一种湿陷性黄土地区水泥搅拌插入桩消除湿陷性的施工方法

1.本发明属于施工技术领域，具体涉及一种湿陷性黄土地区水泥搅拌插入桩消除湿陷性的施工方法。


背景技术：

2.我国黄土覆盖面积广阔，高达60多万平方千米，其中湿陷性黄土覆盖面积约占黄土总面积的四分之三，主要分布于山西、陕西、甘肃等地区。这些地区黄土覆盖深度可达100m以上，其中湿陷性黄土厚度可达20～30m。湿陷性黄土的湿陷性是指在一定压力作用下，湿陷性黄土受水浸湿后会发生变形量大、变形速度快的湿陷变形，其具有突发性与不均匀性。如果直接在湿陷性黄土天然地基上修建建筑物或构筑物，往往会产生难以预计的工程事故。
3.在黄土厚度较大的场地上修建建筑物及构筑物，最经济、安全的方法就是采用中长桩、长桩甚至超长桩基础，使桩基穿越湿陷性黄土层，直接支撑于满足设计要求的持力层上。水泥搅拌插入桩技术正好适用于大厚度黄土地区，其采用预应力高强度管桩插入水泥搅拌土中，一方面水泥搅拌土将桩体包围，提高了桩体的承载力，另一方面预应力高强度管桩在插入过程中有挤密周围土体的作用，可以消除部分湿陷性黄土的湿陷性。另外水泥搅拌插入桩技术可以避免施工过程中造成桩底沉渣过厚，影响桩体承载的情况。然而，对于大厚度自重湿陷性黄土地区，特别是地基湿陷等级为ⅲ级或ⅳ级的黄土场地，桩体在穿越湿陷性黄土层，当湿陷性黄土发生湿陷变形时，桩侧会受到较大的负摩阻力，影响桩体的承载力，甚至使桩体由受压变为受拉，桩体发生受拉破坏。另外，水泥搅拌插入桩与桩周土的侧摩阻力大于一般的混凝土桩，且水泥搅拌土抗拉强度较低，更加剧了水泥搅拌插入桩所受的负摩阻力的影响。
4.根据《湿陷性黄土地区建筑标准》gb50025-2018，湿陷性黄土地基常用的处理方法包括：垫层法、强夯法、挤密法和预浸水法。其中垫层法只能处理地下水位以上浅层黄土的湿陷性，强夯法和挤密法也只能处理地下水位以上12～15m厚度黄土的湿陷性。预浸水法则可以消除自重湿陷性、地基湿陷等级为ⅲ级或ⅳ级的黄土场地6m以下全部的湿陷性。但是，传统的预浸水法施工时间长，注水孔深度受限，且处理后地基承载力较低。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种湿陷性黄土地区水泥搅拌插入桩消除湿陷性的施工方法，目的在于解决上述技术问题。
6.为此，本发明采用如下技术方案：一种湿陷性黄土地区水泥搅拌插入桩消除湿陷性的施工方法，具体按以下步骤进行：1）施工前平整场地，根据设计图纸测量放样，标定各水泥搅拌桩的位置；2）根据地勘报告和上部结构要求，确定水泥搅拌插入桩桩侧负摩阻力消除的范围
及消除程度，从而确定桩周湿陷性黄土层湿陷性处理面积、深度以及剩余湿陷量；3）按照步骤1）中水泥搅拌桩标定的位置，搅拌桩机械进场并定位，启动搅拌桩机械预搅下沉至设计深度；4）一次搅拌：在持力层及非湿陷性土层深度内，搅拌桩机械采取喷水泥浆搅拌上升；在湿陷性黄土层深度内，搅拌桩机械采取喷水上升，上升到地面停止；5）二次搅拌：对已搅拌的土层进行二次搅拌下沉，在湿陷性黄土层边喷水边搅拌下沉，在持力层及非湿陷性土层，边喷水泥浆边下沉；6）三次搅拌：对已搅拌的土层进行三次搅拌上升，在持力层及非湿陷性土层，边喷水泥浆边上升，在湿陷性黄土层边喷水边搅拌上升，搅拌桩施工完毕；7）管桩施工：将预应力高强混凝土管桩定位，并将其插入步骤6）钻取的搅拌桩中；插入时需保证预应力高强混凝土管桩保持直立，且轴线与搅拌桩的轴线重合，直至插入持力层中，然后在预应力高强混凝土管桩内浇筑混凝土；8）重复步骤3）～7），对其他位置的水泥搅拌桩进行施工；9）待桩周土层湿陷变形及固结变形稳定后，在桩周湿陷变形位置铺设砂土垫层, 砂土垫层的厚度应该达到水泥搅拌插入桩桩顶的高度，以满足施工筏板或其他基础形式的要求，施工完毕。
7.进一步地，所述水泥土搅拌桩采用三轴水泥土浆液搅拌法施工，施工深度大于30m的搅拌桩采用接杆工艺，导向架垂直度偏差不大于1/250。
8.进一步地，所述三轴水泥搅拌桩水泥浆液的水灰比为1.5-2.0。
9.进一步地，所述搅拌桩机械上设有用于控制输浆速度的流量泵，步骤4）、5）、6）中水泥搅拌机注浆泵出口压力为0.4—0.6mpa。
10.进一步地，所述水泥搅拌机搅拌下沉时，即步骤3）和5）中，下沉速度为0.5
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1.0m/min；水泥搅拌机搅拌上升时，即步骤4）和6）中，上升速度为1.0
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2.0m/min，并保持匀速下沉或上升。
