水泥粉噴樁加固原理

1、加固原理：深層攪拌樁多用于軟丄層較厚的地基加固處理工程中，英基本原理是基于 水泥加固丄的物理化學(xué)反應(yīng)過程，可通過專用機(jī)械設(shè)備將固化劑灌入需處理的軟丄地 層內(nèi)，并在灌注過程中上下攪拌均勻，使水泥與上發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成水泥水 化物并形成凝膠體，將上顆?；蛐∩蠄F(tuán)凝結(jié)在一起形成一種穩(wěn)泄的結(jié)構(gòu)整體，這就是 水泥骨架作用，同時(shí)，水泥在水化過程中生成的鈣離子與土顆粒表而的鈉離子進(jìn)行離 子交換作用，生成穩(wěn)泄的鈣離子，從而進(jìn)一步提髙土體的強(qiáng)度，達(dá)到提髙英復(fù)合地基 承載力的目的。加固機(jī)理：水泥土的強(qiáng)度機(jī)理主要有兩個(gè)方面的作用，首先是水泥的卄架作用，水泥 與飽和軟黏上攪拌后，發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)，生成水泥

2、水化物，形成凝膠體一 氫氧化鈣，將上顆?；蛐∩蠄F(tuán)凝結(jié)在一起，形成一種穩(wěn)泄的結(jié)構(gòu)整體。英次是離子交 換作用，水泥在水化過程中，生成的鈣離子與土顆粒表面的鈉離子(或鉀離子)進(jìn)行 離子交換，生成穩(wěn)定的鈣離子，從而提高土體的強(qiáng)度。國內(nèi)外大疑的試驗(yàn)及研究表明， 水泥與軟上拌合后，將發(fā)生如下的物理化學(xué)反應(yīng)：1、水泥的水解水化反應(yīng)。減少了軟 上中的含水量，增加上粒間的黏結(jié)，水泥與上拌合后，水泥中的硅酸二鈣、硅酸三鈣、 鋁酸三鈣以及鐵鋁四鈣等礦物質(zhì)與上中水發(fā)生水解反應(yīng)，在水中形成各種硅、鐵、鋁 質(zhì)的水溶膠，上中的CaSOj大量吸水，水解后形成針狀結(jié)晶體。2、離子交換與團(tuán)粒作 用。水泥水解后，溶液中的Ca2+含

3、量增加，與上粒發(fā)生陽離子交換作用，等當(dāng)量置換 岀K+、Na+,形成軟土大的土團(tuán)粒和水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使水泥土的強(qiáng)度大為提髙。3、 硬凝反應(yīng)。陽離子交換后，過剩的Ca"在堿性環(huán)境下與Si02-、AI2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 形成水穩(wěn)性的結(jié)晶水化物，增大了水泥的強(qiáng)度。4、碳化反應(yīng)。水泥土中的Ca (OH) 2 與上中或水中CO：化合生成不溶于水的CaCOj,增加了水泥的強(qiáng)度。水泥與地基上拌和后經(jīng)上述的化學(xué)反應(yīng)形成堅(jiān)硬樁體，同時(shí)樁間上也有少疑的改善， 從而構(gòu)成樁與上復(fù)合地基，提髙地基承載力，減少了地基的沉降。二、水泥攪拌樁加固土的物理力學(xué)特性根據(jù)冶金研究院、天津市勘察院、鐵四院及鐵三院的試驗(yàn)研

4、究，水泥加固上的主要物 理力學(xué)特性如下:(1) 重度：由于拌入上中的固化材料與孔隙中水的重度相差不大，攪拌中還產(chǎn)生部分 上的擠出和隆起，且固化后固化材料本身存在孔隙，因此，在飽和的軟上中加固上體 的重度與天然上的飽和重度很接近，試驗(yàn)說明固化體重度僅增加3%5亂但在非飽和 的大孔隙土中，固化體的重度將較天然上的重度增加量要大一些，見表1。此外，固化 料摻合量大時(shí).固化體重度增加幅度也大。表1水泥土重度表土類原狀土含水雖原狀土重度(KN/m3)水泥土飽和重度(KN/m3)水泥土飽和干重度(KN/m")粉砂飽和15. 018. 817. 4黏粉砂飽和019. 817. 5黃土15. 5%1

