水泥土墙施工.docx
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水泥土墙施工.docx
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水泥土墙施工
水泥土墙施工
一:
概念
利用水泥材料为固化剂,采用特殊机械(如深层搅拌机和高压旋喷机)将其与原状土强制拌和,形成具有一定强度、整体性和水稳定性的圆柱体(柔性桩),将其相互搭接,形成具有一定强度和整体结构的水泥土墙,以保证基坑边坡的稳定。
二:
特点
1水泥土墙,由于其材料强度比较低,主要是靠墙体的自重平衡墙后的土压力。
因此,常视其为重力式挡土支护。
2水泥土墙的特点是施工时振动小,无侧向挤压,对周围影响小。
最大限度利用原状土,节省材料。
由于水泥土墙采用自立式,不需加支撑,所以开挖较方便。
水泥土加固体渗透系数比较小,墙体有良好的隔水性能。
水泥土墙工程造价较低,当基坑开挖深度不大时,其经济效益更为显著。
3水泥土墙的缺点是:
水泥土墙体的材料强度比较低,不适于支撑作用,所以其位移量比较大。
而墙体材料强度受施工因素影响导致墙体质量离散性比较大。
三:
分类
水泥挡土墙主要由水泥搅拌桩组成。
水泥搅拌桩的施工方法有两种:
搅拌法成桩及高压喷射法(旋喷法)成桩。
高压喷射注浆法,则是以高压将水泥浆从注浆管喷射出来,喷嘴在喷射浆液时一边缓慢旋转,一边徐徐提升,高压水泥浆不断切削土体并与之混合而形成圆柱状桩体。
根据喷射方法的不同,喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。
该工艺施工简便,喷射注浆施工时只需在土层中钻一个50~300mm的小孔,便可在土中喷射成直径0.4~2m的加固水泥土桩。
因而能在狭窄施工区域或靠近已建基础施工,但此法水泥用量大、造价高,一般当场地受限制,搅拌法无法施工时才选用此法。
搅拌法成桩又分为湿法(水泥浆搅拌)和干法(水泥干粉喷射搅拌)两种,均用机械强力将水泥与土搅拌形成水泥土桩。
湿法施工时注浆量较易控制,成桩质量较为稳定,桩体均匀性好,大部分水泥土桩都采用此法,下面重点讲述湿法施工。
四:
适用范围
水泥土墙较适用于软土地区,如淤泥质土、含水量较高的黏土、粉质黏土、粉质土等。
对以上各类土基坑深度不宜超过6m;对于非软土基坑挖深可达10m,最深可达18m。
•水泥土重力式挡土墙,具有挡土、止水的双重作用,同时,基坑内土方开挖机械作业条件好。
所以此挡墙适宜应用于各种成因的饱和软粘土,包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等软土地基,基坑开挖深度不宜大于6m,但不适用于厚度较大的可塑及硬塑以上的软土、中密以上的砂土。
此外,加固区地下如有大量条石、碎砖、混凝土块、木桩等障碍时,一般也不适用,如遇古井、洞穴之类地下物,则应先处理后再进行加固。
•水泥土墙被动土压力的发挥依赖于土体变形,在基坑开挖深度较大,场地狭小,周边环境保护要求高时,选用应慎重。
*环境保护
(1)水泥、石灰细颗粒散体材料,应遮盖存放;运输时必须必须封闭覆盖,不得沿途撒落。
(2)制定洒水防尘措施,指定专人负责现场洒水降尘。
(3)采取有效降噪措施。
(4)不得随意排放废弃的加固料。
五:
施工工艺及要求
1)深层搅拌法施工
(1)定义
通过专用机械钻头切削搅拌土体,搅拌过程中通过压浆泵喷射水泥浆与原状土拌和,形成柔性桩体
⏹施工机具
⏹a、深层搅拌机
⏹它是深层搅拌水泥土桩施工的主要机械。
目前应用的有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式两类。
前者的输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一根管子输出,不影响搅拌均匀度,可适用于多种固化剂;后者是使水泥浆从叶片上若干个小孔喷出,使水泥浆与土体混合较均匀,适用于大直径叶片和连续搅拌,但因喷浆孔小易被堵塞,它只能使用纯水泥浆而不能采用其他固化剂。
b、配套机械
主要包括灰浆搅拌机、集料斗、灰浆泵。
(2)工艺流程
钻机就位-钻机下沉,边搅拌边喷射水泥浆-提升,边搅拌边喷射水泥浆-重复上下搅拌-成桩
(1)定位
用起重机(或用塔架)悬吊搅拌机到达指定桩位,对中。
(2)预搅下沉
待深层搅拌机的冷却水循环正常后,启动搅拌机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。
(3)制备水泥浆
待深层搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆(水灰比宜0.45~0.50),压浆前将水泥浆倒入集料斗中。
(4)提升、喷浆、搅拌
待深层搅拌机下沉到设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压入地基,且边喷浆、边搅拌,同时按设计确定的提升速度提升深层搅拌机。
提升速度不宜大于0.5m/min。
