CN108978648A - 一种堤防水泥土搅拌桩施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种优化的水泥土搅拌桩，利用水泥土搅拌桩施工工艺，包括以下步骤：定位搅拌机到达制定桩位对中；按照设计确定的配合比办制水泥浆，在压浆前将水泥浆液倒入集料罐中；启动搅拌机电机，沿导向架进行钻孔；待达到所需深度之后，用压缩空气输入水泥浆，当水泥浆到达出浆口后喷浆搅拌30s，然后进行反向旋转提升至地面，喷浆量占总浆量的90％；待钻头提出地面后，重复搅拌下沉并喷浆，喷浆量占总浆量的10％，然后再重复反转提升并搅拌，最后直至提出地面制成水泥搅拌桩。满足了堤防防渗及抗压强度设计要求，降低了工程造价，其能够解决黄河内蒙古段防渗问题。

Description

一种堤防水泥土搅拌桩施工工艺
技术领域：
本发明涉及建筑施工工艺领域，具体涉及一种堤防水泥土搅拌桩施工工艺。
背景技术：
水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土低地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。
通过对“十大孔兑”地质条件分析，黄河内蒙古段南岸鄂尔多斯境内的十条季节性河流在汛期，存在大量洪水泥沙涌入下游，造成洪涝灾害的现象，对其堤防进行地质分析发现，平均在6米以下，存在大量的风积、冲积和淤积作用形成的沉积沙，堤岸下方存在厚约7-8米的粉细砂层为“十大孔兑”及渗漏的主要地段。荆旭春等在“淤背固堤后黄河堤防的防渗方案设计研究，《人民黄河》，第28卷第2期，2006年2月”中公开了三种防渗方案：截渗墙、减压沟(片)、土工模。通过对三种方案的对比得出：对于堤基透水性土层厚度不大(10m左右)的情况，采用心墙防渗是有效和可靠的。该文献并没有具体公开施工方案及工程效果。发明CN107245996A中公布了一种软土路基水泥搅拌桩施工工艺，具体公开了所用水泥浆的组分包括水泥、减水剂、缓凝剂、引气剂和防水剂。该发明中水泥浆成分复杂，工程造价高，不适用于十大孔兑的防渗工程。
针对于上述现有技术，本发明介于黄河内蒙古段堤防地下5米的粉细砂与地表风积沙颗粒分析结果极其接近，且形成地质年代相同，利用水泥土搅拌桩施工工艺，开展水泥土搅拌桩优化设计研究，降低工程造价，形成复合水泥土，满足堤防防渗及抗压强度设计要求。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种优化的水泥土搅拌桩，利用水泥土搅拌桩施工工艺，满足堤防防渗及抗压强度设计要求，降低工程造价，其能够解决黄河内蒙古段防渗问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种堤防水泥土搅拌桩施工工艺，包括以下步骤：
(1)定位起重机或塔架悬吊搅拌机到达制定桩位对中，保持起吊设备水平；
(2)按照设计确定的配合比办制水泥浆，在压浆前将除堤基风积冲积砂的水泥浆液倒入集料罐中；
(3)启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架对地面进行钻孔，按照设定的速度下沉直至达到所需深度；
(4)待达到所需深度之后，用压缩空气输入水泥浆，当水泥浆到达出浆口后喷浆搅拌30s，然后按照设定的速度进行反向旋转提升至地面，喷浆量占总浆量的90％；
(5)待钻头提出地面后，重复搅拌下沉并喷浆，喷浆量占总浆量的10％，然后再重复反转提升并搅拌，最后直至提出地面制成水泥搅拌桩。
优选地，步骤(1)中所述的搅拌机采用双向水泥土搅拌机，在水泥土搅拌桩成桩过程中，能够实现由动力系统带动分别安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间。
具体地，步骤(1)中所述搅拌桩机外形尺寸为65m*23m*28m，动力头功率为11kw。
具体地，步骤(2)中所述水泥浆的组分按质量份数计包括5-20份水泥、0-20份粉煤灰和70-80份堤基砂。
优选地，步骤(2)中所述水泥浆的组分按质量份数计包括5-10份水泥、10-20份粉煤灰和75-80份堤基砂。
具体地，步骤(2)所述水泥浆中的堤基砂为黄河内蒙古段堤防5m以下粉细砂层中的堤基砂。
具体地，步骤(2)中所述水泥浆的水胶比为1.42-1.61；优选为1.51-1.61。