5、6. 020. 217. 1淤泥質(zhì)砂黏土飽和17. 517. 512. 4(2) 含水量：水泥加固上含水量略低于原上的含水量，約減少3%7%,對粉噴樁來言， 干粉狀水泥的加入使土的塑性狀態(tài)隨之變化，摻入比為7%15%其塑性狀態(tài)降低一個(gè)等 級，即由流塑變?yōu)檐浰?，由軟塑變?yōu)榭伤艿?，?dāng)摻入量大于15$時(shí)，塑性狀態(tài)可以降低 12個(gè)等級。圖1為某場地上部分為粉質(zhì)黏上水泥摻入比為1概時(shí)，不同含水量所休做水泥容重的對 比歷史最高水平試驗(yàn)，圖中顯示容重隨丄的含水量的增加而降低，大體呈線性變化。水泥粉噴樁施工工藝1、工藝流程粉體噴射攪拌樁法的基本施工流程為：首先確認(rèn)粉噴機(jī)主體的位置和攪拌軸的垂直度性，然后邊旋轉(zhuǎn)

6、攪拌軸，邊鉆至加固深度。此時(shí)不噴射加固材料，但是為了不使噴口 堵塞，需連續(xù)不斷噴出壓縮空氣，鉆進(jìn)到預(yù)左加固深度后，邊提升邊噴射加固材料, 其施工流程詳見圖2。水泥裝罐 準(zhǔn)備噴粉 減壓計(jì)量 J提鉆、復(fù)攪k移動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)位 鉆進(jìn):復(fù)噴、成樁1'轉(zhuǎn)移卜一樁位送風(fēng)送粉提鉆ff 啟動(dòng)空壓機(jī) 送風(fēng)料斗 停止空壓機(jī)工作圖2施工流程圖3、施工技術(shù)要求< 1）施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求施工，注意樁頂、樁間髙程控制，保證制樁質(zhì)量和長 度：（2）施工時(shí)應(yīng)注意機(jī)械傳動(dòng)部位，高壓部位、油路、電路經(jīng)常檢査，保證正常工作狀 態(tài)：（3）鉆頭入上時(shí)應(yīng)采用1檔轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，入土認(rèn)為無障礙時(shí)，根拯土層軟硬情況，可以 提高鉆進(jìn)速

7、度；（4）鉆到設(shè)計(jì)高程時(shí)，應(yīng)在原位旋轉(zhuǎn)后變速上提，同時(shí)進(jìn)行送粉做到鉆桿提升時(shí)邊噴 粉邊攪拌，邊提升的連續(xù)作業(yè)法，當(dāng)提到地面時(shí)，應(yīng)考慮樁頂粉噴孔位苣高于鉆頭尖 20cm左右的情況：（5）施工時(shí)垂直偏差不得超過規(guī)范要求；（6）制樁時(shí)，不允許有斷粉，如發(fā)生斷粉現(xiàn)象，必須進(jìn)行補(bǔ)噴，補(bǔ)噴時(shí)重疊處的長度 不得小于50cm：（7）為了保證制樁質(zhì)雖，在樁頂髙程處以下一定范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴一次：（8）鉆頭提升到設(shè)計(jì)樁頂高程時(shí)，關(guān)閉噴粉機(jī)送粉閥門，停止送粉，并繼續(xù)制樁上提， 保證樁在高程處的質(zhì)量，余灰及鉆頭至粉噴孔的灰必須制好樁，保證髙程以下的樁身 質(zhì)量;（9）一般使用不低于強(qiáng)度等級為32.5的礦渣硅酸鹽水泥，不得用

