地基加固喷浆量与提升速度匹配性监理控制措施.doc

地基加固工法中喷浆量与提升速度匹配性的监控

1、 前言
在地基加固几种工法（如双轴和三轴水泥土搅拌桩、高压旋喷桩）中，设计文件中只对水泥掺量和加固强度提出要求，地基加固技术规范中也只对浆液水灰比、喷浆压力等提出一定的控制范围指标要求，但具体到施工与如何将设计要求的水泥掺量均匀足量掺加到被加固土体中，施工单位报审的施工方案也不明确，致使监理人员旁站监控很难把握。大家知道，设计要求的水泥掺量在制备成水泥浆液后如何均匀而足量地掺加到被加固土体中与桩机的提升速度密切相关。这就要求喷浆量与提升速度很好地匹配。下面就将我们如何在监理工作中对喷浆量与提升速度匹配通过计算用定量控制的方法提出我们的具体做法，供大家参考。
2、 双轴水泥土搅拌桩喷浆量与提升速度的计算监控
2.1、双轴水泥土搅拌桩工艺流程
上海市建委曾发文要求双轴水泥土搅拌桩必须实行两喷三搅工艺，确保桩身质量。所谓的两喷三搅工艺即是：
桩机就位→预钻下沉到设计深度→第一次提升搅拌喷浆至沟底→第二次复搅下沉到设计深度（不喷浆）→第三次提升搅拌喷浆至沟底→提钻后桩机移位到下一根桩施工。（所谓沟底即施工前为清障所挖沟槽之底部）。
2.2、总喷浆量的计算控制
桩体中总的水泥浆液喷入量（即总浆量）可按下面公式进行计算
V=F×L×r×Aw×（1+Ac）×1000÷rd
式中V--总浆量（升）
F--双轴水泥土搅拌桩截面面积 F=0.71m2
L--设计桩长（m）
r—桩身穿越各层土体的加权平均重度（KN/m3） 一般取r=18 KN/m3
Aw—设计要求的桩体中水泥掺入率（%），一般软土地基中 Aw=12%~18%
Ac—设计要求或施工控制的浆液水灰比，一般Ac=0.4~0.6
—对应水灰比时的水泥浆液重度（KN/m3），可按下表查取

浆液水灰比
Ac
0.4
0.5
0.6
0.7
浆液重度
rd
19.1
18.0
17.1
16.5

上式中F×L×r×Aw为桩体中水泥掺入量（KN）
例如当桩长10米，设计要求水泥掺入率为12%，水泥浆液水灰比为0.5时，则桩体中水泥浆液总量应为
V=F×L×r×Aw×（1+Ac）×1000÷
=0.71m2×10m×18KN/m3×12%×（1+0.5）×1000÷18KN/m3
=1278升
当采用两喷三搅工艺施工时，每次的喷浆量即为V/2=639升
2.3、喷浆量与提升速度的匹配计算
水泥土搅拌桩是在搅拌轴旋转下沉至桩长设计深度后再提升喷浆的。这时两根搅拌轴边提升边旋转，中间一根喷浆管同时进行喷射水泥浆液。两根搅拌轴上的下部叶片在搅拌轴提升旋转过程中对喷入桩体中间的水泥浆液进行搅拌，使之均匀地掺加到桩身断面的土体中成为水泥
土桩。但如何使水泥浆液的总量在两次提升喷浆过程中均匀而全部掺加到全桩长的桩身土体中，这就与桩机的提升速度有关了。提升速度快了，总浆量用不完，也就是桩身全长度范围喷入的浆量少了，达不到设计要求的水泥掺入率。反之，则总浆量不够用，桩身上部的喷入浆量就少了，桩长范围就可能出现浆液分布不均匀，往往造成下部桩身喷入水泥浆液超过计算用量，而上部则可能小于计算用量。为此应对提升速度进行控制。按下式计算提升速度