具体地，步骤(3)中所述深度为19-21m。
具体地，钻头的钻进速度和提升速度均不大于0.8m/min，钻进转速和提升转速为80r/min。
优选地，所述步骤(4)提升过程中，距离地面以下0.5米时，速度下降为0.5m/min；喷浆口要露出地面时，停留搅拌15s。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.利用配制的粉煤灰风积沙砂浆抗压强度大幅度提高，内部结构致密，无空洞、无气泡等现象。也可满足《渠道防渗工程技术规范》GB/T50600-2010中严寒地区大型防渗渠道工程中，材料的抗渗压力应该大于W6的规定。
2.通过采用黄河内蒙古段堤防5m以下粉细砂层中的堤基砂，就地取材，有效提高了粉细砂层的利用率，大幅度降低工程造价。
3.通过掺加水泥、粉煤灰等材料，对规范提出的水泥搅拌桩注浆料配比进行优化，大大降低了工程造价，胶凝材料造价可降低70％以上，若将优化方案用于工程，预计防渗工程总造价节约29％。
4.采用双向搅拌机钻头，可以有效解决现有技术中由于搅拌叶片的同向旋转，很难把水泥土充分搅拌均匀，造成水泥土中有大量土块和水泥浆块，影响桩体的强度的技术问题。
5.在步骤(4)中设置提升速度的变化、在喷浆口要露出地面时作短暂停留搅拌以及设置钻进与提升过程中喷浆量的占比，能够起到保证桩头均匀密实和防止管堵的作用。
具体实施例：
根据黄河二期防洪工程实际需要，针对黄河“十大孔兑”隐患，在黄河内蒙古段二期防洪工程中，结合达旗设置的抗渗试验段，对堤防填筑6米以下的堤基砂进行水泥注浆，形成复合水泥堤基砂浆。风积沉积冲积沙或堤防基础粉细砂渗透系数的经验值在a×10-3-a×10-4cm/s之间(根据已有工程勘察数据)，满足防渗墙渗透性达到a×10-6cm/s以上的要求。试验段工程选在黄河“十大孔兑”的毛不拉孔兑及西柳沟孔兑处。介于堤防地下6米的粉细砂与地表风积沙颗粒分析结果极其接近，且形成地质年代相同，利用水泥土搅拌桩施工工艺，开展水泥土搅拌桩优化设计研究，降低工程造价，形成复合水泥土，满足堤防防渗及抗压强度设计要求。
实施例1
一种堤防水泥土搅拌桩施工工艺，包括以下步骤：
(1)定位起重机或塔架悬吊双向搅拌机到达制定桩位对中，保持起吊设备水平，搅拌桩机外形尺寸为65m*23m*28m，动力头功率为11kw；
(2)按照表1设计确定的配合比办制水泥浆，在压浆前将除堤基风积冲积砂的水泥浆液倒入集料罐中；
(3)启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架对地面进行钻孔，钻孔深度为20m，钻孔速度为0.8m/min，钻进转速为80r/min；
(4)待达到20m深度之后，用压缩空气输入水泥浆，当水泥浆到达出浆口后喷浆搅拌30s，然后按照0.8m/min的提升速度进行反向旋转提升至地面，喷浆量占总浆量的90％，距离地面以下0.5米时，提升速度下降为0.5m/min；喷浆口要露出地面时，停留搅拌15s；
(5)待钻头提出地面后，重复搅拌下沉并喷浆，喷浆量占总浆量的10％，然后再重复反转提升并搅拌，最后直至提出地面制成水泥搅拌桩。
表1
序号 水泥(％) 粉煤灰(％) 堤基砂(％) 水胶比
基准方案 20 0 80 1.50
方案1 10 10 80 1.51
方案2 7.5 12.5 80 1.43
方案3 5 15 80 1.42
方案4 10 15 75 1.51
方案5 10 20 70 1.61
一组桩是三根桩，每根桩的直径为0.45m，三根桩共1.35米，施工工艺有重叠，每组桩长约0.975米，深为10米，每组桩需水泥浆2.8立方米。按照内蒙古东源工程材料检测有限公司水泥混凝土试验检测报告，报告编号为：BG-2017-XCJ-8605，水泥浆平均饱和密度取1900kg/m3，每组桩总质量为1900kg/m3×2.8m3＝5320kg，按照基准方案，胶凝材料20％，需水泥1064kg。按照基准方案每一组桩共需水泥约1000kg，当地市场每袋水泥40元，每袋水泥50kg，一组桩需水泥20袋，胶凝材料造价800元。该工程防渗墙试验段分两部分，每段长约3km，共6km。试验段胶凝材料费总造价约480万元(设计概算)，该工程总投资造价1183万元。各方案具体造价如表2所示。
表2
