硬塑成都粘土高压旋喷桩施工方法研究

高压旋喷桩在硬塑成都粘土的施工方法研究xxxxx施工程项目发布人：xxxxxxxxxQC小组一、工程概况新建成都动车段检修设施工程位于成都动车运用所存车Ⅰ场和既有成渝、成昆正线间，按年检修能力300列8辆编组动车组规模设计。新建三级修库线2条、检修存车线3条、整编静调库线4条，走行线、试车线和车体吹扫线各1条，检修设备830台套。总占地面积959亩，新建房屋18栋,建筑面积92279㎡。建成后主要承担我国西南CRH1和CRH2型动车组三级修。二、小组简介小组名称xxxxxxxxxQC小组小组类型创新型接受QC教育时间（h）活动时间2013年8月~2013年12月活动次数每周2次小组人数7人小组成员序号姓名性别组内分工职称1xxx男组长工程师1202xx男副组长工程师1203xxx男组员工程师1204xxx男组员助工1105xxx女组员技术员1106xxx男组员助工1107xxx男组员助工1108小组成员平均教育115小时，已全部取得合格证书三、选择课题（一）高压旋喷桩地基处理简介根据设计图纸要求，三级修库架车机基础1-30轴地基需要采用高压旋喷桩进行加固处理，桩径500mm，布置间距1.0m，桩长8.0m，加固标高范围为497.85m~489.85m，总长度约40000m。要求成桩后单桩承载力特征值大于等于130KPa，复合地基承载力特征值大于等于160KPa，无侧限抗压强度大于等于3000KPa，水泥浆水灰比1:1，经室内配比试验得出高压旋喷桩每米水泥含量为189Kg。（二）地质情况简介首先我们先来看看架车机基础1-30轴地质断面图：1-1:人工填土3-1:软塑成都粘土3:硬塑成都粘土5:泥岩从地质断面图中可以看出，1-30轴土层分布从上至下依次为人工填土、软塑成都粘土、硬塑成都粘土、泥岩，其中软塑成都粘土与硬塑成都粘土分布标高起伏较大，土质情况比较复杂。（三）问题的提出从地质断面图中可以看出，在高压旋喷桩加固的土层标高范围内（497.85m~489.85m）既有软塑土又有硬塑土（桩进入深度约1~4.5m），而《建筑地基处理技术规范》中指出高压旋喷桩仅适用于软塑或可塑状态下的粘土加固，对此小组于2013年7月12日在施工场地内的硬塑粘土区域采用单管施工工艺（喷浆压力30MPa）进行了高压旋喷桩试桩施工，用以验证高压旋喷桩在硬塑土中的施工质量。小组于2013年8月10~8月12日对试桩的成桩质量进行了检查，统计结果如下表：试桩编号无侧限抗压强度设计值（MPa）无侧限抗压强度实测值（MPa）桩径（mm）桩体均匀性桩长（m）131.6350不合格8.3232.3420不合格8.1332.1323不合格7.9433.2500合格8.2531.9421不合格8.3632.7396不合格8.2731.3398不合格8.3833.8503合格8.4932.6453不合格8.21031.3367不合格8.31133.7501合格8.31232.6424不合格8.1现场高压旋喷桩试桩照片桩体均匀性差，桩径达不到设计要求500mm从检查结果来看，12根试桩仅有3根质量是合格的，小组查阅了相关资料并请教了成都地区有相关施工经验的地质专家，主要原因是硬塑土土质硬，高压水泥浆不易切割，难以保证成桩直径和均匀性。（四）解决方案讨论QC小组成员利用“头脑风暴法”对如何解决硬塑成都粘土地基加固的问题进行了讨论，主要提出以下几个解决方案：1、采用双管或三管高压旋喷桩施工工艺，增大对土体冲切力；2、与设计院进行沟通，改变设备基础地基加固方式，采用级配碎石换填处理；3、研究高压旋喷桩在硬塑成都粘土的施工方法。小组对3个可供选择的方案进行了分析、评估，并选定了解决方案。