高压旋喷桩在厦船重工三期1#码头接长段 土基加固中的应用
日期:2018-09-11 00:00:00  发布人:艺术与建筑学院  浏览量:68


中交第三航务工程局有限公司厦门分公司361026  朱建勇  付红丽

 


【摘要】通过试验桩对比探究不同工艺施工的高压旋喷桩,在加固已建码头接长处地基的适用性。高压旋喷桩加固方法在技术上可行,对提高接长处地基土体的整体抗剪强度,从而保证已建码头的结构安全有重要意义,值得类似工程参考。

【关键字】高压旋喷 加固 三管法 双管法 试验桩 

1、 工程概况

厦船重工三期造船坞及码头工程位于厦门市海沧区排头村,主要包括一座万吨级造船坞及与之配套的3#舾装码头。本工程北侧与已建1#码头相连,西侧后方为陆域。

因原先设计1#码头时未对码头基槽进行预留,本期施工接长段时,需对接长段地基作加固处理,以保证1#码头结构安全。本次地基加固为1#码头接长段沉箱CX2-2基床下软基。

地基加固采用高压旋喷桩加固,桩端进入强风化基岩面。

 

2、 工程地质水文条件

依据设计图纸和地勘资料,地基加固土层分布主要为:块石层(厚度0m10m)、砂层(厚度0m5m)淤泥层(厚度011m)几种土质混合层、强风化砂页岩。其中块石层、砂层透水性能和富水性相对较好,水量较大,其余土层均属弱透水层。

设计水位(黄海零点):设计高水位3.1m,设计低水位-2.37m,极端高水位4.47m,极端低水位-3.51m

3、 地基加固设计

邻近1#码头处基槽开挖时,原则上需挖至1#码头重力式结构的基床放坡边线处以保证1#码头结构安全。但由于该处现有的钻孔资料反应的地层分布和1#码头竣工资料有一定的差别;由于1#码头接长段处基岩面较深,为减小该处基槽开挖深度以确保1#码头扶壁的安全,按设计单位要求,沉箱CX2-2的基槽仅开挖至标高-12.50,而下部土基采用高压旋喷桩加固,桩端着底至基岩面。

高压旋喷桩设计桩径1200mm,桩中心间距0.9m,总计289根,加固面积约370m2。设计喷射压力为35MPa,水泥浆液采用42.5R普通硅酸盐水泥,水灰比约为0.8,单桩旋喷提升速度为8~9 cm/min。高压旋喷桩在前期搭设的钢管桩平台上施打,平台标高+5.35m,抛石层顶面(桩顶)标高-12.5m

4、 加固施工及对比试验

4.1、旋喷桩施工工艺流程:

桩位放样→钻机就位→钻孔→下入喷射管→喷射及提升→拔管→清洗器具→移开机具

4.2、主要施工步骤及质量控制措施

1)、放孔位、复核

高压旋喷桩施工前,按照设计坐标测量放样,在施工平台上确定孔位,用红色油漆标记桩位,其误差不大于5cm

2)、钻孔

钻孔采用XY-100型地质钻机,金刚石钻头或硬质合金钻头钻进。因桩体位于水面以下,并存在块石层、砂层等岩层,容易产生塌孔现象。针对块石层,钻孔过程中采用地质套管跟进固壁;针对砂层采用黏土陆上拌制泥浆,经泥浆泵输送至钻孔内护壁。

3)、浆液制备

水泥浆拌制采用42.5R普通硅酸盐水泥,水泥新鲜无结块,通过0.08mm方孔筛的筛余量5%,每批次进场水泥均具有产品合格证和出厂检验报告,进场后按规定进行抽检。按设计配比进行浆液搅制,制备水泥浆液时,严格控制水泥浆液比重。外加剂加入后要充分拌匀,并立即用于喷浆。

4)、 高喷作业

A、高喷台车就位:高喷管下入前,校正高喷台车水平及高喷管垂直。

B、下喷射管:先在平台上进行试喷,确保管路畅通后下入喷射管。至设计深度后,移开高喷台车,用钻机拔除套管至离设计桩顶标高以下1m处,高喷台车重新就位准备喷射。

C、喷射提升:开动台车,按设计的施工参数进行喷浆作业,直至达到设计顶标高停止提升。

D、静压:喷射至设计桩顶标高后,进行静压充填灌浆30s

E、复喷处理:在喷射灌浆过程中,因拆卸管、机械故障等原因引起中断喷射的,恢复喷射时应进行复喷搭接,复喷长度不小于0.2m

4.3、对比试验情况简介

1)、三管法高压旋喷桩试验

三管法是喷射管为三重管或三列管,喷射介质为水、水泥基质浆液和压缩空气的高喷灌浆方法,是高压旋喷桩常用的工艺之一。我们首先采用这种工艺进行试验,根据工程地质资料,我们选取有代表性的桩位为本次施工的试验桩。施工参数为:

