深层水泥搅拌桩施工方案
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太浦河泵站工程主泵房基础深层水泥搅拌桩施工组织设计
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1、工程概况
太浦河泵站位于江苏省吴江市庙港镇赵家浜村北,泵站北侧为太浦河节制闸。泵站距苏州市约51Km,西距东太湖边约2.0Km,是太湖流域综合治理、改善水环境的大型工程之一。该泵站规模为大(1)型,等别Ⅰ级,主体结构为I级建筑物。泵站建成后,将改善上海市在黄埔江取水口的水质,设计供水流量300m3/S,拟安装6台直径为4.10m、斜150轴伸泵,单泵设计流量为50 m3/S。
太浦河泵站工程泵房为堤身式块基型结构,站身顺水流向宽40.45m,长67.56m,分三块底板(22.50*40.45m),每块底板上布置二台机组;泵房地基基础高程为EL-8.15m~-6.55m(吴淞高程系,下同)。泵房地基主要为⑤1层粉质粘土,地基承载力低,设深层水泥搅拌桩加固;进水侧底板底高程-8.05m,出水侧底板底高程-6.45m,底板厚2m;水泵进出水口流道宽度均为9.1m,中间设中墩;每二台机组间设隔墩,中跨为1.4m,边跨为1.45m,墩顶高程1.45m。
2、设计要求
主泵房地基基础加固共设水泥搅拌桩2032根,桩型采用双头搅拌桩。其中:泵房基础下布置1893根(包括集水井围护桩),设计桩长为6.5~8.1m;在主泵房地基外围布置应力扩散桩139根。设计桩径为2φ700500(净);采用425#普通硅酸盐水泥,水泥掺入比为15%。
3.工程地质、水文气象条件
工程地质条件:根据江苏省工程勘测设计院提供的《太浦河泵站工程地质水文地质勘察报告》中12——12/、13——13/工程地质剖面图所示,泵房地基基础为EL-8.15~EL-6.55m高程,即3层重砂壤土和⑤层粉质粘土夹少量砂壤土薄层;其下为⑥层硬塑粉质粘土,中低压缩性,土质均匀,土层稳定,是深搅桩的桩端持力层。深层搅拌桩施工范围处于承压水含水层内,但
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是,根据水文地质勘探资料可知,⑤层垂直渗透系数K=A×10-6cm/s,具微透水性;而水平渗透系数稍大,为K=A×10-5cm/s。按设计要求在施工期间,对深搅桩作业面以下的土层采取严密的降排水措施,实际施工时根据现场条件具体掌握。
附:主要施工地层工程地质条件
层号 土层分类 (土层厚度)
土层高程 土层描述 标准贯入击数 地基允许承载力Kpa
3 重砂壤土 (0. 9~5.20m)
底-6.70~-8.23m 黄色、黄灰色重砂壤土,夹少量重粉质壤土、粉质粘
土薄层,局部互层 13 120
⑤ 粉质粘土 (4.40~7.50)
顶-6.70~-8.23m
底-12.77~-13.83m 灰色粉质粘土,夹砂壤土薄层,含碎贝壳,局部互层 4 105
⑤1 重粉质壤土 灰色重粉质壤土与粉质粘土互层、夹层 9 110
⑥ 粉质粘土 (4.00~6.50m)
顶-12.77~-13.83m 棕黄、灰绿色粉质粘土,含铁锰质结核 21 300
水文气象条件:工程所在地年降水量1126.4mm,年降水天数130天,年蒸发量1047mm,年平均气温15.70C,最高气温39.80C,最低气温-10.60C,全年日照时数为1996.3h。各月相对湿度都在76% 以上,4~10月份大于80%。
4.施工准备
施工前期要组织参与深层搅拌桩施工的有关人员熟悉本项施工的图纸、相关技术要求和规程规范,使参与人员对施工技术、质量要求、安全文明施工措施等都要做到心中有数,施工管理人员更要深刻理解。
