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五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用

搅拌桩 2024年11月18日 项敏 108

 

摘 要


水泥搅拌桩因加固效果显著、施工效率较高等优势,被广泛应用在软土地区,包括基坑围护结构、止水帷幕及地基加固等方面。随着科学技术的进步,在施工领域出现了工效更高的五轴水泥搅拌桩施工机械。常见的搅拌桩机械多为单轴水泥搅拌桩、三轴水泥搅拌桩。单轴水泥搅拌桩由于成桩设备设计的问题,施工效率较低;三轴水泥搅拌桩施工工艺采用大水灰比设计,止水效果较好,可达到30m左右,但三轴水泥搅拌桩在成桩过程中易出现较大的溢浆现象,大量水泥成为置换土而被浪费。


赵春风等研究高效无置换智能化五轴水泥连续搅拌桩工法;郑赈济等介绍五轴水泥搅拌墙桩机结构、施工工艺等;黄伟群等探究砂性土采用五轴水泥搅拌桩做基坑止水帷幕的效果;周玉石、沈丹分析对比五轴水泥搅拌桩不同的成桩模式、与传统水泥搅拌桩的差异;洪冬明在富水深厚砂层中采用五轴水泥搅拌桩支护技术。近年来,该技术被广泛应用在地铁工程、基坑工程、水库大堤防渗工程等领域。然而在码头工程中使用五轴水泥搅拌桩技术较少见,本实例属于码头工程中软土地层处理的首次大规模应用,施工效果良好,可对类似工程建设的设计施工提供参考。


1 地质概况


某码头工程位于广州市珠江口,拟建的泊位工程结构采用钢管组合板桩结构,因此根据地质情况,锚碇桩前被动区、前墙板桩后分区进行水泥搅拌桩二次加固处理,其四周无障碍物,施工场地规则便利,具体处理宽度为35.75m~63.50m,深度为16m。地质报告揭示,自上而下主要有人工填土层,呈欠压实状,为软弱土层;海陆交互沉积地层以淤泥、淤泥质土为主,其厚度大,含水率高,孔隙比大,压缩性高,强度低;陆域冲洪积地层中主要含淤泥质土、黏土层、松散及稍密砂层,其淤泥层强度低,承载力低,具高压缩性,为软弱夹层;河口冲积沉积地层和陆成冲积地层等。人工填土层至冲洪积地层上部的地层总体厚度约17m。因此场地内存在的淤泥、淤泥质土软土层以及部分强度较低、中等和高压缩性的黏土、粉质黏土层,是工程地基处理的主要土层。


2 五轴搅拌桩机选用


五轴搅拌桩机施工具有对周围地层影响小、抗渗性好、工期短、大深度、技术经济指标好等优点。由于码头工程工期紧张,工序繁多,移交出的工作面要衔接紧密,为了避免不必要的停工,杜绝产生安全和环保质量隐患,经综合考虑并协商业主单位提出采用五轴水泥搅拌桩工艺进行施工。所用的五轴搅拌桩机为JQA170/85-5型,如图1所示。


五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用

一般该型搅拌桩机施工速度快,整机功效高,自动化程度高,掘进能力强,其打桩架为全液压步履式,技术参数如下表1所示。

五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用

3五轴搅拌桩机施工工艺


3.1五轴水泥搅拌桩参数

采用五轴搅拌桩机施工,按5根水泥搅拌桩为一幅进行施工。根据设计要求,具体参数如下:格栅状布置φ850@600的五轴水泥搅拌桩,采用两搅两喷湿法工艺,纵横向搭接长度为250mm。桩体无侧限抗压强度:28d龄期强度不小于0.8MPa,90d龄期强度不小于1MPa,检验数量为总桩数的0.7%。水泥选用强度等级不低于42.5R的普通硅酸盐水泥,水泥掺入量16%,水灰比1.5。施工时,水泥搅拌桩下沉速度为0.6m/min~0.7m/min,提升速度为0.8m/min~0.9m/min,实际施工偏差幅度不宜偏大。


3.2施工要点

五轴搅拌桩机转位较为笨重,为避免频繁移动机位进行格栅状桩位施工造成的时间浪费,五轴搅拌桩机以5幅平行于钢管桩方向的水泥搅拌桩为一个区间,从靠近后墙钢管桩的桩位施工至前墙钢管桩桩位。施工过程中,将对管板桩进行位移观测,掌握水泥搅拌桩对管板桩的影响情况。水泥搅拌桩施工流程如图2所示。

五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用

(1)场地平整。五轴搅拌桩机施工前须先平整场地。场地平整的基本要求是在钢板铺垫条件下满足大型机械(五轴搅拌桩机重200t左右)带负荷行走。


(2)测量定位。对施工场地的基准点、基轴线及水准点进行复核;对于标定的基准点做好明显的标志和编号,并妥善保护;使用经纬仪和钢卷尺等,采用坐标法进行桩位区域边线的测定;对施工区域内的所有桩位进行测量定位,并做好明显、牢靠的桩位标志。同时做好测量记录,以便复核。