对方案3进行优化，且按照优化后方案进行现场试验，抗压强度均达到1.0MPa以上，在规范设定的水头压力下，无渗透现象。且该方案的经济性良好，胶凝材料总造价126万元，见表3，为设计胶凝材料造价480万元的26％，节约了74％；该工程总投资造价1183万元，节约了总工程造价的29％。
表3
实施例2
将实施例1中的方案进行优化，得到四个优化配比方案，其中优化配比1即为方案1，优化配比4即为方案5，对优化配比方案进行现场水泥土桩灌注，取7d龄期进行开挖取样，取芯机直径为115cm，试样规格加工为100cm*100cm，测试试样7d、28d、60d、90d的抗压强度，详见由内蒙古东源工程材料检测有限公司出具的检测报告，报告编号为：BG-2017-XCJ-8605，结果见表4
表4
实验例1
按照《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003，对实施例1中的方案下施工的水泥土搅拌桩进行压水试验，由于规程针对岩石，其抗压强度强，而水泥土抗压强度低，故试段压力采取一级压力0.1MPa进行。按照《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008、《中小型水利水电工程地质勘察规范》SL55-2005进行渗透性分级，结果如表5：
表5

Claims (10)

1.一种堤防水泥土搅拌桩施工工艺，包括以下步骤：
(1)定位起重机或塔架悬吊搅拌机到达制定桩位对中，保持起吊设备水平；
(2)按照设计确定的配合比办制水泥浆，在压浆前将水泥浆液倒入集料罐中；
(3)启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架对地面进行钻孔，按照设定的速度下沉直至达到所需深度；
(4)待达到所需深度之后，用压缩空气输入水泥浆，当水泥浆到达出浆口后喷浆搅拌30s，然后按照设定的速度进行反向旋转提升至地面，喷浆量占总浆量的90％；
(5)待钻头提出地面后，重复搅拌下沉并喷浆，喷浆量占总浆量的10％，然后再重复反转提升并搅拌，最后直至提出地面制成水泥搅拌桩。
2.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的搅拌机采用双向水泥土搅拌机，在水泥土搅拌桩成桩过程中，能够实现由动力系统带动分别安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间。
3.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌桩机外形尺寸为65m*23m*28m，动力头功率为11kw。
4.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，步骤(2)中所述水泥浆的组分按质量份数计包括5-20份水泥、0-20份粉煤灰和70-80份堤基砂。
5.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，步骤(2)中所述水泥浆的组分按质量份数计包括5-10份水泥、10-20份粉煤灰和75-80份堤基砂。
6.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，步骤(2)所述水泥浆中的堤基砂为黄河内蒙古段堤防5m以下粉细砂层中的堤基砂。
7.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，步骤(2)中所述水泥浆的水胶比为1.42-1.61；优选为1.51-1.61。
8.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，步骤(3)中所述深度为19-21m。
9.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤(3)中钻头的钻进速度和提升速度均不大于0.8m/min，钻进转速和提升转速为80r/min。
10.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤(4)提升过程中，距离地面以下0.5米时，速度下降为0.5m/min；喷浆口要露出地面时，停留搅拌15s。
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