11.进一步地，所述水泥搅拌机钻头的转速为23-26r/min。
12.本发明的有益效果在于：1.本发明将桩周湿陷性黄土层充分搅拌到饱和状态，使湿陷性黄土层预先发生湿陷变形，避免水泥搅拌桩在正常使用过程中因桩周湿陷性黄土湿陷变形产生较大的负摩阻力；从而可以适当提高桩周正摩阻力对竖向承载力的作用，同时也避免了桩周水泥搅拌土受拉开裂的情况，提升桩体的承载力，改善了水泥搅拌插入桩在大厚度自重湿陷性黄土地区的应用情况；2.本发明可以消除6m以下自重湿陷性黄土的湿陷性，减弱6m以上部分湿陷性，从而消除自重湿陷性黄土发生湿陷变形时对桩体产生的负摩阻力，增加湿陷性黄土土层范围内桩侧正摩阻力，提高桩体承载力，同时避免桩周水泥搅拌土产生拉裂的情况；3.本发明传统预浸水法相比，省略了通过蓄水池或砂井向深层湿陷性黄土层传递水分的过程，极大的缩短了施工工期，且经济安全，操作简单。
附图说明
13.图1是本发明水泥搅拌插入桩的布置示意图；
图2是本发明的施工过程示意图1；图3是本发明的施工过程示意图2；图4是本发明预应力混凝土管桩插入剖面示意图；图5是本发明水泥搅拌插入桩施工完毕的剖面示意图；
具体实施方式
14.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明：一种湿陷性黄土地区水泥搅拌插入桩消除湿陷性的施工方法，具体按以下步骤进行：1）施工前平整场地，根据设计图纸测量放样，标定各水泥搅拌桩的位置（如图1所示）。
15.2）根据地勘报告和上部结构要求，依据《建筑桩基技术规范》（jgj94-2008）、《湿陷性黄土地区建筑标准》（gb50025-2018）确定水泥搅拌插入桩桩侧负摩阻力消除的范围及消除程度，从而确定桩周湿陷性黄土层湿陷性处理面积、深度以及剩余湿陷量。
16.3）水泥土搅拌桩宜采用三轴水泥土浆液搅拌法施工，施工深度大于30m的搅拌桩宜采用接杆工艺，导向架垂直度偏差不应大于1/250；三轴水泥搅拌桩水泥浆液的水灰比宜为1.5-2.0，制备好的浆液不得离析，泵送应连续，且采用自动压力流量记录仪；然后按照步骤1）中水泥搅拌桩标定的位置，搅拌桩机械进场并定位，启动搅拌桩机械预搅下沉至设计深度。
17.4）一次搅拌：在持力层及非湿陷性土层深度内，搅拌桩机械采取喷水泥浆搅拌上升；在湿陷性黄土层深度内，搅拌桩机械采取喷水上升，上升到地面停止（如图2所示）。
18.5）二次搅拌：对已搅拌的土层进行二次搅拌下沉，在湿陷性黄土层边喷水边搅拌下沉，在持力层及非湿陷性土层，边喷水泥浆边下沉（如图2所示）。
19.6）三次搅拌：对已搅拌的土层进行三次搅拌上升，在持力层及非湿陷性土层，边喷水泥浆边上升，在湿陷性黄土层边喷水边搅拌上升，桩周搅拌土需要达到饱和含水率，搅拌桩施工完毕（如图3所示）；其中，步骤4）、5）、6）中水泥搅拌机注浆泵出口压力为0.4—0.6mpa；述水泥搅拌机搅拌下沉时，即步骤3）和5）中，下沉速度为0.5
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1.0m/min；水泥搅拌机搅拌上升时，即步骤4）和6）中，上升速度为1.0
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2.0m/min，并保持匀速下沉或上升；水泥搅拌机钻头的转速为23-26r/min。
20.7）管桩施工：将预应力高强混凝土管桩定位，并将其插入步骤6）钻取的搅拌桩中；插入时需保证预应力高强混凝土管桩保持直立，且轴线与搅拌桩的轴线重合，直至插入持力层中，然后在预应力高强混凝土管桩内浇筑混凝土，填筑需要保证密实（如图4所示）；压桩机的型号和配重的选用应该根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等因素确定，设计压桩力不应大于机架和配重重量的0.9倍，应在水泥搅拌桩的桩芯处打入，并插入持力层一定距离；静压桩终压控制标准应以标高为主，压力为辅，终压连续复压次数可为2-3次，稳压压桩力不应小于终压力，稳定压桩时间宜为5s-10s。
21.8）重复步骤3）～7），对其他位置的水泥搅拌桩进行施工。
22.9）观测桩周土层的湿陷性变形及固结变形，根据《湿陷性黄土地区建筑标准》，湿
陷变形稳定的标准为最后5天的平均湿陷量小于1mm/d说明桩身合格；待桩周土层湿陷变形及固结变形稳定后，在桩周湿陷变形位置铺设砂土垫层, 砂土垫层的厚度应该达到水泥搅拌插入桩桩顶的高度，以满足施工筏板或其他基础形式的要求，施工完毕（如图5所示）。