(3)就位对中。五轴搅拌桩机组装完成后,自行利用步履式行走系统移至桩位处,由专人负责统一指挥就位工作。桩机就位对中后平稳周正,其动力头、搅拌头及桩位三者的中心处于同一铅垂线上,搅拌头定位偏差不大于30mm。


(4)制备水泥浆。按设定水灰比拌制水泥浆液,制备好的浆液为防止离析、沉淀应不断搅动,每次投料后拌合时间不得少于3min。浆液制备好后在喷浆前倒入集料池内。施工过程中需对制备好的水泥浆进行不定时的检测,严格管控水泥浆的质量。


(5)喷浆搅拌下沉。先启动五轴搅拌桩机,其动力头沿导向架向下触土,钻杆带动钻头旋转强制切土,直至设计桩底标高,下沉速度按照0.6m/min~0.7m/min。下沉的同时开启送浆泵,通过3根中空钻杆向土体中喷水泥浆(3台泵选择BW250相同型号的泥浆泵,选用第三挡流量145L/min进行施工),同时通过另外2根中空钻杆送入高压空气促使固化材料与土体充分拌和,保证喷浆均匀。5根钻杆相邻钻杆正反向旋转切割、搅拌土体,搅拌桩机持续下沉至根部桩底设计标高,完成根部桩的“搅、喷、拌”过程。


(6)喷浆搅拌提升。下沉到达设计深度后,按0.8m/min~0.9m/min的提升速度边喷浆反转搅拌边提升钻杆,使浆液和土体充分拌合。桩机提钻前,应在桩底部喷浆停留30s,与桩端土充分搅拌。提钻至设计桩顶标高以上500mm后,停止搅拌和喷浆。


(7)清洗机具、管路。每天施工完成停机后向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗管路中残余的水泥浆,直至基本干净,并将黏附在搅拌头的软土清洗干净。


(8)移位。待深层搅拌机提出地面后,关闭浆泵,将桩机移至新的桩位,重复上述步骤进行下一根桩的施工。


4 施工工艺对比


为了更好说明五轴搅拌桩机的优势,在该码头工程项目中,也有三轴水泥搅拌桩施工的区域。根据设计要求,结合现场实际施工情况分析,将三轴水泥搅拌桩、五轴水泥搅拌桩两种施工技术参数进行对比,如表2所示。

五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用

三轴搅拌桩因设计要求,每幅桩有效成孔约为3个圆柱体,同排施工原理与五轴水泥搅拌桩基本相同。五轴水泥搅拌桩需要试桩,其桩体质量好,经设计单位认可,实际每幅桩成孔如图3所示。

五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用

由此可以看出,五轴搅拌桩机在施工效率方面具有明显优势,单幅施工5个桩体,每幅桩施打的有效截面积也明显增大。三轴搅拌桩机每幅桩成孔时间与五轴搅拌桩机基本一致。五轴水泥搅拌桩在施打过程中,移机次数明显减少,桩位偏差更易于控制。


五轴水泥搅拌桩施打总体减少了搭接区域内的重复注浆,减少了水泥消耗量,施工效率显著提高。根据实际效果测算(取中位数),按每24h为一个周期,五轴搅拌桩水泥用量约为三轴水泥搅拌桩的2.7倍。现场实际施工中,在类似工况下,五轴水泥搅拌桩施工效率为单轴水泥搅拌桩的6至7倍,约为三轴水泥搅拌桩的2至3倍如表3所示。


五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用

在该码头工程完成五轴水泥搅拌桩施工的区域,成桩24d后,选取3根水泥搅拌桩钻芯进行检验检测。根据检测结果,试桩1#喷浆孔号桩、试桩1#喷气孔号桩、试桩3#喷浆孔号桩的检测桩长均满足设计要求,而且桩身均匀性良好,桩底持力层为粉质黏土层。对3根桩进行无侧限抗压强度试验,抗压强度代表值为0.88MPa~1.09MPa,满足设计要求。


5 结 论


该工程软土地层加固采用五轴水泥搅拌桩工法,根据工程现场实际情况,提出有针对性的做法,通过有关实地检测和后期工序的顺利完成,验证了该工艺的可靠性。


(1)首次在码头工程中采用五轴搅拌桩机施工效率高、成桩质量好,对周围环境的影响小。


(2)整个成桩过程可单次完成5孔一幅,五轴搅拌桩水泥用量约为三轴水泥搅拌桩的2.70倍,可广泛应用于码头工程软土地层的处理。


(3)采用该方法施工时,选取的3根试桩24d抗压强度代表值为0.88MPa~1.09MPa,满足设计要求。



五轴水泥搅拌桩在码头工程软土地层中的应用
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来源:《广西城镇建设》、苏州德泓建设工程有限公司

作者:李志林

整理:项敏

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