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粉喷桩处理软土地基施工技术

钻进速度
    粉喷桩一般是采用下钻钻进、提升喷粉、下钻复搅和提钻的施工工艺。成桩的质量主要包括四个方面,即水泥用量合适、喷粉均匀、复搅均匀和桩长合适。水泥用量和桩长确定后,关键的问题是喷粉、复搅是否均匀。持慢速观点的认为,速度慢喷粉、复搅均匀,成桩质量好 ; 持快速观点的认为,下钻、提升的速度不论快还是慢,每米深度内钻头旋转的次数相差无几,快速钻进对成桩的质量不会有什么影响。以武汉 PH-5 机型为例,为了证实快速钻进的效果,分别在四个不同地段选择地质条件有差异、桩长不一的断面进行了试验。
结果表明,尽管快速钻进试验的断面和桩体标贯取芯抽检的数量偏少一点,但足以说明快速钻进对成桩的质量还是有保证的。采用快速钻进,不仅可有效地控制施工中出现的 “沉桩” 、 “翻淤” 、 “翻灰”等问题,同时还具有降低工程成本、提高工效、缩短施工周期的好处。

    但需要注意的是,快速钻进主要是指下钻、复搅、提升的速度加快,喷粉的速度适当提高,如果喷粉速度过快,一旦与孔底压力不相适应,就有可能出现喷粉不匀和断桩的问题。此外,其他地区粉喷桩施工时,因地质、水文等条件不同,采用快速钻进成桩是否有同样效果,建议在进行工艺性试桩的基础上确定。

    钻头的形式及结构
    粉喷桩成桩质量较差的原因,除与处理的土层、送灰的压力、水泥用量等有较大关系外,与钻头的形式和结构也有密切关系。
    由于施工的地质、地层条件不同,粉喷桩喷粉时的送灰压力一般在 0.4Mpa 上下,当桩长超过 8m 时,送灰压力有时可高达 0.5Mpa~ 0.6Mpa。若将送灰压力调小,桩体下部又往往送不进水泥。究其原因,部分毛病是出在钻头上。因为粉喷桩的钻头是由两层蜗轮刀片组成,上下层刀片在平面上相互重叠,封闭较严密,桩下部积聚的气体压力一旦大于送灰压力,就会形成高能量的 “反压” ,出现 “翻淤” 、 “沉桩” 、 “翻灰”和堵管等问题。为了使桩下部积聚的高压气体能量得到有效的释放, 对钻头进行了 “切口手术” 。钻头改进后, “翻淤” 、 “沉桩” 、 “翻灰”和堵管等现象基本得到了改善,土块切割得细了 ,复搅的程度提高了 ,成桩的质量也有所提高。
    水泥用量
    粉喷桩主要是通过置换软土及应力集中作用来提高稳定系数的, 水泥土的强度对于粉喷桩施工的质量至关重要。
    水泥土的强度与水泥的用量、地质、土层、地下水、淤泥质土的有机质含量及黏土黏粒含量等因素有很大的关系。
    软土天然含水量≤ 50% 时,水泥用量采用 50kg/m,水泥土的强度一般是可以满足设计文件 R28=0.80Mpa 要求的;

    当软土天然含水量>50% 时,水泥用量采用 50kg/m,室内配合比试验结果普遍偏低,一般仅在 0.4Mpa~ 0.7Mpa之间。因此,根据软土天然含水量较大的现状,相应增加水泥用量对提高水泥土的强度和成桩质量是很有必要的。

    沉桩
    沉桩条件 : 沉桩多发生在软土含水量高、物理力学指标差的粉喷桩处理路段,即提钻后桩头立即下沉或隔段时间后缓慢下沉,下沉量几十 cm,多的可达 2m,桩头形成空洞。
    沉桩原因: 除因桩长不够出现桩头下沉外,外因是上覆的黏土层土质较密实坚硬,孔隙和裂隙不发育,桩底积蓄的高压气体能量缺少多渠道释放的空间,表现为桩体周围地表无喷气冒水、翻泡的现象。内因是送灰时压力偏大,多在 0.4Mpa~ 0.5Mpa 或更大一些,桩体成为桩底积蓄的高压气体能量释放的唯一通道。当桩底部积蓄的压力高于送灰压力形成 “反压” ,并通过桩体释放时,必然将部分淤泥带出或喷射出孔口,伴随产生 “翻淤”和巨响。另外,由于桩下部压力大,流塑状软土层内形成的部分高压气团,暂时占据着一定的体积,一旦终孔提钻高压气体释放将尽,翻淤、喷射出的淤泥块和原高压气团部分的空间在桩体自重压力的作用下下沉填充,桩头形成空洞。下沉的桩,经钻探取芯验证,发现水泥土中仍残存着少量鸽蛋大小的水泥团和气孔,水泥土喷灰、复搅不均匀,成桩质量较差。
    处理措施和效果 : 在保证正常送灰的前提下,尽量调节和减小送灰压力; 改进钻头结构,在刀片边部切口,给桩底高压气体能量提供释放通道 ; 提高下钻、喷粉、复搅和提钻的速度; 出现沉桩时,桩周打一两根空桩,为施工桩提供释放能量的空间; 已下沉的桩,提钻后立即采用水泥土回填并向搭界面下复搅,深度不少于1m。