(5)重复上、下搅拌
为使土和水泥浆搅拌均匀,可再次将搅拌机边旋转边沉入土中,至设计深度后再提升出地面。
桩体要互相搭接200mm,以形成整体。
相邻桩的施工间歇时间宜小于10h。
(6)清洗、移位
向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中残存的水泥浆,并将粘附在搅拌头的软土清洗干净;移位后进行下一根桩的施工。
桩位偏差应小于50mm,垂直度误差应不超过1%。
桩机移位,特别在转向时要注意桩机的稳定。
(3)注意事项
下沉、提升速度;喷浆量;搭接宽度;桩端部位质量。
a)定位;b)预埋下沉;c)提升喷浆搅拌;
d)重复下沉搅拌;e)重复提升搅拌;f)成桩结束
图6“一次喷浆、二次搅拌”施工流程
2)高压旋喷法施工
1)定义
高压旋喷技术(也即高压喷射注浆法)是利用专用旋喷设备将注入剂(通常是水泥浆)形成高压喷射流,借助高压喷射流的切削,使土体和硬化剂混合,形成加固体。
(3)注意事项
喷管下沉、提升速度;喷浆量;喷浆压力;搭接宽度
4工艺原理及设计要求
4.1加固原理
高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后,以高压设备使浆液或水、(空气)成为20~40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来,冲切、扰动、破坏土体,同时钻杆以一定速度逐渐提升,将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后,在土中形成一个圆柱状固结体(即旋喷桩),以达到加固地基或止水防渗的目的。
根据喷射方法的不同,喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。
单管法:
单层喷射管,仅喷射水泥浆。
二重管法:
又称浆液气体喷射法,是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出,冲击破坏土体。
在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下,破坏土体的能量显著增大,最后在土中形成较大的固结体。
三重管法:
是一种浆液、水、气喷射法,使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管,在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流,进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体,形成较大的空隙,再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中,喷嘴作旋转和提升运动,使水泥浆与土混合,在土中凝固,形成较大的固结体,其加固体直径可达2m。
喷射注浆法的加固半径和许多因素有关,其中包括喷射压力P、提升速度S、被加固土的抗剪强度τ、喷咀直径d和浆液稠度B。
加固范围与喷射压力P、喷咀直径d成正比,与提升速度S、土的抗剪强度τ和浆液稠度B成反比。
加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。
4.2成桩机理
高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用:
(1)高压喷射流切割破坏土体作用。
喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体,使土体出现空穴,土体裂隙扩张。
(2)混合搅拌作用。
钻杆在旋转提升过程中,在射流后部形成空隙,在喷射压力下,迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向(即阻力小的方向)移动位置,与浆液搅拌混合形成新的结构。
(3)升扬置换作用(三重管法)。
高速水射流切割土体的同时,由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上,土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。
(4)充填、渗透固结作用。
高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙,析水固结,还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。
(5)压密作用。
高压喷射流在切割破碎土层过程中,在破碎部位边缘还有剩余压力,并对土层可产生一定压密作用,使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。
旋喷桩固结体情况图4所示。
高压旋喷桩施工工艺流程图见图
施工工艺
(1)钻机定位。
移动旋喷桩机到指定桩位,将钻头对准孔位中心,同时整平钻机,放置平稳、水平,钻杆的垂直度偏差不大于1%~1.5%。
