水泥粉喷桩试桩设计方案

福辉路工程第二标段宝岛路至大北环路段

水 泥 粉 喷 桩 试 桩

水泥粉喷桩试桩设计方案

专 项 方 案

福建省九龙建设集团有限公司

二0一二年四月五日

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水泥粉喷桩试桩设计方案

福辉路K1+590.111涵洞粉喷桩试桩方案

一、编制依据

1、福辉路工程第二标段涵洞工程软基处理工程施工图。 2、《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》JTJ017-96。

3、《石狮市福辉路（宝岛路至石狮大道）道路工程（K0+380-K2+560段）岩土工程勘察报告》。

4、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011） 5、现场环境和施工条件。 二、编制目的

1、根据设计和规范要求，我司项目部拟选取C-38、C-40、D-37、D-39、D-41共5根桩（详见桩位平面布置图，紧邻ZK49号勘探孔），进行成桩试验，拟获取以下技术参数，为大面积施工提供技术数据：

①满足设计喷入量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等；

②确定搅拌的均匀性；

③掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施；

2、确定各种施工工艺参数（常用参数见下表1），及时采取相应措施，确保成桩质量。 粉喷桩常用施工工艺参数

表1 序号 1 2 参数名称 搅拌转数n 提升速度v 单位 转/min m/min 参 数 值 60 0.5～1.0 备 注 1 / 14

水泥粉喷桩试桩设计方案 3 4 5 空气压力 钻进速度Vp 钻进电流 MPa m/min A 0.4～0.6 0.8～1.5 40-60 W1为土层天然含水W1≤50% 6 喷粉量 50%＜W1≤70% W1≥70%

三、工程概况

Kg/m 50 率 Kg/m Kg/m 55 60-65 涵洞工程位于新建福辉路K1+590.111处，与道路呈斜交，涵洞地基位于粉质粘土层，再向下距离淤泥层约1.3m，属软土地基，设计采用粉喷桩进行软基处理。该段粉喷桩设计桩长5.5m；桩径Ф=50cm;矩形布置，间距1.5 m，粉喷桩总根数360根，总桩长1980m；复合地基承载力要求≥160Kpa；桩尖进入持力层(残积砂质粘性土) ≥50cm;固化剂要求：42.5#普通硅酸盐水泥，含灰量为15%。 四、工程地质条件

（一）试桩区域的地形条件

池塘粉喷桩处理大部分位于耕地路段，局部位于池塘路段，试桩桩位选择在靠近K1+600地质勘察孔ZK49处,为耕植土（粉质粘土）,见现状图片:

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池塘段 耕地段

土方填筑后的施工平台

（二）该部位地质结构及岩性特征

①粉质粘土：

浅灰色、灰黄色、可塑状，切面稍光滑，局部含少量的砂质成分，干强度、韧性中等，无摇振反应，冲海积形成，4.1m-0.2m，层厚3.9m，质量密度1.91g/cm2，含水量约30%。

②淤泥：

深灰、灰色，饱和，流塑状，局部含大量砂质成分，含腐植土，有臭味，易污手，干强度高，韧性中等，无摇振反应，切面较光滑，海积成因，0.2～-2.4m，层厚2.6m，质量密度1.63g/cm2，含水量55.5%。

③残积砂质粘性土：

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灰黄色，可塑-硬塑状，成分以粘粒、粉粒为主，土切面稍光滑，大于2mm颗粒含量9.5-19%，无摇振反应，干强度、韧性中等，为花岗岩风化残积形成。-2.4～-5.9,层厚3.5m，质量密度1.94g/cm2，含水量约20%。 五、粉喷桩（试验桩）施工准备

1、施工通道设置

因涵洞粉喷桩施工范围紧邻原有村道，所有机械设备、原材料均可直接运抵施工现场。

2、场平回填

因粉喷桩施工范围内有池塘，机械无法直接进场施工须进行填土处理后方可施工，为便于施工机械场内移动，确保施工机械保持水平，因此耕植土路段与池塘段均须填筑平整，拟取施工范围内挖方路段的砂性土回填作业场地，高于现状地面不小于50cm。

