支护结构施工模板.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。6-2-7 支护结构施工6-2-7-1 钢板桩施工1常见钢板桩及质量标准钢板桩支护由于其施工速度快, 可重复使用, 因此在一定条件下使用会取得较好的效益。常见的钢板桩有U型和Z型, 其它还有直腹板式、 H型和组合式钢板桩。国产的钢板桩只有鞍W型和包W型拉森式( U型) 钢板桩, 如表6-74所示。其它还有一些国产宽翼缘热轧槽钢用于不太深的基坑作为支护应用。国产拉森式( U型) 钢板桩 表6-74日本是生产钢板桩较多的国家之一, 拉森式、 Z型、 直腹板式、 H型、 组合式钢板桩皆生产, 现只举其中一部分如表6-75所示。美国亦生产较多的钢板桩。除日、 美外, 德、 法、 卢森堡等国家亦生产钢板桩。钢板桩的质量标准如表6-76所示。重复使用的钢板桩检验标准如表6-77所示。日本生产的钢板桩 表6-75钢板桩质量标准 表6-76重复使用的钢板桩检验标准 表6-77序号检查项目允许偏差检查方法单位数值1桩垂直度%1钢尺量2桩身弯曲度2%ll为桩长, 钢尺量3齿槽平直度及光滑度无电焊渣或毛刺1m长桩段作经过试验4桩长度不小于设计长度钢尺量2钢板桩施工前准备工作( 1) 钢板桩检验钢板桩材质检验和外观检验, 对焊接钢板桩, 尚需进行焊接部位的检验。对用于基坑临时支护结构的钢板桩, 主要进行外观检验, 并对不符合形状要求的钢板桩进行矫正, 以减少打桩过程中的困难。1) 外观检验 包括表面缺陷、 长度、 宽度、 高度、 厚度、 端头矩形比、 平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意: 对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除; 有割孔、 断面缺损的应予以补强; 若钢板桩有严重锈蚀, 应测量其实际断面厚度, 以便决定在计算时是否需要折减。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。2) 材质检验 对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验。它包括钢材的化学成分分析, 构件的拉伸、 弯曲试验, 锁口强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、 弯曲试验。每2550t的钢板桩应进行两个试件试验。( 2) 钢板桩的矫正钢板桩为多次周转使用的材料, 在使用过程中会发生板桩的变形、 损伤, 偏差超过表6-77中数值者, 使用前应进行矫正与修补。其矫正与修补方法如下: 1) 表面缺陷修补一般先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污, 然后用焊接修补的方法补平, 再用砂轮磨平。2) 端部平面矫正 一般用氧乙炔切割部分桩端, 使端部平面与轴线垂直, 然后再用砂轮对切割面进行磨平修整。当修整量不大时, 也可直接采用砂轮进行修理。3) 桩体挠曲矫正 腹向弯曲矫正时两端固定在支承点上, 用设置在龙门式顶梁架上的千斤顶顶在钢板桩凸处进行冷弯矫正; 侧向弯曲矫正一般在专门的矫正平台上进行。4) 桩体扭曲矫正 这种矫正较复杂。可视扭曲情况采用上述3中的方法矫正。5) 桩体局部变形矫正。对局部变形处用氧乙炔热烘与千斤顶顶压、 大锤敲击相结合的方法进行矫正。6) 锁口变形矫正 用标准钢板桩作为锁口整形胎具, 采用慢速卷扬机牵拉调整处理, 或采用氧乙炔热烘和大锤敲击胎具推进的方法进行调直处理。( 3) 打桩机选择打设钢板桩, 自由落锤、 汽动锤、 柴油锤、 振动锤等皆可, 但使用较多的为振动锤。如使用柴油锤时, 为保护桩顶因受冲击而损伤和控制打入方向, 在桩锤和钢板桩之间需设置桩帽。部分国产及国外振动锤的技术参数如表6-78和表6-79所示。国产振动锤技术性能 表6-78日本部分振动锤技术性能 表6-79振动打桩机是将机器产生的垂直振动传给桩体, 使桩周围的土体因振动产生结构变化, 降低了强度或产生液化, 板桩周围的阻力减少, 利于桩的贯入。