方案分析、评估及选定表解决问题方法综合评估表序号可解决问题的方法综合分析评估综合得分确定实施与否可实施性经济性预计有效性不影响其他工作1采用双管或三管高压旋喷桩施工工艺，增大对土体冲切力。1、可实施；2、机械费用增加约20元/m，水泥用量双管工艺增加约60kg/m，三管工艺增加约150kg/m，投入资金较大。3、土体加固范围大，冲切力大，加固效果较好。4、不影响其他工作315514否2与设计院进行沟通，改变设备基础地基加固方式，改用级配碎石换填处理。1、实施难度较大2、投入资金较小。2、地基处理效果相对较差。3、影响周围承台基础施工153110否3研究高压旋喷桩在硬塑成都粘土的施工方法。1、有一定难度，但是小组有较丰富的经验，具备研究条件。2、投入资金较小。3、预计加固效果较好。4、不影响其他工作355518实施注：好-5分；一般-3分；差-1分。（五）课题确定根据解决方案综合分析、评估表，项目部QC小组确定研究课题——高压旋喷桩在硬塑成都粘土施工方法的研究。四、设定目标课题目标：利用常见的施工机械，研究出一种经济、有效的适合在硬塑成都粘土施工的高压旋喷桩施工方法。目标值：1、保证高压旋喷桩施工质量满足设计要求；2、与原来的施工方法相比，施工周期不增加；3、费用增加不超过高压旋喷桩人工、机械费总费用的0.5%（200万×0.5%=1万）。五、方案提出及可行性分析（一）提出方案根据前期对试桩的检查发现，高压旋喷桩存在的主要问题是桩径不够和桩体均匀性差，究其原因是土层中的硬塑粘土土质较硬，高压水泥浆无法将加固土体切割均匀，最终水泥浆无法与土形成均匀混合体，我们如果能够想办法先搅动加固范围内的土层，使土体松动，粒径均匀，再采用单管注浆法进行加固就能够保证高压旋喷桩的成桩直径和桩体均匀性。小组成员围绕这一核心问题，提出了三种方案：方案1：由于水泥土搅拌桩桩机钻头带有叶片，能够起到搅动土体的作用，可先采用水泥土搅拌桩机引孔，叶片搅动土层后用高压旋喷桩桩机喷射注浆；方案2：对高压旋喷桩桩机的钻头进行改造，可通过焊接增大钻头直径，增大土体搅动范围，下沉时搅动土层，提升时高压喷浆。方案3：对水泥土搅拌桩桩机进行改造，使其带叶片钻头在钻进下沉过程中搅动土层，在提升过程中高压喷浆；（二）对各方案的可行性分析及评估小组成员对三个对策方案进行评估打分。结果见下表：各对策方案综合评估表序号对策方案综合分析评估综合得分确定实施与否可实施性经济性预计有效性不影响其他工作1采用水泥土搅拌桩桩机引孔，再用高压旋喷桩桩机喷射注浆。1、可实施。2、需要额外投入机械费用，增加约20元/m。3、加固效果较好。3、施工周期较长，有可能影响承台基础开挖。315110不采用2改装现有的高压旋喷桩桩机。1、改装简单，容易实施。2、增加费用小。3、地基加固效果较好4、不影响其他工作535518可采用3改装现有的水泥土搅拌桩机。1、改装较简单，可实施。2、增加费用较小。3、地基加固效果较好。4、不影响其他工程335516可采用注：好-5分；一般-3分；差-1分。评估结果：综合得分满分应是20分。我们将得分率超过60%——即12分以上作为可采用的方案，则方案2、方案3为可采用方案，方案1为不采用方案。六、对策与实施按照先易后难的先后顺序，先实施方案2，再实施方案3。（一）方案2的实施1、制定方案2的对策计划方案对策目标措施地点负责人实施日期方案2对现有高压旋喷桩桩机进行改造1、高压旋喷桩直径满足设计要求2、桩体均匀3、桩长满足设计要求4、桩承载力满足设计要求5、无侧限抗压强度满足设计要求通过焊接，增大高压旋喷桩钻头直径，加大搅动土体范围施工现场王富强郭扬眉2013年8月15日~8月16日2、按照方案2的对策计划实施小组通过与操作工人的沟通与合作，更换了高压旋喷桩钻头。