式中V—桩机提升速度（m/min）,一般要求控制在v=0.7m/min左右
q—压浆泵的额定流量。水泥土搅拌桩一般用HB6-3型压浆泵，该泵的供浆流量为q=50升/min
L—桩长（m）
V—水泥浆液总用量（升）
仍按上面的示例（桩长10m，总浆量1278升），计算提升速度，
则
=0.78m/min
因此应按该速度值控制桩机的提升速度，使总浆量能在两次提升喷浆过程中均匀而足量喷入被加固的桩体土层中。
但是作为监理人员监督桩机的提升速度有一定难度，这主要因为桩机上无任何仪表可供查看，因此监理人员可根据下式算出的提升喷浆时间来进行控制就比较方便。将上式进行变换就可以算出提升喷浆时间t（两次提升合计）：
→
仍按上面的示例（桩长10m,总浆量1278升）
则
上面算出的提升喷浆时间25.56分钟是两次提升喷浆的总共需要的时间，因此每一次的提升喷浆时间应是12.78分钟。
2.4、浆量自动记录仪的配套使用与测读
根据上海市建委的有关文件规定，水泥土搅拌桩施工时必须安装浆量自动记录仪，不安装的不能施工。
浆量自动记录仪是一部自动同步跟踪注浆全过程的记录仪。浆量自动记录仪上有“光标”，光标上能显示某一深度处的水泥浆液注入量，操作桩机的工人可以很清晰的看出。当操作发现某一深度的浆液注入量小时，可通过调整桩机提升速度，使提升速度减慢；反之，提升速度加快。
浆量自动记录仪除有直观的“光标”外，还能打印出曲线图，标示出“段浆量”（即每10cm长度范围内水泥浆液注入量），显示沿桩长的浆量变化曲线。在这张打印出的曲线图上，我们还可以看到注浆深度（即桩长）和累计注入总浆量。
因此这是一部很好很真实的配套施工仪器，能直接反映出整个桩长范围内注浆均匀程度和注入的总浆量。通过查看与对比，我们可以清楚地看出是否与设计要求桩长和上述计算注浆总量的吻合程度，判断桩身质量。
2.5、监理旁站注浆过程控制要点
从上面的总浆量、提升速度和注浆时间计算中可以看出，监理人员在旁站时只要控制好以下几点就可以基本上控制住桩身质量了：
在搅拌的储浆桶中测定水泥浆液重度，对水灰比进行控制，每班抽查应记录。
控制每次下沉深度，使其符合设计桩长。
在提升喷浆时查看压浆泵的工作状态，确认整个喷浆过程达到额定供浆流量。
测定每次提升喷浆耗用时间，确认桩机提升速度是否满足计算要求。
收集流量自动记录仪打印出的曲线图，确认注浆深度（桩长）、段浆量和总浆量是否与计算控制值相符。
3、 三轴搅拌桩注浆量与下钻及提升速度匹配计算控制
3.1、三轴搅拌桩的施工工艺概述：
SMW工法所用的桩机为三轴水泥土搅拌桩桩机。该机中间一个轴是输送压缩空气的，两侧的两根轴是注浆搅拌轴，轴下部有搅拌用螺旋叶片。拌好的水泥浆是通过两台压浆泵分别给两根注浆搅拌轴供浆的。三轴搅拌桩施工时，在开始下钻过程中就同时给两根搅拌轴供浆和给中间轴输送压缩空气，桩机边下钻边旋转搅拌喷出的水泥浆液，加上中间轴底部喷出的压缩空气帮助搅拌水泥浆液使之与桩间土体拌和在一起成为水泥土桩。当搅拌轴下至设计深度后停止下钻，紧接着向上提升。提升搅拌过程中同时喷浆但不供压缩空气，直至地表为止。
3.2、三轴搅拌桩总注浆量的计算控制
从上述施工工艺中可以看出，三轴搅拌桩有两次喷浆过程：一次是下钻时，一次是提升时。这两次的喷浆量累计值即为总浆量。
总浆量亦可按下式进行计算：
V=F×L×r×Aw×（1+Ac）×1000÷rd
式中 F—三轴搅拌桩断面面积，当桩径为Φ850，桩间搭接250mm时，F=1.495m2
L--设计桩长（m）
r—桩穿越各层土体的加权平均重度，一般取r=18 KN/m3
Aw—设计要求的水泥掺入率，一般 Aw≧20%
Ac—水灰比，一般为1.5～2.0
—水泥浆液重度（KN/m3），可按下表查取