根据设计要求和相关技术规范编制作业指导书,对施工机组进行二级技术交底,确实要做到参与施工的人员人人清楚。
场地平整、降水准备:为保证成桩质量及施工机械安全,施工前做好基坑内地下水的降水工作,保证场地不泥泞。为使搅拌桩机能方便平移,还要做到场地平整,为了保证桩顶质量,在开挖泵房建基面时至少预留50cm厚保护层。根据设计提出的“主泵房水泥搅拌桩施工技术要求”,结合施工设备配置量和单块底板工期要求等因素,确定形成一个作业平台面(EL-6.05m——见附图)对施工较为有利;深搅桩停浆面按规范规定控制为高于设计桩顶0.50m。在基坑南、北侧EL6.0m顶面设立临时水泥储存棚。
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机械选型:根据施工机械的工作效率和工期要求,共安排 6台SJB—II型双头深搅桩机进场施工。
水泥的检验和配合比的确定:水泥的检验要严格执行规程规范,每一批次的水泥均要进行现场水泥加固土的室内配比试验,该试块的7d强度达到设计标准值的30%~50%,才能允许该批水泥用于施工;因此,施工期间派出专人驻守水泥生产厂家,加强水泥的采购、运输、试验等工作,以保证供应到现场的水泥质量、数量能够满足施工进度的需求。
附:材料需求计划表
桩数 单桩水泥用量 水泥总需求量 每天需求量(或库存量)
2032根 普硅425#平均约1.48t 不少于3000.00t 按3块底板平行作业计划,约需100t/d
施工前,已在现场进行了地基土的室内加固试验,根据经验选用0.50、0.60、0.70三种水灰比,按设计的水泥掺量比15%(取拟搅拌土层—主要为⑤层中的天然土)试配,加固标准值取7天龄期试块的无侧限抗压强度,确定出最佳水灰比(三种水灰比的7d强度均满足设计要求);深搅机进场后,在施工场地内施打工艺试验桩(该桩选择在应力扩散桩上),以取得搅拌提升速度参数和适合施工的水灰比,确定后报工程师批准采用。
通过试验桩的施工取得了注浆泵输浆量、搅拌下沉速度〈2.0m/min,搅拌提升速度〈0.5m/min,为解决泥团裹刀,防止搅拌不匀,搅拌头型式经过试验采用单层刀片(或加齿耙),水灰比最大值控制在0.65等参数。由于每台深搅机上都安装了浆量自动记录仪,施工过程中最主要的控制参数——水泥掺入量15%得到了保证。经过专题会议研究决定,深入⑥层土的深度按大于30cm控制。
每一台深搅机现场布置时均因地制宜,制供浆系统与施工桩之间的泵送距离小于50m;考虑施工期处于梅雨期,较大降雨可能影响施工,因此,在
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主泵房底板的上、下游已经布置了集、排水沟和4个集水井,并配备了相应的排污设备。
5.施工方法、工艺流程和主要技术参数
5.1施工方法
根据工作区的工程地质、水文及气象情况,本次施工深搅机械需要深入的土层主要为⑤层和⑥层土,特别是⑥层土,是粘粒含量高、含有FeMn质结核、含水量低、密度大,孔隙比小、抗剪指数高的粉质粘土,在施工时必定会造成一定难度,从而影响工程进度,设备工效不能很好发挥;通过多天的工艺试桩,证明第⑥层土确实不易被破碎;再考虑以气象条件的影响等,实际困难可能会更多。为此,泵房基础下的深层搅拌桩施工时,共安排了6台SJB—II型深层搅拌机进场施工,每块底板上布置两台设备,实际施工作业顺序见附图所示——本着合理、有序、规范的原则,保证每块底板都能达到顺利施工,质量优良的目标。同时,在施工中及时清理平整场地,以利于后期施工和质量检验工作(桩位编号方法由质检与施工队共同确定并报监理工程师认可)。