振动打桩机打设钢板桩施工速度快, 更有利于拔钢板桩, 不易损坏桩顶, 操作简单。但其对硬土层( 砂质土N50; 粘性土N30) 贯入性能较差, 桩体周围土层要产生振动; 耗电较多。选择振动锤时, 可根据需要的振幅As和偏心力矩M0来进行选择。需要的振幅As, 按下列公式计算: 对砂土: ( mm) ( 6-105) 对粘性土、 粉土: As( mm) ( 6-106) 式中 N桩尖所在土层的标准贯入值; L钢板桩长度( m) 。需要的偏心力矩M0, 按下式计算: ( Ncm) ( 6-107) 式中 Qp钢板桩自重( N) ; As板桩需要的振幅( mm) 。( 4) 导架安装为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直, 控制桩的打入精度, 防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力, 一般都需要设置一定刚度的、 坚固的导架, 亦称”施工围檩”。导架一般由导梁和导桩等组成, 它的形式, 在平面上有单面和双面之分, 在高度上有单层和双层之分。一般常见的是单层双面导架( 图6-102) 。导桩的间距一般为2.53.5m, 双面导梁之间的间距一般比板桩墙高度大815mm。图6-102 导架1-导梁; 2-导桩导架的位置不能与钢板桩相碰。导桩不能随着钢板桩的打设而下沉或变形。导梁的高度要适宜, 要有利于控制钢板桩的施工高度和提高工效, 要用经纬仪和水平仪控制导梁的位置和标高。3钢板桩打设和拔除( 1) 打入方式选择1) 单独打入法: 这种方法是从板桩墙的一角开始, 逐块( 或两块为一组) 打设, 直至工程结束。这种打入方法简便、 迅速, 不需要其它辅助支架。可是易使板桩向一侧倾斜, 且误差积累后不易纠正。为此, 这种方法只适用于板桩墙要求不高、 且板桩长度较小( 如小于10m) 的情况。2) 屏风式打入法: 这种方法是将1020根钢板桩成排插入导架内, 呈屏风状, 然后再分批施打。施打时先将屏风墙两端的钢板桩打至设计标高或一定深度, 成为定位板桩, 然后在中间按顺序分1/3, 1/2板桩高度呈阶梯状打入( 图6-103) 。图6-103 导架及屏风式打入法1-导桩; 2-导梁; 3-两端先打入的定位钢板桩这种打桩方法的优点是能够减少倾斜误差积累, 防止过大的倾斜, 而且易于实现封闭合拢, 能保证板桩墙的施工质量。其缺点是插桩的自立高度较大, 要注意插桩的稳定和施工安全。一般情况下多用这种方法打设板桩墙, 它耗费的辅助材料不多, 但能保证质量。屏风式打入法按屏风组立的排数, 分为单屏风、 双屏风和全屏风。单屏风应用最普遍; 双屏风多用于轴线转角处施工; 全屏风只用于要求较高的轴线闭合施工。按屏风式打入法施打时, 一排钢板桩的施打顺序有多种, 视施工时具体情况选择。施打顺序影响钢板桩的垂直度、 位移、 板桩墙的凹凸和打设效率。中国规定的钢板桩打设允许误差: 桩顶标高100mm; 板桩轴线偏差100mm; 板桩垂直度1%。( 2) 钢板桩的打设先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩, 插桩时锁口要对准, 每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击。在打桩过程中, 为保证钢板桩的垂直度, 用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移, 可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板, 阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板块的位置, 以便随时检查校正。钢板桩分几次打入, 如第一次由20m高打至15m, 第二次则打至10m, 第三次打至导梁高度, 待导架拆除后第四次才打至设计标高。打桩时, 开始打设的第一、 二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度, 它能够起样板导向作用, 一般每打入1m应测量一次。