3、施工电源

涵洞工程施工用电高峰期为水泥粉喷桩施工时段，就近电源接驳点可供电流量60A（约30KW）,无法满足施工需要，拟选用功率不小于60KW的柴油发电机组。 六、施工平面

桩位平面图详： 附件一； 七、粉喷桩施工概述

1、成桩原理

粉喷桩系采用粉喷桩机成孔，运用粉喷桩机借助压缩空气将粉体（水泥）输送到桩头，并以雾状喷入加固地基的土层中，借钻头的叶片旋转，加以搅拌，使其充分混合，形成水泥土桩体，与原地基构成复合地基。

2、材料要求

水泥用42.5#普通硅酸水泥，要求新鲜无结块，入罐最大粒度不超过5mm，不含纸屑、

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塑料布、垃圾等杂物。

3、主要机具设备

主要机具设备包括粉喷桩机及配套水泥罐、贮灰罐及喷粉系统、空气压缩机等；喷粉桩机由液压步履式底架、井架和导向加减压机构、钻机传动系统、钻具、液压系统、喷粉系统、电气系统等部分组成，规格技术性能要求见下表：

喷粉桩施工主要机具设备规格与技术要求

表2

名 称 数量 规格技术性能 PH-5B型，加固深度≤15m，成桩直径≥500mm，钻机转速27.0～80.6r/min，提升钻孔、喷气 粉喷桩机 1台 速度0.57～1.70m/min，液压步履，纵向喷粉、搅拌 1.2m，横向0.5m，接地比压≤0.027N/mm2，电机功率37 kW,重量8t 容量1.3m3，设计压力0.6N/mm2,带灰罐贮存粉料和加压贮灰罐 1个 架、旋转供料器、电子计量系统 XK0.6-0.10型，工作压力1.0N/mm2,排量空气压缩机 1台 1.6m3/min,电机功率13kw 八、粉喷桩施工工艺流程（见下图）

输送、粉喷、供气 输送 用途

调平 空压机送气

放线、定位 钻空对位 钻进 停灰、停气 喷灰、搅拌、提升 5 / 14 送灰机送灰 水泥粉喷桩试桩设计方案

转入下一循环 设计桩顶 成桩 设计孔深

全桩复搅

九、施工程序和施工方法

1、施工准备

平整场地，接通施工用水用电，做好现场排水设施；清除各种地下地上障碍物，进行现场技术交底。遇有明渠、池塘及洼地时，抽水清除回填粘性土并予以夯实，不得回填杂质土和生活垃圾。

2、测量放线

用全站仪准确确定试桩桩位，用水准仪测量桩位处标高，与设计整平层标高比较后进行桩位处施工场地的挖填、夯实和平整，再次确定桩位后用小木桩标识。

3、钻机就位

移动钻机，准确对位，对中允许误差≤5cm，利用支腿油罐调整桩机底盘和导高架的垂直高度，垂直度偏差不宜超过1.0%。

4、钻 孔

启动钻机，根据施工要求，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档逐级加速顺序，正转预搅下沉，钻头钻至设计深度时，应有一定的滞留时间，以保证加固粉体到达桩底，一般为2～3s，调整好送风通道压力，从预搅下沉开始直至粉喷为止，应在轴杆内连续输送压缩空气。钻机深度一般由钻机上深度计来控制。

5、钻杆提升、喷粉

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采取边喷边搅拌边提升钻杆的连续作业，粉喷桩即水泥土搅拌桩采用固化剂为42.5#普通硅酸盐水泥，水泥掺量为被加固土质量的15%。喷灰次数为二次喷灰二次搅拌，在确认加固料已喷至孔底时，最后一次提升搅拌宜采用慢速提升，提升速度应不大于1.0m/min。当喷头达到桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒。搅拌头每旋转一周，其提升高度不得超过16mm。

提升时要严格注意灰罐的压力。在地面以下3.0m的喷粉压力应控制在0.4MPa，并注意喷粉计量器数字是否有规律的变动，如发现管道不通畅，同时灰罐压力在增大，说明钻头的送灰孔已经堵塞，必须进行现场处理。