更换前高压旋喷桩桩机钻头，不带叶片在原有钻头两侧加焊叶片，增大钻头搅拌直径3、试验验证更换钻头后，于2013年8月17日在施工现场进行试验，在高压旋喷桩桩长达到2.7m时无法继续钻进，用挖掘机开挖检查，地下无石块等硬物，更换其他4个部位进行试验，桩长分别为2.1m、2.5m、2.3m、2.1m，经过小组与施工操作工人的讨论分析，主要原因是钻头直径增大后高压旋喷桩桩机钻孔阻力明显增大，高压旋喷桩桩机动力较小（约11KW），成桩长度无法达到8.0m。验证结论：由于高压旋喷桩桩机动力较小，更换钻头后桩长达不到设计要求的8.0m，未能达到预定目标。（二）方案3的实施1、制定方案3的对策计划方案对策目标措施地点负责人实施日期方案3对现有水泥土搅拌桩桩机进行改造，并重新打试桩1、高压旋喷桩直径满足设计要求2、桩体均匀3、桩长满足设计要求4、无侧限抗压强度及承载力满足设计要求1、利用水泥土搅拌桩桩机现有钻头；2、更换高压注浆管；3、更换调速器；4、更换高压注浆泵。施工现场王富强郭扬眉2013年8月18日~9月25日2、按照方案3的对策计划实施小组利用3天时间，对现有水泥土搅拌桩桩机进行了改造；（1）利用水泥搅拌桩桩机现有带叶片钻头带叶片的水泥土搅拌桩钻头（2）由于水泥搅拌桩喷浆压力约为5.0MPa，而高压旋喷桩喷浆压力约为20~30MPa，为了实现高压喷浆必须更换高压注浆泵和高压注浆管。更换高压注浆泵，增加注浆压力原有普通塑料注浆管更换高压注浆钢丝管，承压能力更强（3）由于高压旋喷桩钻杆提速较慢，上升速度为0.1m/min，而水泥搅拌桩提升速度为0.5~0.8m/min，因此小组更换了水泥搅拌桩桩机调速器，以达到降低钻杆提速的目的。3、试验验证该机械改造完成后，于2013年8月21日在施工现场进行了试验。共选择了10个试验点进行试验。试验结果：1）10根试桩钻进深度均能够达到设计要求8.0m；2）试桩成桩7天后，进行浅开挖检查，最小桩径为500mm，最大桩径527mm，桩径均能满足设计要求。现场测量高压旋喷桩桩径3）剔除表层浮桨后，桩身水泥土混合均匀，无明显夹杂土现象。现场开挖检查桩身质量4）2013年9月18日抽取5根试桩进行钻心取样，无侧限抗压强度均能达到设计要求，桩身质量完整。5）2013年9月19日~2013年9月25日共抽取5根试桩进行承载力检测，均能满足设计要求现场进行高压旋喷桩承载力检测七、效果检查（一）目标值完成情况1、对保证高压旋喷桩施工质量满足设计要求目标的确认；对试桩的桩径、桩身质量及承载力进行了检查，均能满足设计和规范要求，从而目标1得到了确认。2、对施工时间的确认；前期采用传统单管高压旋喷桩施工工艺共施工12根，共计10小时24分钟，平均每根桩施工时间约52分钟；改装后的高压旋喷桩桩机每台工作24小时可施工29根，平均每根桩施工时间约49.5分钟，施工时间未增加，实现了目标2。3、对施工成本的确认：经现场统计，3名工人改装1台桩机需要3天，人工费单价为150元/工日，改装1台机械人工费：3×3×150=1350（元）改造所用的材料及设备均为既有材料、设备，且可以拆除用于其它工程，因此不增加材料、设备费用。则改装1台机械花费1350元，预计需要改装4台，预计改装费用共计5400元，小于目标值10000元，目标3得以实现。（二）技术效益通过这次QC活动，我们对高压旋喷桩、水泥搅拌桩施工工艺有了更深的了解，并获得了宝贵的施工经验，总结了一套经济可行的高压旋喷桩在硬塑成都粘土的施工方法，为以后处理更加复杂的基础加固积累了经验。八、巩固措施我们将高压旋喷桩在硬塑成都粘土的施工机械的详细改造步骤、施工原理、方法及实施效果进行整理，编制了专门的作业指导书，用于处理以后类似土质的高压旋喷桩施工问题。九、下步打算改造后的高压旋喷桩桩机，很好的解决了成都粘土高压旋喷桩成桩困难的问题，收到了预期的效果。我们小组下一步活动课题是《综合支吊架的研制》