1) 钢板桩的转角和封闭钢板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整倍数, 或者板桩墙的轴线较复杂, 钢板桩的制作和打设也有误差, 这些都会给钢板桩墙的最终封闭合拢带来困难。钢板桩墙的转角和封闭合拢施工, 可采用下述方法: 采用异形板桩: 异形板桩的加工质量较难保证, 而且打入和拔出也较困难, 特别是用于封闭合拢的异形板桩, 一般是在封闭合拢前根据需要进行加工, 往往影响施工进度, 因此应尽量避免采用异形板桩。连接件法: 此法是用特制的”( Omega) 和”( Delta) 型连接件来调整钢板桩的根数和方向, 实现板桩墙的封闭合拢。钢板桩打设时, 预先测定实际的板桩墙的有效宽度, 并根据钢板桩和连接件的有效宽度确定板桩墙的合拢位置。骑缝搭接法: 利用选用的钢板桩或宽度较大的其它型号的钢板桩作闭合板桩, 打设于板桩墙闭合处。闭合板桩应打设于挡土的一侧。此法用于板桩墙要求较低的工程。轴线调整法: 此法是经过钢板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整实现封闭合拢。封闭合拢处最好选在短边的角部。轴线修正的具体作法如下( 图6-104) : 图6-104 轴线修正a沿长边方向打至离转角桩约尚有8块钢板桩时暂时停止, 量出至转角桩的总长度和增加的长度; b在短边方向也照上述办法进行; c根据长、 短两边水平方向增加的长度和转角桩的尺寸, 将短边方向的导梁与围檩桩分开, 用千斤顶向外顶出, 进行轴线外移, 经核对无误后再将导梁和围擦桩重新焊接固定; d在长边方向的导梁内插桩, 继续打设, 插打到转角桩后, 再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩; e根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打, 最后一块封闭合拢的钢板桩, 设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。2) 打桩时问题的处理阻力过大不易贯入: 原因主要有两方面, 一是在坚实的砂层、 砂砾层中沉桩, 桩的阻力过大; 二是钢板桩连接锁口锈蚀、 变形, 入土阻力大。对第一种情况, 可伴以高压冲水或改以振动法沉桩, 不要用锤硬打; 对第二种情况, 宜加以除锈、 矫正, 在锁口内涂油脂, 以减少阻力。钢板桩向打设前进方向倾斜: 在软土中打桩, 由于锁口处的阻力大于板桩与土体间的阻力, 使板桩易向前进方向倾斜。纠正方法是用卷扬机和钢丝绳将板桩反向拉住后再锤击, 或用特制的楔形板桩进行纠正。打设时将相邻板桩带入: 在软土中打设钢板桩, 如遇到不明障碍物或板桩倾斜时, 板桩阻力增大, 会把相邻板桩带入。处理方法是: 用屏风法打设; 把相邻板桩焊在导梁上; 在锁口处涂以黄油减少阻力。( 3) 钢板桩拔除在进行基坑回填土时, 要拔除钢板桩, 以便修整后重复使用。拔除前要研究钢板桩拔除顺序、 拔除时间及桩孔处理方法。1) 钢板桩拔除阻力计算拔除阻力由下式计算: FFeFs ( 6-108) 式中 Fe钢板桩与土的吸附力; FeUL ( 6-109) U钢板桩周长; L钢板桩在不同土中的长度; L钢板桩在不同土层中的静吸附力或动吸附力( 用于静力拔桩和振动拔桩) , 表6-80; Fs钢板桩的断面阻力; Fs1.2EaBH ( 6-110) Ea作用在钢板桩上的主动土压力强度; B钢板桩宽度; H钢板桩在土中的深度; 钢板桩与土体之间的摩擦系数( 0.350.40) 。钢板桩在不同土质中的吸附力 表6-80土质静吸附力d( kN/m2) 动吸附力v( kN/m2) 动吸附力v( 含水量很少时) ( kN/m2) 粗砂砾34.02.55.0中砂( 含水) 36.03.04.0细砂( 含水) 39.03.54.5粉土( 含水) 24.04.06.5砂质粉土( 含水) 29.03.55.5粘质粉土( 含水) 47.05.5粉质粘土30.04.0粘土50.07.5硬粘土75.013.0非常硬的粘土130.025.02) 钢板桩拔出方法钢板桩的拔出, 从克服板桩的阻力着眼, 根据所用拔桩机械, 拔桩方法有静力拔桩、 振动拔桩和冲击拔桩。