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(dòng)車段檢修設(shè)施工程項(xiàng)目經(jīng)理部發(fā)布人：郭揚(yáng)眉成都動(dòng)車段蓉城歲月QC小組一、小組簡介小組名稱成都動(dòng)車段蓉城歲月QC小組接受QC教育時(shí)間（h）活動(dòng)時(shí)間2013年8月~2013年12月活動(dòng)次數(shù)每周2次小組人數(shù)7人小組成員序號(hào)姓名性別年齡學(xué)歷組內(nèi)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(yáng)眉男28本科組員助工1105張寧女27本科組員技術(shù)員1106王富強(qiáng)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(shí)，已全部取得合格證書二、工程概況（一）工程簡介新建成都動(dòng)車段檢修設(shè)施工程位于成都動(dòng)車運(yùn)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(dòng)車組規(guī)模設(shè)計(jì)。新建三級(jí)修庫線2條、檢修存車線3條、整編靜調(diào)庫線4條，走行線、試車線和車體吹掃線各1條，檢修設(shè)備830臺(tái)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(dān)我國西南CRH1和CRH2型動(dòng)車組三級(jí)修。（二）高壓旋噴樁地基處理簡介

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，三級(jí)修庫架車機(jī)基礎(chǔ)1-30軸地基需要采用高壓旋噴樁進(jìn)行加固處理，樁徑500mm，布置間距1.0m，樁長8.0m，加固標(biāo)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(fù)合地基承載力特征值大于等于160KPa，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于等于3000KPa，水泥漿水灰比1:1，經(jīng)室內(nèi)配比試驗(yàn)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(zhuǎn)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(dòng)小、噪音較低。旋噴樁施動(dòng)畫.flv（三）地質(zhì)情況簡介首先我們先來看看架車機(jī)基礎(chǔ)1-30軸地質(zhì)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(zhì)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(biāo)高起伏較大，土質(zhì)情況比較復(fù)雜。硬塑成都粘土屬于膨脹土，土質(zhì)硬，不均勻，夾雜少量高嶺土。（一）問題的提出從地質(zhì)斷面圖中可以看出，在高壓旋噴樁加固的土層標(biāo)高范圍內(nèi)（497.85m~489.85m）既有軟塑土又有硬塑土（樁進(jìn)入深度約1~4.5m），而《建筑地基處理技術(shù)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(nèi)的硬塑粘土區(qū)域采用單管施工工藝（噴漿壓力30MPa）進(jìn)行了高壓旋噴樁試樁施工，用以驗(yàn)證高壓旋噴樁在硬塑土中的施工質(zhì)量。小組于2013年9月10~9月12日對試樁的成樁質(zhì)量進(jìn)行了檢查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表：三、選擇課題

試樁編號(hào)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)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(dá)不到設(shè)計(jì)要求500mm從檢查結(jié)果來看，12根試樁僅有3根質(zhì)量是合格的，小組查閱了相關(guān)資料并請教了成都地區(qū)有相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)專家，主要原因是硬塑土土質(zhì)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(shè)計(jì)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(shè)定目標(biāo)課題目標(biāo)：利用常見的施工機(jī)械，研究出一種經(jīng)濟(jì)、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(biāo)值：1、保證高壓旋噴樁樁徑達(dá)到0.5m，樁長達(dá)到8.0m，無

側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到3.0MPa，單樁承載力達(dá)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(shí)間為52分鐘）；3、費(fèi)用增加不超過高壓旋噴樁人工、機(jī)械費(fèi)總費(fèi)

