硬塑成都粘土高壓旋噴樁施工方法研究

硬塑成都粘土高壓旋噴樁施工方法研究成都動車段檢修設施工程項目經(jīng)理部發(fā)布人：郭揚眉成都動車段蓉城歲月QC小組一、小組簡介小組名稱成都動車段蓉城歲月QC小組接受QC教育時間（h）活動時間2013年8月~2013年12月活動次數(shù)每周2次小組人數(shù)7人小組成員序號姓名性別年齡學歷組內分工職稱1李鐵拴男35本科組長工程師1202邱平男30本科副組長工程師1203王力男33本科組員工程師1204郭揚眉男28本科組員助工1105張寧女27本科組員技術員1106王富強男28本科組員助工1107熊偉華男30本科組員助工1108小組成員平均教育115小時，已全部取得合格證書二、工程概況（一）工程簡介新建成都動車段檢修設施工程位于成都動車運用所存車Ⅰ場和既有成渝、成昆正線間，按年檢修能力300列8輛編組動車組規(guī)模設計。新建三級修庫線2條、檢修存車線3條、整編靜調庫線4條，走行線、試車線和車體吹掃線各1條，檢修設備830臺套?？傉嫉孛娣e959畝，新建房屋18棟,建筑面積92279㎡。建成后主要承擔我國西南CRH1和CRH2型動車組三級修。（二）高壓旋噴樁地基處理簡介

根據(jù)設計圖紙要求，三級修庫架車機基礎1-30軸地基需要采用高壓旋噴樁進行加固處理，樁徑500mm，布置間距1.0m，樁長8.0m，加固標高范圍為497.85m~489.85m，總長度約40000m。要求成樁后單樁承載力特征值大于等于130KPa，復合地基承載力特征值大于等于160KPa，無側限抗壓強度大于等于3000KPa，水泥漿水灰比1:1，經(jīng)室內配比試驗得出高壓旋噴樁每米水泥含量為189Kg。

高壓旋噴樁，是以高壓旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體。施工占地少、振動小、噪音較低。旋噴樁施動畫.flv（三）地質情況簡介首先我們先來看看架車機基礎1-30軸地質斷面圖：<1-1>:人工填土<3-1>:軟塑成都粘土<3>:硬塑成都粘土<5>:泥巖從地質斷面圖中可以看出，1-30軸土層分布從上至下依次為人工填土、軟塑成都粘土、硬塑成都粘土、泥巖，其中軟塑成都粘土與硬塑成都粘土分布標高起伏較大，土質情況比較復雜。硬塑成都粘土屬于膨脹土，土質硬，不均勻，夾雜少量高嶺土。（一）問題的提出從地質斷面圖中可以看出，在高壓旋噴樁加固的土層標高范圍內（497.85m~489.85m）既有軟塑土又有硬塑土（樁進入深度約1~4.5m），而《建筑地基處理技術規(guī)范》中指出高壓旋噴樁僅適用于軟塑或可塑狀態(tài)下的粘土加固，對此小組于2013年8月12日在施工場地內的硬塑粘土區(qū)域采用單管施工工藝（噴漿壓力30MPa）進行了高壓旋噴樁試樁施工，用以驗證高壓旋噴樁在硬塑土中的施工質量。小組于2013年9月10~9月12日對試樁的成樁質量進行了檢查，統(tǒng)計結果如下表：三、選擇課題

試樁編號無側限抗壓強度設計值（MPa）無側限抗壓強度實測值（MPa）樁徑（mm）樁體均勻性樁長（m）131.6350不合格8.3232.3420不合格8.1332.1323不合格7.9433.2500合格8.2531.9421不合格8.3632.7396不合格8.2731.3398不合格8.3833.8503合格8.4932.6453不合格8.21031.3367不合格8.31133.7501合格8.31232.6424不合格8.1現(xiàn)場高壓旋噴樁試樁照片樁體中夾雜土，均勻性差，樁徑達不到設計要求500mm從檢查結果來看，12根試樁僅有3根質量是合格的，小組查閱了相關資料并請教了成都地區(qū)有相關施工經(jīng)驗的地質專家，主要原因是硬塑土土質硬，高壓水泥漿不易切割，難以保證成樁直徑和均勻性。（二）課題確定為了按照設計要求完成高壓旋噴樁施工確定課題硬塑成都粘土高壓旋噴樁施工方法的研究四、設定目標課題目標：利用常見的施工機械，研究出一種經(jīng)濟、有效的適合在硬塑成都粘土施工的高壓旋噴樁施工方法。目標值：1、保證高壓旋噴樁樁徑達到0.5m，樁長達到8.0m，無