静力拔桩主要用卷扬机或液压千斤顶, 但该法效率低, 有时难以顺利拔出, 较少应用。振动拔桩是利用机械的振动激起钢板桩振动, 以克服和削弱板桩拔出阻力, 将板桩拔出。此法效率高, 用大功率的振动拔桩机, 可将多根板桩一起拔出。当前该法应用较多。冲击拔桩是以高压空气、 蒸汽为动力, 利用打桩机给予钢板桩以向上的冲击力, 同时利用卷扬机将板桩拔出。下面介绍振动拔桩法: 与土质有关的振动拔桩参数: 振动拔桩机的适用范围 表6-81拔桩机功率( kW) 钢板桩型号和长度( m) 砂质土粘性土3.77.5轻型8轻型61115II型12II型92230III型16III型125560IV型24IV型18120150V型36V型36a振动频率: 在某一振动频率下, 土与板桩间的阻力才会破坏, 板桩容易拔出。该频率与土质有关: 粗砂在频率50Hz时产生液化; 坚硬粘土在50Hz下才出现松动现象。工程中为各类土分层构成, 实用的振动频率为8.325Hz。b振幅: 在频率为16.7Hz时, 使砂土产生液化的最小振幅约为3mm以上, 使粘性土、 粉土减少其粘着力的最小振幅约为4mm以上。c激振力: 强制振动的激振力, 亦必须达到一定的数值( kN) , 才能减弱土对板桩的阻力。振动拔桩机的选用。振动拔桩机的型号很多, 各有其适用范围, 要选择得当, 才能取得较好的效果。表6-81可供初选时参考。拔桩施工。钢板桩拔除的难易, 取决于打入时顺利与否。在硬土、 密实砂土中打入时困难, 特别是打入时咬口产生变形或垂直度很差, 则拔桩时会遇到很大的阻力。如基坑开挖时, 支撑( 拉锚) 不及时, 使板桩产生很大的变形, 拔出亦困难。在软土地区, 拔桩时由于产生空隙会引起土层扰动, 会使基坑内已施工的结构或管线产生沉降, 亦可能引起周围地面沉降而影响周围的建筑物、 地下管线和道路的安全。为此在拔桩时要采取措施, 对拔桩造成的孔隙及时回填, 当控制地层位移有较高要求时, 宜进行跟踪注浆。钢板桩拔除, 需注意下列事项: a作业前详细了解土质及板桩打入情况、 基坑开挖后板桩变形情况等, 依此判断拔桩的难易程度; b基坑内结构施工结束, 要进行回填, 尽量使板桩两侧土压平衡, 有利于拔桩作业; c拔桩设备有一定的重量, 要验算其下的结构承载力。如压在土层上, 由于地面荷载较大, 需要时设备下应放置路基箱或枕木; d作业范围内的重要管线、 高压电缆等要注意观察和保护; e板桩拔出会形成孔隙, 必须及时填充, 否则会造成邻近建筑和设施的位移及地面沉降。宜用膨润土浆液填充, 也可跟踪注入水泥浆; f如钢板桩拔不出, 可采取下述措施: ( a) 用振动锤等再复打一次, 以克服与土的粘着力及咬口间的铁锈等产生的阻力; ( b) 按与板桩打设顺序相反的次序拔桩; ( c) 板桩承受土压一侧的土较密实, 在其附近并列打入另一根板桩, 可使原来的板桩顺利拔出; ( d) 在板桩两侧开槽, 放入膨润土浆液( 或粘土浆) , 拔桩时可减少阻力。( 4) 钢板桩施工中常见问题及处理方法( 表6-82) 。钢板桩打设中常见问题的原因及处理 表6-82常见问题原因处理方法倾斜( 板桩头部向打桩行进方向倾斜) 被打桩与邻桩锁口间阻力较大, 而打桩行进方向的贯入阻力小施工过程中用仪器随时检查、 控制、 纠正; 发生倾斜时用钢丝绳拉住桩身, 边拉边打, 逐步纠正; 对先打的板桩适度预留偏差( 反向倾斜) 扭转锁口是铰式连接在打桩行进方向用卡板锁住板桩的前锁口; 在钢板桩与围檩之间的两边空隙内, 设滑轮支架, 制止板桩下沉中的转动; 在两块板桩锁口扣搭处的两边, 用垫铁和木榫填实共连( 打板桩时和已打入的邻桩一起下沉) 钢板桩倾斜弯曲, 使槽口阻力增加发生板桩倾斜及时纠正; 把相邻已打好的桩( 数块) 用角铁电焊临时固定水平伸长( 沿打桩行进方向长度增加) 钢板桩锁口扣搭处有空隙属正常现象。对四角要求封闭的挡墙, 设计时要考虑水平伸长值, 可在轴线修正时纠正6-2-7-2 水泥土墙施工深层搅拌水泥土桩墙, 是采用水泥作为固化剂, 经过特制的深层搅拌机械, 在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌形成水泥土, 利用水泥和软土之间所产生的一系列物理-化学反应, 使软土硬化成整体性的并有一定强度的挡土、 防渗墙。