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(zhì)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?nèi)绻軌蛳朕k法先攪動(dòng)加固范圍內(nèi)的土層，使土體松動(dòng)，粒徑均勻，再采用單管注漿法進(jìn)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(jī)鉆頭帶有葉片，能夠起到攪動(dòng)土體的作用，可先采用水泥土攪拌樁機(jī)引孔，攪拌機(jī)鉆桿在下沉及提升的過程中攪動(dòng)土層，再利用高壓旋噴樁鉆桿鉆進(jìn)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(jī)的鉆頭進(jìn)行改造，可通過焊接增大鉆頭直徑，增大土體攪動(dòng)范圍，利用改造后的鉆桿下沉?xí)r攪動(dòng)土層，提升時(shí)噴射高壓水泥漿，達(dá)到?jīng)_切土體的目的。方案3：對水泥土攪拌樁樁機(jī)進(jìn)行改造，使其帶葉片鉆頭在鉆進(jìn)下沉過程中攪動(dòng)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(dú)采用水泥土攪拌樁樁機(jī)引孔，每米高壓旋噴樁機(jī)械費(fèi)用增加約20元，共計(jì)增加約80萬元機(jī)械費(fèi)，且對周圍承臺(tái)施工有影響。方案二：改裝高壓旋噴樁樁機(jī)，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(jìn)機(jī)械動(dòng)力較?。s11KW），增大葉片直徑后鉆進(jìn)阻力增大，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)5個(gè)點(diǎn)，樁長達(dá)不到設(shè)計(jì)要求8.0m。更換前高壓旋噴樁樁機(jī)鉆頭，不帶葉片在原有鉆頭兩側(cè)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(jī)，需要更換高壓注漿泵、注漿管及調(diào)速器，改裝過程相對較復(fù)雜，但是鉆進(jìn)動(dòng)力大，能夠滿足鉆進(jìn)孔深要求。針對上述論證，我們進(jìn)一步對三個(gè)方案的有效性、可靠性、可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評價(jià)打分。各對策方案綜合評估表序號(hào)對策方案綜合分析評估綜合得分確定實(shí)施與否可實(shí)施性經(jīng)濟(jì)性預(yù)計(jì)有效性不影響其他工作1采用水泥土攪拌樁樁機(jī)引孔，再用高壓旋噴樁樁機(jī)噴射注漿。1、可實(shí)施。2、需要額外投入機(jī)械費(fèi)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(tái)基礎(chǔ)開挖。315110不采用2改裝現(xiàn)有的高壓旋噴樁樁機(jī)。1、改裝簡單，容易實(shí)施。2、增加費(fèi)用小。3、地基加固效果較好4、不影響其他工作5、機(jī)械動(dòng)力較小，有可能鉆進(jìn)深度不夠531514可采用3改裝現(xiàn)有的水泥土攪拌樁機(jī)。1、改裝較簡單，可實(shí)施。2、增加費(fèi)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(jié)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(jìn)行實(shí)施。六、制定對策方案對策目標(biāo)措施地點(diǎn)負(fù)責(zé)人實(shí)施日期方案3對現(xiàn)有水泥土攪拌樁樁機(jī)進(jìn)行改造，并重新打試樁1、高壓旋噴樁直徑滿足設(shè)計(jì)要求2、樁體均勻3、樁長滿足設(shè)計(jì)要求4、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及承載力滿足設(shè)計(jì)要求1、利用水泥土攪拌樁樁機(jī)現(xiàn)有鉆頭；2、更換高壓注漿管；3、更換調(diào)速器；4、更換高壓注漿泵。施工現(xiàn)場王富強(qiáng)郭揚(yáng)眉熊偉華2013年9月18日~9月25日1、按照方案3的對策計(jì)劃實(shí)施小組利用3天時(shí)間，對現(xiàn)有水泥土攪拌樁樁機(jī)進(jìn)行了改造；

實(shí)施一：利用水泥攪拌樁樁機(jī)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(shí)施

實(shí)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(shí)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(qiáng)

實(shí)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(jī)調(diào)速器，以達(dá)到降低鉆桿提速的目的。2、試驗(yàn)驗(yàn)證

該機(jī)械改造完成后，于2013年9月21日在施工現(xiàn)場進(jìn)行了試驗(yàn)。共選擇了10個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果：1）10根試樁鉆進(jìn)深度均能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求8.0m；2）試樁成樁7天后，進(jìn)行淺開挖檢查，最小樁徑為500mm，最大樁徑527mm，

樁徑均能滿足設(shè)計(jì)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(zhì)量4）2013年10月25日~10月27日對設(shè)備基礎(chǔ)高壓旋噴樁抽取5根進(jìn)行鉆芯取樣，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁身質(zhì)量完整。

5）2013年10月29日~2013年10月30日對設(shè)備基礎(chǔ)高壓旋噴樁抽取5根進(jìn)行承

載力檢測，均能滿足設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)場進(jìn)行高壓旋噴樁承載力檢測八、效果確認(rèn)（一）目標(biāo)值完成情況1、對保證高壓旋噴樁施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求目標(biāo)的確認(rèn)；對試樁的樁徑、樁身質(zhì)量及承載力進(jìn)行了檢查，均能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，從而目標(biāo)1得到了確認(rèn)。

2、對施工時(shí)間的確認(rèn)；

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(jì)10小時(shí)24分鐘，平均每根樁施工時(shí)間約52分鐘；改裝后的高壓旋噴樁樁機(jī)每施工試樁10根，共計(jì)8小時(shí)15分鐘，平均每根樁施工時(shí)間約49.5分鐘，施工時(shí)間未增加，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)2。

3、對施工成本的確認(rèn)：

經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，3名工人改裝1臺(tái)樁機(jī)需要3天，人工費(fèi)單價(jià)為150元/工日，

改裝1臺(tái)機(jī)械人工費(fèi)：3×3×150=1350（元）改造所用的材料及設(shè)備均為既有材料、設(shè)備，且整套設(shè)備可以直接用于其它工程，因此不增加材料、設(shè)備費(fèi)用。則改裝1臺(tái)機(jī)械花費(fèi)1350元，總共改裝4臺(tái)，改裝費(fèi)用共計(jì)5400元，小于目標(biāo)值10000元，目標(biāo)3得以實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)過效