側限抗壓強度達到3.0MPa，單樁承載力達到130KPa；2、與原來的施工方法相比，施工周期不增加（經(jīng)測算，原施工方法

平均每根樁施工時間為52分鐘）；3、費用增加不超過高壓旋噴樁人工、機械費總費

用的0.5%（200萬×0.5%=1萬）。五、提出方案并確定最佳方案（一）提出方案根據(jù)前期對試樁的檢查發(fā)現(xiàn)，高壓旋噴樁存在的主要問題是樁徑不夠和樁體均勻性差，究其原因是土層中的硬塑粘土土質較硬，高壓水泥漿無法將加固土體切割均勻，最終水泥漿無法與土形成均勻混合體，我們如果能夠想辦法先攪動加固范圍內的土層，使土體松動，粒徑均勻，再采用單管注漿法進行加固就能夠保證高壓旋噴樁的成樁直徑和樁體均勻性。小組成員圍繞這一核心問題，提出了三種方案：方案1：由于水泥土攪拌樁樁機鉆頭帶有葉片，能夠起到攪動土體的作用，可先采用水泥土攪拌樁機引孔，攪拌機鉆桿在下沉及提升的過程中攪動土層，再利用高壓旋噴樁鉆桿鉆進至孔底后緩慢提升，邊提升邊噴射高壓水泥漿；方案2：對高壓旋噴樁樁機的鉆頭進行改造，可通過焊接增大鉆頭直徑，增大土體攪動范圍，利用改造后的鉆桿下沉時攪動土層，提升時噴射高壓水泥漿，達到?jīng)_切土體的目的。方案3：對水泥土攪拌樁樁機進行改造，使其帶葉片鉆頭在鉆進下沉過程中攪動土層，在提升過程中噴射高壓水泥漿；（二）確定最佳方案方案一：需要單獨采用水泥土攪拌樁樁機引孔，每米高壓旋噴樁機械費用增加約20元，共計增加約80萬元機械費，且對周圍承臺施工有影響。方案二：改裝高壓旋噴樁樁機，只需要通過焊接增大鉆頭葉片直徑，改裝簡單。但是高壓旋噴樁鉆進機械動力較?。s11KW），增大葉片直徑后鉆進阻力增大，經(jīng)現(xiàn)場試驗5個點，樁長達不到設計要求8.0m。更換前高壓旋噴樁樁機鉆頭，不帶葉片在原有鉆頭兩側加焊葉片，增大鉆頭攪拌直徑方案三：改裝水泥土攪拌樁樁機，需要更換高壓注漿泵、注漿管及調速器，改裝過程相對較復雜，但是鉆進動力大，能夠滿足鉆進孔深要求。針對上述論證，我們進一步對三個方案的有效性、可靠性、可實施性、經(jīng)濟性進行綜合評價打分。各對策方案綜合評估表序號對策方案綜合分析評估綜合得分確定實施與否可實施性經(jīng)濟性預計有效性不影響其他工作1采用水泥土攪拌樁樁機引孔，再用高壓旋噴樁樁機噴射注漿。1、可實施。2、需要額外投入機械費用，增加約20元/m。3、加固效果較好。