1水泥土配合比水泥土墙的稳定及抗渗性能取决于水泥土的强度及搅拌的均匀性, 因此, 选择合适的水泥土配合比及搅拌工艺对确保工程质量至关重要。土与水泥经过机械搅拌, 两者间发生物理化学反应, 在水泥土中, 水泥的水解和水化反应是在具有一定活性的介质土的围绕下进行的, 其硬化速度较慢且作用复杂, 因此水泥土的强度增长也较缓慢。水泥与土之间的一系列物理化学反应过程主要包括水泥的水解与水化反应; 粘土颗粒与水泥水化物的之间离子交换与团粒化作用; 水泥水化物中游离的氢氧化钙Ca( OH) 2与空气中的二氧化碳( CO2) 的碳酸化作用及水泥水化析出的钙离子与粘土矿物的凝硬作用。经过上述一系列物理化学反应, 使土的性质大大改进而形成具有一定强度、 整体性和水稳定性的水泥土。在水泥土墙设计前, 一般应针对现场土层性质, 经过试验提供各种配合比下的水泥土强度等性能参数, 以便设计选择合理的配合比。在有工程经验且地质条件较为简单的情况下, 也可参考类似工程经验。一般以水泥土28h龄期的无侧限抗压强度qu不低于1MPa作为水泥土墙的强度标准。( 1) 材料要求1) 水泥水泥土墙可采用不同品种的水泥, 如普通硅酸盐水泥、 矿渣水泥、 火山灰水泥及其它品种的水泥, 也可选择不同强度等级的水泥。一般工程中以强度等级32.5的普硅酸盐水泥为宜。2) 搅拌用水搅拌用水按混凝土拌合用水标准( JGJ 63-89) 的规定执行。要求搅拌用水不影响水泥土的凝结与硬化。水泥土搅拌用水中的物质含量限值可参照素混凝土的要求。见表6-83。水泥土用水中的物质含量限值 表6-83水中物质含量pH值4不溶物( mg/L) 5000可溶物( mg/L) 10000氯化物( 以CL计, mg/L) 3500硫酸盐( 以SO42计, mg/L) 2700硫化物( 以S2计, mg/L) -3) 地下水由于水泥土是在自然土层中形成的, 地下水的侵蚀性对水泥土强度影响很大, 尤以硫酸盐( 如Na2SO4) 为甚, 它会对水泥产生结晶性侵蚀, 甚至使水泥丧失强度。因此在海水渗入等地区地下水中硫酸盐含量高, 应选用抗硫酸盐水泥, 防止硫酸盐对水泥土的结晶性侵蚀, 防止水泥土出现开裂、 崩解而丧失强度的现象。( 2) 配合比选择1) 水泥掺入比aw水泥掺入比aw是指掺入水泥重量与被加固土的重量( 湿重) 之比, 即: aw掺入的水泥重量被加固土的重量( %) ( 6-111) 水泥土墙水泥掺入比aw一般选用12%14%, 低于7%的水泥掺量对水泥土固化作用小, 强度离散性大, 故一般掺量不低于7%。对有机质含量较高的洪土和新填土, 水泥掺量应适当增大, 一般可取15%18%。当采用高压喷射注浆法施工时, 水泥掺量应增加到30%左右。2) 水灰比( 湿法搅拌) 湿法搅拌时, 加水泥浆的水灰比可采用0.450.50。3) 外掺剂为改进水泥土的性能或提高早期强度, 宜加入外掺剂, 常见的外掺剂有粉煤灰、 木质素磺酸钙、 碳酸钠、 氯化钙、 三乙醇胺等。各种外掺剂对水泥土强度有着不同的影响, 掺入合适的外掺剂, 既可节约水泥用量, 又可改进水泥土的性质, 同时也利用一些工业废料, 减少对环境的影响。表6-84为常见外掺剂的作用及其掺量, 可供参考水泥土外掺剂及掺量 表6-84外掺剂作用掺量( %) 粉煤灰早强、 填充5080木质素磺酸钙减水、 可泵、 早强0.20.5碳酸钠早强0.20.5氯化钙早强25三乙醇胺早强0.050.2石膏缓频、 早凝2水玻璃早强2外掺剂掺量系外掺剂用量与水泥用量之比。除上述外掺剂外, 将生石灰粉与水泥混合使用或掺入适量( 如相当于水泥重量的2%) 的石膏, 对提高水泥土的强度也有显著作用。另外, 将几种外掺剂按不同配方掺入水泥, 对水泥土强度提高也有不同作用。为有效的确定水泥土的配合比, 可进行水泥土的室内配合比试验, 测定各龄期的无侧限抗压强度, 以了解最合适的水泥品种与配合比, 以及水泥土的强度增长规律。2水泥土的物理力学性质( 1) 重度水泥土的重度与水泥掺入比及搅拌工艺有关, 水泥掺入比大, 水泥土的重度也相应较大, 当水泥掺入比在8%20%之间, 采用湿法施工的水泥土重度比原状土增加约2%4%。