减压、提速和改进钻头是防止沉桩的主要措施,综合采用这些措施,不仅解决了沉桩问题,避免了 “翻淤” ,也减少了堵管。

    翻灰
    翻灰条件 : 翻灰多发生在软土含水量小、物理力学指标稍好以及上覆黏土层较干燥的粉喷桩处理路段以及回填土较厚的软土处理路段,即提钻喷灰至软土层上部 1m~2m 时,水泥粉连同高压气体从桩口喷出,少则 10kg 左右,多则 30kg~40kg。有时水泥粉喷射的高度可达孔口上 2m~3m,这是一种不正常的现象。
    翻灰原因: 同沉桩的一些原因相似,外因是上覆黏土层土质较干燥密实,孔隙和裂隙不发育,桩底积蓄的高压气体能量缺少多渠道释放的空间,表现桩体周围地表不同一般粉喷桩处理路段,无喷气冒水、翻泡的现象。内因是送灰时压力偏大,多在 0.4Mpa 或稍大一些。单纯减小送灰压力的话,桩底喷灰很困难,导致桩底无水泥或喷粉不均匀。由于桩底积蓄的气体形成高压,一旦具备了能量释放的条件,高压气体携带大量水泥粉喷射出地表。出现翻灰的桩,由于桩下部的高压气体积蓄形成了反压,若不及时消散部分排除, 反压大于送灰的压力时, 往往堵塞喷灰管口,中断喷粉。凡出现较严重翻灰的桩,水泥土喷灰、复搅往往不够均匀,经标贯取芯检测,成桩质量一般都较差。
    处理措施和效果 : 在保证能正常送灰的前提下,尽量调节和减小送灰压力; 改进钻头的结构,在刀片边部切口,给桩底高压气体能量提供释放通道 ; 提高下钻、喷粉、复搅和提钻的速度; 出现翻灰桩时,桩周打一两根空桩,为施工桩提供释放能量的空间; 为解决土层含水量较小的问题, 下钻时可适当往孔口内注水, 增加土和水泥的结合能力。

    减压、提速、注水和改进钻头是防止翻灰的主要措施,采取这些综合措施,不仅解决了翻灰的问题,还减少了堵管的现象。

    抱钻或糊钻
    糊钻条件 : 糊钻多发生在软土上覆黏土层或软土间黏土夹层塑性指数高、含水量偏小的路段。粉喷桩或水泥深层搅拌桩钻进过程中黏土紧紧地将钻头包裹,形成一个同桩径一样大小的土柱,高 1m 左右。同时发生堵管和翻泥,湿喷搅拌桩翻浆,孔口翻上的黏泥多为大块的泥饼。
    糊钻原因: 糊钻的原因主要有两个方面,一是黏土的塑性指数高、含水量偏小,二是粉喷桩的钻头有缺陷。经观察,粉喷桩钻头的叶片倾斜角度较平缓,在黏性土,尤其是在塑性指数高、黏结力大的黏土层中钻进,平缓的钻头不易将土切割搅碎,而是下压将土挤压成饼状,一部分沿着孔壁被挤出堆在孔口四周,另一部分被挤压黏在钻头刀片之间,越来越多形成土柱。

处理措施和效果 : 主要是将粉喷桩钻头的叶片由倾角200 改为 350 ~400。改进钻头后,很奏效。

    堵管
    粉喷桩在施工中堵管是一种常见现象,一般有以下几种情况 : 水泥罐中混进了水泥块或水泥袋的碎片; 送灰管道受潮,管中有灰块 ; 钻头和钻杆中的残灰浸水结块 ; 淤泥或泥块贯入喷灰管等。这些原因发生堵管都比较好处理,只要在施工中加强管理并采取一定的措施,就能避免堵管现象的产生。

 

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