高压水泥浆压力:35 MPa

水泥浆压力:2.5 MPa

压缩空气压力:0.7 MPa

单桩旋喷提升速度:89 cm/min

旋转速度15 r/min

水泥浆液比重:1.63 g/cm3

为探究水泥浆液的固化时间,我们参考以往经验,分别采用纯水泥、水泥+膨润土(适量)、水泥+2%水玻璃、水泥+膨润土(适量)+2%水玻璃四种搭配组合进行制浆,共计完成4根桩。施工14天后,对试验桩进行钻孔取芯检测。检测结果显示,4根试验桩强度均在1.5MPa以下,其中加水玻璃的桩芯样强度略高于其它桩。龄期满28天后再次对试验桩进行钻孔取芯检测,发现4根桩强度都有所增强,但均未达到强度3MPa的设计要求(具体强度数值见下表)。

2)、双管法高压旋喷桩试验

鉴于三管法高压旋喷桩试验结果不理想,无法满足设计要求,经过专家研讨,我们决定采用双管法进行高压旋喷桩试验。双管法是喷射管为二重管或两列管,喷射介质为水泥基质浆液和压缩空气,或水和水泥基质浆液的高喷灌浆方法。这里我们采用的喷射介质为水泥基质浆液和压缩空气。试验桩同样分别采用纯水泥、水泥+膨润土(适量)、水泥+2%水玻璃、水泥+膨润土(适量)+2%水玻璃四种搭配组合进行制浆,采用的施工参数为:

高压水泥浆压力:30 MPa

压缩空气压力:0.7 MPa

单桩旋喷提升速度:89 cm/min

旋转速度15 r/min

水泥浆液比重:1.60 g/cm3

龄期满14天后,对试验桩进行钻孔取芯检测,共取芯4根,芯样大部分较为完整,其中水泥+膨润土(适量)+2%水玻璃制浆的桩观感及强度最好。

龄期满28天后,再次对采用双管法施工工艺典型施工的4根试验桩进行钻孔取芯无侧限抗压检测,结果显示,抛石层为块状或短柱状,局部为水泥凝结块,软弱岩层取芯率均大于85%,完整性好,连续性好,芯样多成柱状,芯样强度测试值均大于3MPa,平均值为3.9MPa,桩体外观质量良好,强度及桩长均满足设计要求(具体强度数值见下表)。

3)试验桩取芯强度测试值

施工工艺

外加剂

14d强度测试值(MPa)

28d强度测试值(MPa)

/

0.7

1.5

膨润土(适量)

0.9

1.6

2%水玻璃

1.4

2.6

膨润土(适量)

+ 2%水玻璃

1.5

2.9

/

2.3

3.5

膨润土(适量)

2.7

3.7

2%水玻璃

3.5

4.0

膨润土(适量)

+ 2%水玻璃

3.8

4.4

5、试验对比分析

在用两种工艺进行典型施工的试验过程中,试验操作符合规范,但试验桩强度差别较大,主要有:三管法施工的试验桩强度离设计强度有一定距离。在施工区域的水文地质条件下,三管法施工的喷射介质主要为高压水和压缩空气,而大量的高压水在原本已经饱和的地质中,只有沿着钻孔的孔洞往外冒,这势必会带走部分水泥浆液,影响成桩。这和《宁波市水泥搅拌桩法加固地基设计、施工和质量检验暂行细则》(1993)2.0.2“当土的含水量由40%增至60%时.水泥土的抗压强度将成倍降低”相吻合。浆液中加入适量的水玻璃和膨润土作为外加剂,能够加快浆液凝结,缩短成桩时间,提高成桩质量。这一点在两种工艺的4种浆液配方14天的取芯芯样无侧限抗压检测中能够得到验证。

从试验结果看,采用高压旋喷桩加固码头接长段软基时,双管法施工工艺比三管法施工工艺更适合。施工孔序安排时,应充分考虑相邻桩喷射时间间隔,避免后施工的高压旋喷桩对已施工桩的破坏。

6、结语

厦船重工三期1#码头接长段地基按典型施工施工工艺及参数进行高压旋喷桩加固后,相邻沉箱基槽开挖顺利进行,原1#码头扶壁安全稳定,未发现移位和滑动现象,说明采用高压旋喷桩对该段码头基础进行加固是切实可行的,这种加固方法也得到了建设单位和有关部门的肯定。

 

【参考文献】

[1] DL/T 52002004,水利水电工程高压喷射灌浆技术规范[S].

[2]JTS 2572008,水运工程质量检验标准[S]

[3] 付世祥,侯伟. 水泥土搅拌桩和高压旋喷桩在淤泥质土层加固施工中的对比试验[J] ,海军工程技术,2003(3)

[4] 王恩远,工程实用地基处理手册[M].北京:中国建材工业出版社,2005

 

 

 作者简介:

朱建勇,,19876月出生,本科,交通工程专业,助理工程师,现从事专业和工作港口工程施工。

付红丽,,19877月出生,本科,交通工程专业,助理工程师,现从事港口工程质量工作。

(该论文于2012年6月发表于《城市建设理论研究》第二卷第18期,国家级)

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