( 2) 含水量水泥土的含水量一般比原状土降低7%15%。水泥掺量越大或土层天然含水量越高, 则经水泥搅拌后其含水量降低幅度越大。( 3) 抗渗性水泥土具有较好的抗渗性能, 其渗透系数k一般在10-710-8cm/s, 抗渗等级可达到0.20.4MPa级。水泥土的抗渗性能也随水泥掺入比提高而提高。在相同水泥掺入比的情况下, 其抗渗性能随龄期增加而提高。( 4) 无侧限抗压强度水泥土的无侧限抗压强度qu在0.34.0MPa之间, 比原状土提高几十倍乃至几百倍。影响水泥土无侧限抗压强度的主要因素有: 水泥掺量、 水泥强度等级、 龄期、 外掺剂、 土质及土的含水量。水泥掺入比aw在10%15%之间, 水泥土的抗压强度随其相应的水泥掺入比的增加而增大, 且具有较好的相关性, 经回归分析, 可得到两者呈幂函数关系, 其关系式为: ( 6-112) 式中 qu1水泥掺入比aw1的水泥土抗压强度; qu2水泥掺入比aw2的水泥土抗压强度。水泥强度等级直接影响水泥土的强度, 水泥强度等级提高10级, 水泥土强度fcu约增大20%30%。如要求达到相同强度, 水泥强度等级提高10级可降低水泥掺入比2%3%。水泥土强度随龄期的增长而提高。由于水泥土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同, 在水泥加固土中, 由于水泥掺量很小, 水泥的水解和水化反映是在具有一定活性的土中进行, 其强度增长过程比混凝土缓慢得多。它在早期( 714d) 强度增长并不明显, 而在28d以后仍有明显增加, 并可持续增长至120d, 以后增长趋势才成缓慢趋势。因此, 中国建筑地基处理技术规范JGJ 79-91规定将90d龄期试块的无侧限抗压强度为水泥土的强度标准值。但在基坑支护结构中, 往往由于工期的关系, 水泥土养护不可能达到90d, 故仍以28d强度作为设计依据, 因此在设计中应考虑这一因素。由抗压强度试验得知, 在其它条件相同时, 不同龄期的水泥土抗压强度与时间关系大致呈线性关系, 其关系式如下: qu7( 0.470.63) qu28; qu14( 0.620.80) qu28; qu60( 1.151.46) qu28; qu90( 1.431.80) qu28; qu90( 1.732.82) qu7; qu90( 2.373.73) qu14; ( 6-113) 式中 qu7、 qu14qu90分别表示7d、 14d90d龄期的水泥土无侧限抗压强度。外掺剂对水泥土强度亦有影响, 不同的外掺剂及不同的配方与其影响程度各异。土质与土的含水量对水泥土强度影响也很大。一般地说, 初始性质较好的土加固后强度增加较大, 初始性质较差的土加固后强度增加较小。如土中含砂量较大, 则水泥土强度可显著提高。土的天然含水量较小则加固后强度较高, 而天然含水量较大则加固后强度较低。试验表明如土的含水量从157%降低到47%, 在水泥掺入比为10%的情况下, 28d无侧限抗压强度可从0.26MPa增加到2.32MPa。( 5) 抗拉强度t水泥土抗拉强度与抗压强度有一定关系, 一般情况下, t在( 0.150.25) qu之间。( 6) 抗剪强度水泥土抗剪强度随抗压强度增加而提高, 但随着抗压强度增大, 抗剪强度增幅减小。当水泥土qu0.54MPa时, 其粘聚力c在0.11.1MPa之间, 即约为qu的20%30%。其摩擦角在2030之间。( 7) 变形特性水泥土与未加固土典型的应力应变关系的比较如图6-105。该图表明, 水泥土的强度虽较未加固土增加很多, 但其破坏应变量f却急剧减小。因此设计时对未加固土的抗剪强度不宜考虑最大值, 而应考虑相对于桩体破坏应变量的适当值。同时, 水泥土抗压强度越大, 其破坏应变量越小。图6-105 水泥土的变形特性试验表明, 水泥土的变形模量与无侧限抗压强度有一定关系, 当qu0.54.0MPa时, 其50d后的变形模量E50( 120150) qu。3施工工艺选择水泥土墙施工工艺可采用下述三种方法: ( 1) 喷浆式深层搅拌( 湿法) ; ( 2) 喷粉式深层搅拌( 干法) ; ( 3) 高压喷射注浆法( 也称高压旋喷法) 。在水泥土墙中采用湿法工艺施工时注浆量较易控制, 成桩质量较为稳定, 桩体均匀性好。