就位后,首先进行低压(0.5MPa)射水试验,用以检查喷嘴是否畅通,压力是否正常。
(2)制备水泥浆。
桩机移位时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。
首先将水加入桶中,再将水泥和外掺剂倒入,开动搅拌机搅拌10~20分钟,而后拧开搅拌桶底部阀门,放入第一道筛网(孔径为0.8mm),过滤后流入浆液池,然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网(孔径为0.8mm),第二次过滤后流入浆液桶中,待压浆时备用。
(3)钻孔(三重管法)。
当采用地质钻机钻孔时,钻头在预定桩位钻孔至设计标高(预钻孔孔径为15cm)。
(4)插管(单重管法、二重管法)。
当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时,钻孔和插管二道工序可合而为一。
当第一阶段贯入土中时,可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。
其过程为:
启动钻机,同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液,使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉;直到桩底设计标高,观察工作电流不应大于额定值。
三重管法钻机钻孔后,拔出钻杆,再插入旋喷管。
在插管过程中,为防止泥砂堵塞喷嘴,可用较小压力(0.5~1.0MPa)边下管边射水。
(5)提升喷浆管、搅拌。
喷浆管下沉到达设计深度后,停止钻进,旋转不停,高压泥浆泵压力增到施工设计值(20~40MPa),坐底喷浆30s后,边喷浆,边旋转,同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。
若为二重管法或三重管法施工,在达到设计深度后,接通高压水管、空压管,开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转,并用仪表控制压力、流量和风量,分别达到预定数值时开始提升,继续旋喷和提升,直至达到预期的加固高度后停止。
(6)桩头部分处理。
当旋喷管提升接近桩顶时,应从桩顶以下1.0m开始,慢速提升旋喷,旋喷数秒,再向上慢速提升0.5m,直至桩顶停浆面。
(7)若遇砾石地层,为保证桩径,可重复喷浆、搅拌:
按上述4~6步骤重复喷浆、搅拌,直至喷浆管提升至停浆面,关闭高压泥浆泵(清水泵、空压机),停止水泥浆(水、风)的输送,将旋喷浆管旋转提升出地面,关闭钻机。
(8)清洗。
向浆液罐中注入适量清水,开启高压泵,清洗全部管路中残存的水泥浆,直至基本干净。
并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。
(9)移位。
移动桩机进行下一根桩的施工。
(10)补浆。
喷射注浆作业完成后,由于浆液的析水作用,一般均有不同程度的收缩,使固结体顶部出现凹穴,要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌
5.1质量控制要点
(1)正式开工前应认真作好试桩工作,确定合理的施工技术参数和浆液配比。
(2)旋喷过程中,冒浆量小于注浆量的20%为正常现象,若超过20%或完全不冒浆时,应查明原因,调整旋喷参数或改变喷嘴直径。
(3)钻杆旋转和提升必须连续不中断,拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10~20cm的搭接长度,避免出现断桩。
(4)在旋喷过程中,如因机械出现故障中断旋喷,应重新钻至桩底设计标高后,重新旋喷。
(5)制作浆液时,水灰比要按设计严格控制,不得随意改变。
在旋喷过程中,应防止泥浆沉淀,浓度降低。
不得使用受潮或过期的水泥。
浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时,应有筛网进行过滤,过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。
(6)在旋喷过程中,若遇到孤石或大漂石,桩可适当移动位置(根据受力情况,必要时可加桩),避免畸形桩或断桩。
(7)旋喷过程中,应按表4的要求作好施工记录。
8.3质量通病的处理
(1)不冒浆或冒浆量少。
通常原因是加固土层粒径过大,孔隙较多,可采取以下措施:
1)加大浆液浓度,可以从1.1加大到1.3左右继续喷射。
2)灌注粘土浆或加细砂、中砂,待孔隙填满后再继续正常喷射。
3)在浆液中掺加骨料。
4)加泥球封闭后继续正常喷射。
5)灌注水泥砂浆后,再将孔内水泥浆置换成粘土浆,待孔隙填满后继续正常喷射。
(2)冒浆量过大。
通常是有效喷射范围与喷浆量不适应有关,可采取以下措施:
1)提高喷射压力。
2)适当缩小喷嘴直径。
3)适当加快提升速度。