5.2 作业流水方向
1#、2#(5#、6#)泵组底板及3#、4#泵组底板流水作业方向见附图。
5.3施工工艺流程
场地平整、降水 测量放样定位
桩机就位对中
制备水泥浆液 预 搅 下 沉
喷浆搅拌提升
二次搅拌下沉
二次喷浆搅拌提升 工艺流程图
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采用“二喷三搅、全程复搅”施工工艺,第一、第二次喷浆量各为总喷浆量的50%。
施工工艺描述:
测量放线、桩位准备:根据图纸设计桩位,用尼康全站仪定出轴线,用钢尺量距,在设计桩位中心插上桩位标,施工后将桩位标复原,以便检验。实际施工时采用引桩法(壁状连锁桩在其外侧另放一条平行控制线),以十字线交叉定位来准确标定桩位;并采取加强复测工作来保证桩位的正确性。
就位对中、整平:每次就位,要保证底盘水平,塔架垂直度偏差小于1%,对位偏差控制至小于50mm,同时确保底盘下铺垫的枕木、钢管等稳固。
采用自动记录仪后,桩深由仪器监测控制达到设计要求。必须根据本工程的地层条件和实际工艺试桩施工中所摸索出的经验参数来进行控制。
预搅下沉:启动深层搅拌机电机、放松起吊钢丝绳,使搅拌头在导向架控制下搅拌下沉;下沉速度由电器控制装置的电流监测表控制,工作电流以进入⑥层土电流增大进行控制,最大控制在100A(注意电压降的影响);同时,为保证搅拌均匀,搅拌头的下沉速度必须控制在≤2m/min。
制备固化剂浆液:深层搅拌机预搅下沉的同时,制浆系统要按确定的水灰比(不大于0.65)拌制水泥浆,待压浆前将浆液经过滤网倒入集料斗中。
喷浆搅拌提升:深层搅拌机下沉到设计深度后,开启灰浆泵,待浆液到达喷浆口,再按设计的提升速度边喷浆、边提升搅拌机,喷浆提升速度不大于0.5m;停浆面应高出设计桩顶高程0.5米。
二次下沉、复搅喷浆提升:重复搅拌下沉至设计深度后再喷浆搅拌提升至停浆面。 移位下根桩施工 第三次复搅下沉提升成桩
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根据施工经验,用于复合地基加固的深搅桩属于端承摩擦型桩,桩轴力呈自上而下逐步减小,其最大桩轴力位于桩顶两倍桩直径(一般应在桩顶3m深度范围)的深度范围内,特别是桩头1.0~1.5m深度范围,其质量是否合格直接影响到上部结构的稳定。为确保成桩质量,在第二次复搅下沉后喷浆提升时,可对桩头1.0~1.5m深度范围内适当增加输浆量以提高强度;再经过第三次复搅下沉最后提升出地面即可成桩。“二喷三搅法”最终的水泥掺入量保证达到设计要求——天然土重的15%。
5.4 施工主要技术参数
施工主要技术参数通过成桩工艺试验已经得出:
施工共采用6台SJB--II型双头搅拌机,6 台HB6-3型灰浆泵。
下沉速度和提升速度:下沉速度控制在≤2m/min,提升喷浆时提升速度控制不大于0.50m/min,并尽量采用较低提升速度。
设计水泥掺入比:水泥品种为普通硅酸盐425#;掺入量为拟加固土重的15%;通过安装的自动记录仪控制总的输浆量来满足水泥掺入比指标。通过室内试验后,掺入一定比例的粉煤灰和外加剂。
拌浆水灰比:按试桩得出的参数控制;实际水灰比采用0.63~0.64,上限保证不大于0.65;每槽灰浆的拌和时间不能少于2min,并拌和均匀。
采用自动记录仪控制输浆量,注浆泵压力保持在0.4~0.6Mpa;并使喷浆搅拌提升速度与输浆量同步。
施工用电:每台深搅机械的配套功率约82KW,在深搅施工期间要满足6台深搅机的用电需求,现有的临时变电站的功率无法达到,要及时增容来保证施工;另外,配备自发电系统来保障施工。
附:主要设备功率表
SJB--II深层搅拌桩机 6台 功率 74KW*6