迄今为止, 绝大部分水泥土墙都采用湿法工艺, 无论在设计与施工方面都积累了丰富的经验, 故一般应优先考虑湿法施工工艺。干法施工工艺虽然水泥土强度较高, 但其喷粉量不易控制, 搅拌难以均匀, 桩身强度离散较大, 出现事故的概率较高, 当前已很少应用。水泥土桩也可采用高压喷射注浆成桩工艺, 它采用高压水、 气切削土体并将水泥与土搅拌形成水泥土桩。该工艺施工简便, 喷射注浆施工时, 只需在土层中钻一个50300mm的小孔, 便可在土中喷射成直径0.42mm的加固水泥土桩。因而能在狭窄施工区域或贴近已有基础施工, 但该工艺水泥用量大, 造价高, 一般当场地受到限制, 湿法机械无法施工时, 或一些特殊场合下可选用高压喷射注浆成桩工艺。深层搅拌机单位时间内水泥浆液喷出量Q( t/min) 取决于钻头直径、 水泥掺入比及搅拌轴提升速度, 其关系如下: ( 6-114) 式中 D钻头直径( m) ; 土的重度( kN/m3) ; aw水泥掺入比( %) ; v搅拌轴提升速度( m/min) 。当喷浆为定值时, 土体中任意一点经搅拌叶搅拌的次数越多, 则加固效果好, 搅拌次数t与搅拌轴的叶片、 转速和提升速度的关系如下: ( 6-115) 式中 h两搅拌轴叶片之间的距离; z搅拌轴叶片总数; n搅拌轴转速( r/min) ; v搅拌轴提升速度( m/min) 。4深层搅拌水泥土墙( 湿法) 施工( 1) 施工机械深层搅拌桩机是用于湿法施工的水泥土桩机, 它的组成由深层搅拌机、 机架及配套机械等组成( 图6-106) 。图6-106 SJB型深层搅拌桩机机组1-深层搅拌桩; 2-塔架式机架; 3-灰浆拌制机; 4-集料斗; 5-灰浆泵; 6-贮水池; 7-冷却水泵; 8-道轨; 9-导向管; 10-电缆; 11-输浆管; 12-水管深层搅拌机搅拌头及注浆方式是影响成桩质量的两个关键因素。搅拌头( 叶) 有螺旋叶片式、 杆式、 环形等。注浆方式则有中心管注浆、 单轴底部注浆及叶片注浆等。中国生产的深层搅拌机主要有两种型号即SJB型双搅拌头中心注浆式及GZB-600型单钻头叶片注浆式( 图6-108) 。1) SJB型深层搅拌机SJB型深层搅拌机由电机、 减速器、 搅拌轴、 搅拌头、 中心管、 输浆管、 单向球阀, 横向系板等组成( 图6-107) 。其技术参数如表6-85所示。SJB系列深层搅拌机技术参数 表6-85技术参数SJB-1SJB-30SJB-37SJB-40SJBF-45SJBD-60电机功率( kW) 226230237240245230额定电流( A) 255260272275285260搅拌轴转数( r/min) 464342434035额定扭矩( Nm) 26000264002850028500210000215000搅拌轴数量( 根) 222221搅拌头距离( mm) 515515530515515搅拌头直径( mm) 7008007007007007608001000一次处理面积( m2) 0.710.880.710.710.710.850.50.8加固深度( m) 1010121520152018252028主机外形尺寸( mm) 95044011509504821617116574017509504801737主机质量( t) 3.02.252.52.45电机冷却方式水冷却水冷却风冷却水冷却风冷却风冷却图6-107 SJB-1型深层搅拌机1-输浆管; 2-外壳; 3-出水口; 4-进水口; 5-电动机; 6-导向滑块; 7-减速器; 8-搅拌轴; 9-中心管; 10-横向系杆; 11-球形阀; 12-搅拌头图6-108 GZB-600型深层搅拌机1-电缆接头; 2-进浆口; 3-电动机; 4-搅拌轴; 5-搅拌头深层搅拌桩机常见的机架有三种形式: 塔架式( 图6-109) 、 桅杆式( 图6-110) 及步履式。前两种构造简便、 易于加工, 在中国应用较多, 但其搭设及行走较困难。桅杆式机架可靠近建筑等附近进行施工, 净操作面较小。步履式的机械化程度高, 塔架高度大, 钻进深度大, 但机械费用较高。见图6-111。SJB型深层搅拌机的配套设备有灰浆搅拌机、 灰浆泵、 冷却水泵、 输浆胶管等。