由于冒浆量中含有地层颗粒和浆液的混合体,目前对冒浆中的水泥的分离回收尚无适宜方法,在施工中多采用过滤、沉淀、回收调整浓度后再利用。
(3)凹穴处理。
1)在喷射灌浆完毕时,即连续或间断地向喷射孔内静压灌注浆液,直至孔内混合液凝固不在下沉。
2)在喷射灌浆完成后,向凝固体与其上部结构之间的空隙进行第二次静压灌浆,浆液的配比应为不收缩且具有膨胀性的材料,如采用水泥∶水∶铝粉的配比为9.8∶6.9∶0.3的浆液。
5)灌注水泥砂浆后,再将孔内水泥浆置换成粘土浆,待孔隙填满后继续正常喷射。
(2)冒浆量过大。
通常是有效喷射范围与喷浆量不适应有关,可采取以下措施:
1)提高喷射压力。
2)适当缩小喷嘴直径。
3)适当加快提升速度。
由于冒浆量中含有地层颗粒和浆液的混合体,目前对冒浆中的水泥的分离回收尚无适宜方法,在施工中多采用过滤、沉淀、回收调整浓度后再利用。
六:
水泥土的配合比
•影响水泥土质量的因素有水泥掺入比、龄期、土质、土的化学成分、粉煤灰、外掺剂等。
•①水泥掺入比的影响。
•水泥掺入比aw是指水泥重量与被加固的软土重量之比,即
•水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大,低于7%的水泥掺量对土体的固化作用小,强度离散大,故一般掺量不低于7%,常选用12%~16%。
•在水泥土墙设计前,一般应针对现场土层性质,通过试验提供各种配合比下的水泥土强度等性能参数,以便设计时选用合理的配合比。
在有工程经验且地质条件较为简单的情况下,也可以参考类似工程的经验。
•②龄期的影响。
•水泥土中水泥的反应速度较慢,强度增长时间较长,28天以后,强度仍然有明显的增长。
当龄期超过三个月以后,水泥土的强度增长才减缓,因此,在《建筑地基处理技术规范》JGJ79—9l中用三个月龄期的强度作为水泥土的标准强度,但是基坑支护结构中,往往由于工期关系,水泥土养护不可能达到90天,故仍用28天强度,因此在设计中应考虑该因素。
•③土类的影响。
•不同的土类对水泥土的强度有很大的影响。
在同样的水泥掺人比和龄期下,砂质粉土加固后的强度明显高于淤泥质粘土。
•
•④土的化学成分的影响。
•水泥土的加固效果和土体化学成分有关。
一般认为,土中含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好;含有伊里石、氯化物的粘土以及有机质含量高、pH值较低的粘土的加固效果较差。
•⑤粉煤灰对强度的影响。
•在水泥土加固时,在掺人比不变的条件下,用同量的粉煤灰代替水泥,水泥土的强度比不掺时提高10%。
因此,在水泥土加固时掺人粉煤灰,不仅可以利用工业废料,还可稍稍提高水泥土的强度。
•⑥外加剂的影响。
•不同的外加剂对水泥土强度有不同的影响,可以根据工程需要选用早强、缓凝及减水等性能的外加剂。
常用的外加剂有木质磺酸钙、石膏、碳酸钠等。
水泥土的配合比
⏹水泥掺入量取决于水泥土挡墙设计的抗压强度qu,水泥掺入比aw与水泥土抗压强度的关系,如由3-96所示。
⏹水泥标号每提高100号,水泥土强度qu约增大20%~30%。
通常选用龄期为三个月的强度作为水泥土的标准强度较为适宜。
七:
提高水泥土桩挡墙支护能力的措施
深层搅拌水泥土桩挡墙属重力式支护结构,主要由抗倾覆、抗滑移和抗剪强度控制截面和入土深度。
目前这种支护的体积都较大,为此可采取下列措施,通过精心设计来提高其支护能力:
(1)卸荷
如条件允许可将基坑顶部的土挖去一部分,以减小主动土压力。
(2)加筋
可在新搅拌的水泥土桩内压入竹筋等,有助于提高其稳定性。
但加筋与水泥土的共同作用问题有待研究。
(3)起拱
将水泥土桩挡墙做成拱形,在拱脚处设钻孔灌注桩,可大大提高支护能力,减小挡墙的截面。
对于边长大的基坑,于边长中部适当起拱以减少变形。
目前这种形式的水泥土桩挡墙已在工程中应用。
(4)挡墙变厚度
对于矩形基坑,由于边角效应,在角部的土体变形会有所减小。
为此于角部可将水泥土桩挡墙的厚度适当减薄,以节约投资。
八:
水泥土墙的布置
•1平面布置。
•水泥土墙的平面布置主要是确定支护结构的平面形状、格栅形式及局部构造等。
布置时应按下述原则。
•A.支护结构沿地下结构底板外围布置,支护结构与地下结构底板应保持一定净距,以便于底板、墙板侧模的支设与拆除,并保证地下结构外墙防水层施工作业的空间。
•当地下结构外墙设计有外防水层时,支护结构离地下结构外墙的净距不宜小于800mm,当地下结构设计无外防水层时,该净距可适当减小,但不宜小于500mm。
•B.水泥土墙应尽可能避免向内折角,而采用向外拱的折线形,以利于减小支护结构位移,避免由于两个方向位移而使水泥土墙内折角处出现裂缝。
•C.水泥土搅拌桩的布置可采用密排布置,也可采用格栅式布置,一般以后者居多。
水泥土墙采用格栅布置时,水泥土的置换率对于淤泥不宜小于0.8,淤泥质土不宜小于0.7,一般粘性土及砂土不宜小于0.6;格栅长宽比不宜大于2。
桩体的布置如下。
2根据使用要求和受力特性,搅拌桩的水泥土墙挡土结构的断面型式如图
九:
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