6、桩头复喷

为保证粉体搅拌均匀，拟进行全桩复喷。提升搅拌时，其速度控制在0.5～0.8m/min左右，且粉喷量不得低于设计要求，以确保粉喷粉体的均匀性和强度稳定性；为防止空气污染，在提升粉喷距地面0.3～0.5m处应减压或停止粉喷。

7、检查提升过程和成桩结束后记录喷灰量，对于不合格的原位及时复喷。 8、钻具提升至地面后，钻机移位重新对孔，进行下一根桩施工。 十、施工工艺参数

1、桩机的钻进、提升速度用变速箱档位控制。桩机变速箱与东风卡车变速箱相同，共分五个档：1档、2档、3档、4档、5档，不同的档位对应不同的钻进、提升速度，见表4。根据桩机上电流表显示的电流控制档位，电流大于70安培时，档位必须降低，防止烧坏电机；当电流小于30安培时，档位允许按实际情况提高。按施工经验，钻进时不同的档位对应不同的地基承载力，见表5。

2、初下钻1.5米范围内用2～3档钻进，以防硬物碰伤或损坏设备；进入软土层用4～5档钻进，提高施工速度；钻进至桩端持力层时，改用2～3档钻进。下钻过程必须连续送气，保证管道畅通。

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表3 表4

档 位 5 4 3 2 1 速 1.7 1.3 0.9 0.6 0.4 度（m/min）

1.5 1.1 0.7 0.4 0.2 档 位 5 4 3 2 1 地基承载力（吨） 6～10 10～13 13～16 16～19 19～22 3、钻机的提升速度与喷灰量大小密切相关，故提升速度应随灰量大小而调整，在喷灰量较小或喷灰困难地层提升速度控制在2～3档；在喷灰量较大时应加快提升速度至4～5档，用以控制水泥量且均衡整个桩身水泥用量。

4、整个桩的喷灰量由机手和送灰员密切配合来控制，钻机的提升速度应由送灰员来指挥。喷灰量控制：通过设在灰罐出口转鼓转速及压缩空气调节阀门来调节、控制水泥发送量多少；通过灰罐中所加灰量和余灰差值确定实际喷灰量多少。

5、水泥渗入比例为15%，按照地质勘察报告所提供各种岩土质量密度计算平均喷灰量约为53Kg，要严格控制水泥用量达标，且喷灰要做到连续、均匀。送灰粉体不能间隔，也不能时多时少，时少时无，以保证充分拌和和混合料的均匀性。

6、施工中遇到断灰、停电、堵钻等喷灰间断问题，应在问题解决后重新下钻到该位置下1米处，另行喷灰提升，防止出现断桩、悬浮桩或夹泥现象。

7、提升到停灰面标高时关闭搅拌器及碟阀，打开气阀，停止送灰只送气，防止灰管堵塞。

8、复搅钻进、提升可根据桩机及施工地质状况来确定钻机施工速度，1～5档均可。 9、施工中钻头直径保证不少于48cm，以保证桩径不小于50cm。 十一、施工注意事项

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1、当桩周成层土时，对相应软土层增加搅拌或土中增加掺灰量。

2、本次软基处理不需要掺加外加剂，但对每批进场水泥，应作抽检，并不得有受潮结块或其它杂物。

3、在施工粉喷桩前先探明该处淤泥的埋深和厚度等地质情况。

4、在施工粉喷桩前，实测该处软基的实际容量，按设计水泥掺入率，严格控制每米水泥掺入量。

5、粉喷桩所用粉体固化剂入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂颗粒最大不超过0.5cm，无纸屑、石块等杂物。

6、在施工中孔口设喷粉防护装置；喷粉开始时，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉时，记录人员随时观察电子称的变化显示，以保证各段喷粉均匀。严禁尚未喷粉即进行钻机提升作业和无粉计量装置的粉喷机投入使用。

7、每根桩的施工全过程有详细的流程工艺记录，由专人在现场记录，将原始数据现场封存。

十二、粉喷桩施工允许偏差(应符合下表5要求)