图6-109 ZTD塔架式机架1-底盘; 2-塔架; 3-纵向行走装置; 4-横向行走装置; 5-操作室; 6-深层搅拌机; 7-道轨图6-110 桅杆式机架1-底盘; 2-立柱; 3-斜撑; 4-滚管; 5-电机; 6-深层搅拌机; 7-导杆图6-111 步履式机架1-履带; 2-起重杆; 3-机身; 4-立柱; 5-导向杆; 6-液压支撑杆; 7-深层搅拌机; 8-横梁2) GZB-600型深层搅拌机该机动力采用2台30kW型电机, 各自连接1台2K-H行齿轮减速器。该机采用单轴叶片喷浆方式, 搅拌轴与输浆管为同心内外管, 搅拌轴外径势129, 内管为输浆管, 直径76。搅拌轴外设若干层辅助搅拌叶, 其底部与搅拌头经过法兰连接。水泥浆经过中心输浆内管以搅拌头从搅拌头喷浆叶片的喷口中注入土中。其机组示意图如图6-112所示。其技术性能如表6-86所示。GZB-600型深层搅拌机技术性能 表6-86深层搅拌机搅拌轴数量( 根) 1固化剂制备系统灰浆拌制机台数容量( L) 2500搅拌叶片外径( mm) 600泵输送量( L/min) 281搅拌轴转数( r/min) 50泵送压力( kPa) 1400电机功率( kW) 302集料斗容量( L) 180起吊设备提升力( kN) 150技术指标一次加固面积( m2) 0.28提升速度( m/min) 0.61.0最大加固深度( m) 1015提升高度( m) 14加固效率( m/台班) 60接地压力( kPa) 60质量( t) 12图6-112 GZB-600型深层搅拌桩机机组1-深层搅拌桩; 2-步履式机架; 3-流量计; 4-控制柜; 5-灰浆拌制及泵送机组; 6-输浆管; 7-电缆( 2) 水泥土墙施工工艺搅拌桩成桩工艺可采用”一次喷浆、 二次搅拌”或”二次喷浆、 三次搅拌”工艺, 主要依据水泥掺入比及土质情况而定。一般水泥掺量较小, 土质较松时, 可用前者, 反之可用后者。一般的施工工艺流程如图6-113示。图6-113 深层搅拌桩施工流程( a) 定位; ( b) 预搅下沉; ( c) 提升喷浆搅拌; ( d) 重复下沉搅拌; ( e) 重复提升搅拌; ( f) 成桩结束1) 就位深层搅拌桩机开行达到指定桩位、 对中。当地面起伏不平时应注意调整机架的垂直度。2) 预搅下沉深层搅拌机运转正常后, 启动搅拌机电机。放松起重机钢丝绳, 使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉, 下沉速度控制在0.8m/min左右, 可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于10A。如遇硬粘土等下沉速度太慢, 能够输浆系统适当补给清水以利钻进。3) 制备水泥浆深层搅拌机预搅下沉到一定深度后, 开始拌制水泥浆, 待压浆时倾入集料斗中。4) 提升喷浆搅拌深层搅拌机下沉到达设计深度后, 开启灰浆泵浆水泥浆压入地基土中, 此后边喷浆、 边旋转、 边提升深层搅拌机, 直至设计桩顶标高。此时应注意喷浆速率与提升速度相协调, 以确保水泥浆沿桩长均匀分布, 并使提升至桩顶后集料斗中的水泥浆正好排空。搅拌提升速度一般应控制在0.5m/min。5) 沉钻复搅再次沉钻进行复搅, 复搅下沉速度可控制在0.50.8m/min。如果水泥掺入比较大或因土质较密在提升时不能将应喷入土中的水泥浆全部喷完时, 可在重复下沉搅拌时予以补喷, 即采用”二次喷浆、 三次搅拌”工艺, 但此时仍应注意喷浆的均匀性。第二次喷浆量不宜过少, 可控制在单桩总喷浆量的30%40%, 由于过少的水泥浆很难做到沿全桩均匀分布。6) 重复提升搅拌边旋转、 边提升, 重复搅拌至桩顶标高, 并将钻头提出地面, 以便移机施工新的桩体。此至, 完成一根桩的施工。7) 移位开行深层搅拌桩机( 履带式机架也可进行转向、 变幅等作业) 至新的桩位, 重复1) 6) 步骤, 进行下一根桩的施工。8) 清洗当一施工段成桩完成后, 应即时进行清洗。清洗时向集料斗中注入适量清水, 开启灰浆泵, 将全部管道中的残存水泥浆, 冲洗干净并浆附于搅拌头上的土清洗干净。( 3) 水泥土墙施工要点1) 正确使用深层搅拌机当搅拌机的入土切削和提升搅拌负荷太大、 电动机工作电流超过额定时, 应降低提升或下降速度或适当补