超深水泥土搅拌桩综合项目施工关键技术发展背景及应用案例.doc
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1、超深水泥土搅拌桩施工技术水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基一种办法。它是运用水泥(或石灰)等材料作为固化剂,通过特制搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,由固化剂和软土间所产生一系列物理、化学反映,使软土硬结成具备整体性、水稳定性和一定强度水泥加固土,从而提高地基强度和增大变形模量。依照施工办法不同,水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌,后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。水泥土搅拌法分为深层搅拌法(如下简称湿法)和粉体喷搅法(如下简称干法)。水泥土搅拌法合用于解决正常固结淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下
2、水饱和松散砂土等地基。本地基土天然含水量不大于30(黄土含水量不大于25)、不不大于70或地下水pH值不大于4时不适当采用干法。水泥加固土室内实验表白,有些软土加固效果较好,而有不够抱负。普通以为具有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物软土加固效果较好,而具有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物粘性土以及有机质含量高、酸碱度(pH值)较低粘性土加固效果较差。二次世界大战后,美国一方面研制出水泥土搅拌桩施工办法,即MIP(Mixing in-Place Pile)工法,该工法从不断回转、中空轴端部向周边已被搅松土中喷出水泥浆,经翼片搅拌形成水泥土桩,桩径0.30.4m,长度1012m。水泥土搅拌桩成桩
3、速度不久,且噪音小。1953年日本清水建设株式会社从美国引入这种施工办法。1967年日本港湾技术研究所土工部参照MIP工法特点,开始研制石灰搅拌施工机械。1974年由日本港湾技术研究所川琦钢铁厂和不动建设等厂家对石灰搅拌机械进行改造,合伙开发研制成功水泥搅拌固化法(CMC),使水泥土搅拌技术由实验阶段进入实用阶段。近年来,这项技术发展较快,此法已在瑞典、俄罗斯、美国、日本和中华人民共和国得到广泛应用。在日本相继开发了各种施工办法,如:竹中工务店深层化学搅拌法(DCM法)、清水建设株式会社深层水泥搅拌法(DEMIC法)、东亚建设工业株式会社深层水泥固结法(DCCM法)等。深层搅拌机械有单头到多头
4、,一次加固最大面积达9.5平方米。1990年日本大阪防水建设社研制开发了一种新搅拌施工工艺RR工法(Rotation & Revolution Mixing Treating System)。施工时,搅拌头上下、左右旋转翻滚成桩,一次成桩单元桩体直径达2米。到1995年为止,日本采用深层搅拌法加固软土工程量已达2440万m3,成为日本软土地基加固办法中应用得最多一种办法。1971年,日本成幸株式会社经改进,研制出多轴搅拌机,基于深层搅拌桩施工办法发展出SMW(Soil-cement Mixed Wall)工法,并应用于基坑围护工程,所谓SMW就是运用专门多轴钻孔机(普通为三轴)就地钻进切削土体
5、,同步在钻头端部将水泥浆液注入土体,将土体(soil)和水泥(slarii)土体原位进行混合、搅拌(mixing)后在地下形成持续墙体(wall)简称,经充分搅拌混合后,再将H型钢或其她型材插入搅拌桩体内,形成地下持续墙体,将其直接作为挡土或止水构造。它不但可以作为普通基坑止水墙壁,并且可以运用于地下水坝止水帷幕和土体加固改良,以及做为基桩。SMW施工办法种类可分为孔径为650 mm、850mm、1000mm等,在日本实际施工中最大搅拌深度已经达到过65m,视地质条件尚可施工至更深。这一施工办法在80年代后期传至台湾地区,90年代在泰国、马来西亚等东南亚国家和美国、法国等国家及地区被广泛应用。
6、当前在日本SMW工法已成为基坑围护重要施工办法,约占地下围护构造80%。其中日本东京都地下铁12号线工程春日站长度160m,宽度17.2至19.5m,深度24.5至31.6m,基坑围护构造采用SMW工法,直径600至650mm,春日站地质为粘土表层,其下为砂质及砾石层,中间并夹有少数薄层粘土,SMW工法深度自35至65m,间隔每45cm插入H5002001116型钢。国内在70年代末研制出第一台深层搅拌机。1980年,冶金部第五冶金建设公司和上海冶金建筑设计院合伙,在宝钢金属构造车间设备基本地基加固中采用了深层搅拌法。冶金科学研究院地基所与江阴振冲机械厂共同开发了双轴深层搅拌桩机械(施工深度1
7、215m,后来各家生产发展到1820m来施工搅拌桩,作为地基加固及围护构造重力式挡墙。80年代中期,在上海地区应用深层搅拌桩日趋广泛,惯用SJBI型深层搅拌机,成桩最大长度可达15米。80年代后期以来,深层搅拌桩除用作软基加固与承重桩外,已发展到用于基坑开挖支护构造。当前江阴市振冲机械制造有限公司生产SJBF37型搅拌桩机搅拌头直径为2700mm最大搅拌深度为18m ,SJBF45型搅拌桩机搅拌头直径为2760 mm最大搅拌深度达25m。80年代第一冶金建设公司曾从日本引进一台三轴搅拌机进行SMW工法施工。国内对SMW 工法研究和应用始于20 世纪80 年代后期。1988 年冶金工业部建筑研究
8、总院立题研究,并于1994 年通过建设部技术鉴定。其所用加劲材料(或称芯材),除国外惯用H 型钢外,还依照国情研制了钢筋笼和轻型角钢组合骨架等,合用于地下开挖深度为610 m 基坑。与此同步,上海市开始研究SMW工法,并于1993年在上海静安寺“环球世界”商厦基坑在围护工程初次采用了用普通双轴搅拌桩机械,进行水泥土搅拌施工,再用振动锤将用钢板焊成H型材打入刚施工完搅拌桩内, 这是国内采用SMW 工法第一项工程。1994 年对H 型钢水泥土复合构造进行了较系统实验研究,并于1997年初将其研究成果应用于上海申海大厦,并对H 型钢回收起拔技术(涉及其减摩隔离材料及起拔机械) 进行了重点攻关,获得成
9、功,从而为减少SMW 工法地下墙造价开辟了途径。另一方面,为适应工程需要,19961997 年,武汉、上海二地先后引进了日本三轴专用搅拌机数台。1998年研制SJB242/ 30 4 型四轴搅拌机,获得成功。当前SMW工法重要应用于国内东南沿海地区软土深基坑围护及地基加固中,在上海、天津、南京、杭州等地已经推广使用,并逐渐向内地推广。国内SMW工法施工用多轴搅拌桩机初期所有从日本进口,制造商有日本三和机材、三和机工,重要以二手机为主,价格昂贵,设备短缺严重制约了SMW工法在国内推广应用。国产第一台同类钻机由北京建筑机械化研究院于1998年开发成功,通过近几年发展国内现已有北京建研、北京三一、北
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