浆液水灰比Ac
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
浆液重度rd
13.64
13.45
13.28
13.13
12.99
12.86
示例：16m桩长，水泥掺入率20%，水灰比1.5。则总浆量为
V=F×L×r×Aw×（1+Ac）×1000÷
=1.495×16×18×20%×（1+1.5）×1000÷13.64
=15783升
即要求在两次喷浆过程中向桩身范围土体中喷入15783升水泥浆液。
3.3、下钻速度和提升速度的匹配计算
为了确保总注浆量的要求，对下钻速度和提升速度就要进行匹配性计算，使总浆量在下钻喷浆和提升喷浆时恰好用足。
3.3.1、下钻速度计算与控制
三轴搅拌桩下钻速度一般较提升速度要慢些，施工操作上基本是按提升速度的一半来设定，也就是下钻时喷浆量按总浆量的2/3来控制。
则下钻速度的计算公式为

式中q—供浆泵的额定流量。为两台泵同时给两根搅拌轴供浆。
BW200型供浆泵压力与排浆量关系见下表

注浆压力
4MPa
6MPa
排浆流量
200L/mim
125L/min

示例：L=16m桩长，Ф850，水泥掺入率20%，水灰比1.5，q=200L/min,V=15783升，则下钻速度

监理人员在旁站监理时应按下钻速度来控制下钻到设计深度时的历时。
t=L÷=16÷0.6=26.66min=27min
3.3.2、提升速度的计算与控制
根据以上总浆量在提升时的分配为浆量来计算提升速度

监理人员在旁站监理时应按提升速度来控制提升历时
t=L÷=16÷1.2=13min
3.4、三轴搅拌桩的质量控制要点
水泥原材料报验，压力表及流量表的校验报审
制备水泥浆液时，测定浆液比重，从而对水灰比进行控制，每班抽查并记录
旁站控制下钻和提升历时并记录
抽查压浆泵流量表数值及压力表数值是否符合要求
4、 高压旋喷桩注浆量与提升速度的匹配计算控制
高压旋喷桩分单管、二重管和三重管三种不同施工工艺，又分旋喷、定喷和摆喷三种方法。其中二重管是利用高压浆液扩孔成桩，而三重管是利用高压水扩孔成桩，但两者均是在提升旋转时喷浆，下钻时不喷浆。有的工程为扩大加固范围或提高加固强度也采用复喷措施。目前在软土地基加固中，主要是用二重管或三重管进行旋喷加固。
4.1、总注浆量的计算控制
V=F×L×r×Aw×（1+Ac）×1000÷
式中各字母同搅拌桩计算公式的含义
下面按某地地铁车站洞门外地基加固举例计算
示例：Ф800桩截面积F=0.5024m2,L=26m, r=18KN/m3，AW=25%,AC=0.8，=15.89KN/m3,设计要求桩体强度≥1.2MPa,采用三重管法，高压水泵压力≥25MPa，供浆泵压力≥1MPa，流量25L/min，空缩机供气压力=0.7MPa
V=F×L×r×Aw×（1+Ac）×1000÷
=0.5024×26×18×25%×（1+0.8）×1000÷15.89

=6658L
4.2、提升速度的匹配计算
式中q—供浆泵流量
仍按上例计算提升速度

4.3、监理旁站提升时间

仍按上例计算提升时间
t=L÷=2600cm÷10cm/min=260min
即一根桩的提升喷浆时间应控制在260分钟，才能保证6658L浆液均匀分布在26米长Ф800桩的加固柱状土体中。
4.4、高压旋喷桩的质量控制要点：
水泥原材料报验
压力表、流量表的校验报审。
用比重仪测定水泥浆液的重度并记录，从而控制浆液水灰比。
测定下钻深度是否满足设计桩长。
旁站监理提升喷浆历时并记录，从而控制桩机提升速度。
抽查压力表和流量表实际控制数值，是否满足要求。
5.结语
地基加固质量的好坏直接取决于注入浆液的量和均匀程度，监理人员在旁站监理过程中应严格按照监理细则中计算出的注浆量、提升（或下钻）速度和施工过程历时来认真控制，并认真做好旁站记录，才能对施工质量进行有效监控，确保满足设计和有关规范的要求。