桩体的均匀性,消除软弱结构面,提高桩体抗剪强度。
11.3.17 定时检查成桩直径及搅拌的均匀程度。粉喷桩桩长大于10m时,其底部喷粉阻力较大,应适当减慢钻机提升速度,以确保固化剂的设计喷入量。
11.3.18 固化剂从料罐到喷灰口有一定的时间延迟,严禁在没有喷粉的情况进行钻机提升作业。
11.3.19 如此操作是为了防止断桩。
11.3.20 如不及时在地面浇水,将使地下水位以上区段的水泥土水化不完全,造成桩身强度降低。
11.4 质量检验
11.4.1 对每根制成的水泥土桩须随时进行检查;对不合格的桩应根据其位置和数量等具体情况,分别采取补桩或加强附近工程桩等措施。
11.4.2 水泥土搅拌桩成桩质量检验方法有:
1 浅部开挖:本条措施属自检范围。各施工机组应对成桩质量随时检查,及时发现问题,及时处理。开挖检查仅仅是浅部桩头部位,目测其成桩大致情况,例如成桩直径、搅拌均匀程度等。
2 轻型动力触探(N10)仅适用于成桩3d内的桩身均匀程度的检验。由于每次落锤能量较小,连续触探一般不大于4m;但是如果采用从桩顶开始至桩底,每米桩身先钻孔700mm深度,然后触探300mm,并记录锤击数的操作方法则触探深度可加大,触探杆宜用铝合金制造,可不考虑杆长的修正。
11.4.3~11.4.4 复合地基载荷试验和单桩载荷试验是检测水泥土搅拌桩加固效果最可靠的方法之一。一般宜在龄期28d后进行。
经触探和载荷试验检验后对桩身质量有怀疑时,一般可采用双管单动取样器对桩身钻芯取样,制成试块,进行桩身实际强度测定。为保证试块尺寸,钻孔直径不宜小于108mm。
11.4.5 用作止水的壁状水泥桩体,在必要时可开挖桩顶3~4m深度,检查其外观搭接状态。另外,也可沿壁状加固体轴线斜向钻孔,使钻杆通过2~4根桩身,即可检查深部相邻桩的搭接状态。
11.4.6 水泥土搅拌桩施工时,由于各种因素的影响,有可能不符合设计要求。只有基槽开挖后测放了建筑物轴线或基础轮廓线后,才能对偏位桩的数量、部位和程度进行分析和确定补救措施。因此,水泥土搅拌法的施工验收工作宜在开挖基槽后进行。
对于水泥土搅拌桩的检测,目前应该在使用自动计量装置进行施工全过程监控的前提下,采用单桩和复合地基载荷试验进行检验。
12 高压喷射注浆法
12.1 一般规定
12.1.1 高压喷射注浆法包括旋喷(桩)、定喷和摆喷三种方法。本工法欧美国家称为Jet Grouting,日本称作高压喷射注浆法或CCP工法、JSG工法等。
由于高压喷射注浆使用的压力大,因而喷射流的能量大、速度快。当它连续和集中地作用在土体上,压应力和冲蚀等多种因素便在很小的区域内产生效应,对从粒径很小的细粒土到含有颗粒直径较大的卵石、碎石土,均有巨大的冲击和搅动作用,使注入的浆液和土拌合凝固为新的固结体。实践表明,本法对淤泥、淤泥质土、流塑或软塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基都有良好的处理效果。
但对于硬粘性土,含有较多的块石或大量植物根茎的地基,因喷射流可能受到阻挡或削弱,冲击破碎力急剧下降,切削范围小或影响处理效果。而对于含有过多有机质的土层,则其处理效果取决于固结体的化学稳定性。鉴于上述几种土的组成复杂、差异悬殊,高压喷射注浆处理的效果差别较大,不能一概而论,故应根据现场试验结果确定其适用程度。对于湿陷性黄土地基,因当前试验资料和施工实例较少,亦应预先进行现场试验。
高压喷射注浆处理深度较大,我国建筑地基高压喷射注浆处理深度目前已达30m以上。
12.1.2 高压喷射注浆有强化地基和防漏的作用,可卓有成效地用于既有建筑和新建工程的地基处理、地下工程及堤坝的截水、基坑封底、被动区加固、基坑侧壁防止漏水或减小基坑位移等。对地下水流速过大或已涌水的防水工程,由于工艺、机具和瞬时速凝材料等方面的原因,应慎重使用。必要时应通过现场试验确定。
12.1.3 高压喷射有旋喷(固结体为园柱状)、定喷(固结体为壁状)、和摆喷(固结体为扇状)等3种基本形状,它们均可用下列方法实现。
1 单管法:喷射高压水泥浆液一种介质;
2 双管法:喷射高压水泥浆液和压缩空气二种介质;
3 三管法:喷射高压水流、压缩空气及水泥浆液等三种介质。
由于上述3种喷射流的结构和喷射的介质不同,有效处理长度也不同,以三管法最长,双管法次之,单管法最短。实践表明,旋喷形式可采用单管法、双管法和三管法中的任何一种方法。定喷和摆喷注浆常用双管法和三管法。
12.1.4 在制定高压喷射注浆方案时,应搜集和掌握各种基本资料。主要是:岩土工程勘察(土层和基岩的性状,标准贯入击数,土的物理力学性质,地下水的埋藏条件、渗透性和水质成分等)资料;建筑物结构受力特性资料;施工现场和邻近建筑的四周环境资料;地下管道和其他埋设物资料及类似土层条件下使用的工程经验等。