8、受潮變質(zhì)的同號水泥;（10）加料時(shí)應(yīng)控制好材料用疑，并做好記錄，施工時(shí)按實(shí)際用量做好記錄。4、施工過程中的質(zhì)量控制（1）所用水泥要符合國家規(guī)定，對受潮變質(zhì)不符合設(shè)計(jì)要求過期水泥一分律不準(zhǔn)使用：（2）施工前做好試驗(yàn)樁，確泄工藝參數(shù)，為大面積施工樁基提供可靠的參數(shù)；（3）控制好樁基垂直度、樁頂高程、樁長等制樁偏差；（4）對漏噴、斷噴的樁必須進(jìn)行補(bǔ)噴和復(fù)噴，復(fù)噴的重疊長度符合設(shè)汁要求；（5）嚴(yán)格控制制樁時(shí)粉噴機(jī)的關(guān)閉時(shí)間，保證樁頂至樁尖的質(zhì)量，從而確保成樁質(zhì)量：（6）做好施工記錄，交接班時(shí)要做交換工作手續(xù)，防止脫節(jié)：（7）做好投料記錄，以便計(jì)算每樁的制樁水泥用量；（8）經(jīng)常檢查施工記錄和水泥用疑情況

9、，及粉噴樁的制樁質(zhì)量：（9）粉噴樁施工期間隨時(shí)做好自檢工作，各機(jī)組泄期挖出一世數(shù)量的樁頭，以檢驗(yàn)水 泥凝固情況，發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場及時(shí)解決；根據(jù)開挖情況對一圧數(shù)量的樁做動(dòng)力觸探，檢 驗(yàn)樁頭強(qiáng)度；現(xiàn)場隨時(shí)對噴灰量、樁長、樁徑、復(fù)攪情況、施工記錄抽檢交流，發(fā)現(xiàn) 異常有針對性地解決；（10）工程樁全部完工后進(jìn)行樁的質(zhì)疑及復(fù)合地基承載力測試，以便確立加固效果， 經(jīng)檢測合格后才能開槽進(jìn)行下一道工序施工。5、施工安全管理安全是生產(chǎn)的保證，安全是落實(shí)技術(shù)措施的必要前提。施工中要注意以下幾點(diǎn)：（1）該機(jī)械以電力為主，所以必須注意安全用電，電源進(jìn)線裝好配電和觸電保護(hù)器， 施工時(shí)要有電工專人負(fù)責(zé)。（2）機(jī)械操作人員必須

10、進(jìn)行崗前安全培訓(xùn)，熟練掌握操作規(guī)程和操作程序:（3）操作人員要集中精力，聽從指揮，不能披自離開操作崗位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)做好聯(lián) 系，及進(jìn)解決；（4）鉆機(jī)移機(jī)對位時(shí)，步履下要平整，鉆頭離地而高度不得小于15cm,當(dāng)?shù)囟锌?時(shí)，要用枕木墊平后行走，確保機(jī)械行走安全；（5）因料斗罐、空氣壓縮機(jī)、壓力表等為壓力容器，操作人員要熟練掌握壓力容器的 操作順序，防止造成高壓引起危險(xiǎn)。當(dāng)遇到高壓時(shí)必須先切斷空氣壓縮機(jī)的電源，打 開排氣閥和安全閥，降低壓力，然后檢査壓力容器、管道及時(shí)處理；（6）機(jī)械發(fā)生故障時(shí)，先切斷電源，關(guān)閉空壓機(jī)，打開氣閥，放出管內(nèi)水泥，確認(rèn)無 電無空氣壓力后，才能處理發(fā)生的故障：（7）嚴(yán)禁髙速轉(zhuǎn)動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)掛檔，嚴(yán)禁強(qiáng)行掛檔。不能鉆進(jìn)時(shí)要及時(shí)提鉆，防止