粉喷桩实测项目

表5

项次 1 2 3 4 5 项 目 桩 距 桩 径 桩 长 竖直度 单桩喷粉量 单 位 mm mm mm % % 允许偏差 ±100 不小于设计 不小于设计 1.5 不小于设计 检查方法和频率 抽查2% 抽查2% 查施工记录 查施工记录 查施工记录 9 / 14

水泥粉喷桩试桩设计方案 6 十三、施工组织

强度 KPa 不小于设计 抽查5% 1、设备组织

选用国产PH-5B型粉体喷射搅拌机，进场后先进行机械组装及调试工作，粉喷机械须配置经国家计量部门确认的具有瞬间检测并记录出粉量的粉体计量装置及搅拌深度自动记录仪。

设备配备一览表

表6

名 称 钻 机 空压机 灰 罐 电焊机 2、人员组织

为严格控制施工质量，保证施工进度，设立由项目经理全面负责的质量管理控制体系，见下图：

项目经理

班 长

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型 号 PH-5B 功 率 37KW 15KW 1.5KW 27KW 台 数 1 1 1 1 用 途 钻机成孔 水泥运输 预加水泥 焊接等 项目总工 现场施工负责人 工地技术负责人 机 长 材料员 治安员 施工员 水泥粉喷桩试桩设计方案

操作工人2人，设机长1名，机长兼主操作机手，负责按技术要求组织施工，并负责安全和质量，另配记录员1名，负责检查桩位，钻杆垂直度，做好原始资料的记录和整理。

3、材料组织

粉喷桩施工的主要材料为水泥，为保证施工质量，采用袋装42.5普通硅酸盐水泥。 十四、质量保证措施

为保证该工程质量，除建立完善的管理机构外，并对施工做以下的要求：

1、所有水泥均须有出厂合格证，不合格水泥不得使用，按规范每200吨水泥送质检单位化验一次。

2、水泥堆放应采取切实可行措施，防止水泥受潮硬化而影响水泥质量。 3、水泥品种和标号要一致，施工中杜绝水泥混用。

4、施工中水泥掺入量要符合设计要求，机手及送灰人员要配合控制好送灰量。 5、桩机定位要准确，要有专人负责桩机定位对中，桩机应该保持水平。

6、桩机上应表明钻孔深度及停灰面深度，确保每根桩都能钻进至设计深度，使桩长符合设计要求。

7、提升中要严格控制提升速度，符合施工工艺要求。

8、为保证成桩效果及施工能满足设计要求，本工程要求全桩复打、复喷。

9、提升中机手和送灰人员要严密配合，使喷灰均匀连续，灰量充足，坚决杜绝断桩或缩径的发生。

10、提升过程中若发生堵钻情况，在钻管疏通后应重新下钻至堵钻位置以下1.0～2.0m内提升，保证无断桩。

11、施工中机长应负责按操作规程施工，并做到完成一根桩记录一根桩，及时做好原始记录，并有质检员签字，记录应详细可靠，不允许有漏桩现象。

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12、施工中如发现疑难问题，应立即向现场施工员或技术负责人反映，然后协同甲方驻地代表尽快协商解决，并做好现场签证。

13、禁止生手上机操作。

14、做好交接班记录工作，保证施工连续、正常。 十五、安全保证措施

1、树立“安全第一，预防为主”思想，全面贯彻有关安全规定。 2、加强领导，重视安全，学习安全操作规程，进行经常性安全教育。

3、施工人员在施工中必须戴安全帽，上班时应穿工作鞋，不准穿拖鞋上班，排除不安全因素。

4、配电柜等一些电力设备应保持干燥并具有保险措施，检修线路时应有专人看护电源。

5、全体施工人员都加强设备保养工作，对设备要经常检查，保证机械正常运转。 6、施工中如发现设备运行异常，应及时停机检查，防止设备严重损坏。 7、切实做好防火、防毒、防窃工作。 十六、提交试验成果

水泥粉喷桩试打桩顺利正常完成后，将试桩所得出的相关技术参数，以及各参加单位提出的其他要求进行整理，形成试打桩记录报请相关单位确认，为大面积施工提供可靠的工艺数据。水泥粉喷桩成桩质量以复合地基承载力检测结果为最终判定依据。

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