3、施工周期較長，有可能影響承臺基礎開挖。315110不采用2改裝現(xiàn)有的高壓旋噴樁樁機。1、改裝簡單，容易實施。2、增加費用小。3、地基加固效果較好4、不影響其他工作5、機械動力較小，有可能鉆進深度不夠531514可采用3改裝現(xiàn)有的水泥土攪拌樁機。1、改裝較簡單，可實施。2、增加費用較小。3、地基加固效果較好。4、不影響其他工程335516可采用注：好-5分；一般-3分；差-1分。評估結果：經(jīng)過方案評比打分，方案一綜合評分為10分；

方案二綜合評分為14分；

方案三綜合評分為16分。因此，我們確定方案三為最佳方案，并組織進行實施。六、制定對策方案對策目標措施地點負責人實施日期方案3對現(xiàn)有水泥土攪拌樁樁機進行改造，并重新打試樁1、高壓旋噴樁直徑滿足設計要求2、樁體均勻3、樁長滿足設計要求4、無側限抗壓強度及承載力滿足設計要求1、利用水泥土攪拌樁樁機現(xiàn)有鉆頭；2、更換高壓注漿管；3、更換調速器；4、更換高壓注漿泵。施工現(xiàn)場王富強郭揚眉熊偉華2013年9月18日~9月25日1、按照方案3的對策計劃實施小組利用3天時間，對現(xiàn)有水泥土攪拌樁樁機進行了改造；

實施一：利用水泥攪拌樁樁機現(xiàn)有帶葉片鉆頭帶葉片的水泥土攪拌樁鉆頭七、按照對策表實施

實施二：由于水泥攪拌樁噴漿壓力約為5.0MPa，而高壓旋噴樁噴漿壓力約為20~30MPa，為了實現(xiàn)高壓噴漿必須更換高壓注漿泵和高壓注漿管。更換高壓注漿泵，增加注漿壓力原有普通塑料注漿管更換高壓注漿鋼絲管，承壓能力更強

實施三：由于高壓旋噴樁鉆桿提速較慢，上升速度為0.1m/min，而水泥攪拌樁提升速度為0.5~0.8m/min，因此小組更換了水泥攪拌樁樁機調速器，以達到降低鉆桿提速的目的。2、試驗驗證

該機械改造完成后，于2013年9月21日在施工現(xiàn)場進行了試驗。共選擇了10個試驗點進行試驗。試驗結果：1）10根試樁鉆進深度均能夠達到設計要求8.0m；2）試樁成樁7天后，進行淺開挖檢查，最小樁徑為500mm，最大樁徑527mm，

樁徑均能滿足設計要求?，F(xiàn)場測量高壓旋噴樁樁徑3）剔除表層浮槳后，樁身水泥土混合均勻，無明顯夾雜土現(xiàn)象?，F(xiàn)場開挖檢查樁身質量4）2013年10月25日~10月27日對設備基礎高壓旋噴樁抽取5根進行鉆芯取樣，無側限抗壓強度均能達到設計要求，樁身質量完整。

5）2013年10月29日~2013年10月30日對設備基礎高壓旋噴樁抽取5根進行承

載力檢測，均能滿足設計要求?，F(xiàn)場進行高壓旋噴樁承載力檢測八、效果確認（一）目標值完成情況1、對保證高壓旋噴樁施工質量滿足設計要求目標的確認；對試樁的樁徑、樁身質量及承載力進行了檢查，均能滿足設計和規(guī)范要求，從而目標1得到了確認。

2、對施工時間的確認；

前期采用傳統(tǒng)單管高壓旋噴樁施工工藝共施工12根，共計10小時24分鐘，平均每根樁施工時間約52分鐘；改裝后的高壓旋噴樁樁機每施工試樁10根，共計8小時15分鐘，平均每根樁施工時間約49.5分鐘，施工時間未增加，實現(xiàn)了目標2。

3、對施工成本的確認：

經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計，3名工人改裝1臺樁機需要3天，人工費單價為150元/工日，

改裝1臺機械人工費：3×3×150=1350（元）改造所用的材料及設備均為既有材料、設備，且整套設備可以直接用于其它工程，因此不增加材料、設備費用。則改裝1臺機械花費1350元，總共改裝4臺，改裝費用共計5400元，小于目標值10000元，目標3得以實現(xiàn)。

經(jīng)過效