¿Cuál es la aplicación de los pilotes de mezcla de cemento en el tratamiento de cimientos de suelos blandos?
Las cimentaciones de suelo blando están ampliamente distribuidas en las zonas costeras del este y sur de mi país. Al mismo tiempo, esta zona también es un área con una gran población, una economía desarrollada y edificios densos en China. Al construir proyectos de carreteras en esta área, es inevitable encontrar el problema del tratamiento de cimientos blandos. Los cimientos de suelo blando generalmente tienen las características de alto contenido de agua, baja densidad, baja resistencia, alta compresibilidad, baja permeabilidad al agua y sensibilidad media. Generalmente, tienen un gran asentamiento por compresión, una lenta consolidación del drenaje y una pobre estabilidad de los cimientos.
Existen muchos métodos para tratar cimientos de suelo blando, como el método de relleno, el método de precarga, la compactación dinámica y el método de reemplazo de compactación dinámica, el método de pilotaje de arena, el método de pilotaje de grava y cenizas volantes de cemento, el método de mezcla de cemento y suelo. método de inyección de lechada a alta presión, etc. Se pueden seleccionar métodos de tratamiento de cimientos apropiados de acuerdo con diferentes condiciones de ingeniería.
Entre ellos, existen dos métodos principales de tratamiento para cimentaciones de arcilla saturadas profundas: precarga y mezcla de cemento (incluidas pilas de pulverización de polvo). Los principales métodos de tratamiento para utilizar suelo profundo de arena suelta (limo) como base principal incluyen la compactación dinámica, pilotes de arena (piedra) compactados y pilotes de mezcla de cemento (incluidos pilotes de pulverización de polvo).
1. Introducción del proyecto
El proyecto de la autopista Lianzhou-Huaiji en la provincia de Guangdong está ubicado en la zona montañosa del noroeste de la provincia de Guangdong. El plan de red es parte del plan de cooperación de transporte por carreteras y vías navegables en la región del delta del río Pan-Pearl. Es otro canal importante que conecta Hong Kong y Macao con Hunan y Guangxi.
2. Análisis de las condiciones geológicas
El suelo blando a lo largo de la línea está compuesto principalmente por limo y franco limoso de fase pantanosa del Cuaternario (el número de capas es 3-0 y 3-1). ), principalmente franco, arcilloso limoso plástico parcialmente blando, con capas 2-1r generalmente distribuidas de forma aleatoria en depresiones o valles montañosos en puntas o franjas; El suelo blando en este proyecto es generalmente poco profundo (algunos valles fluviales son profundos). Los limos pantanosos y las margas limosas tienen entre 2 y 2,5 m de largo y las capas gruesas se tratan con drenaje y precarga combinados.
3. Determinar el método de tratamiento de cimientos y el mecanismo de refuerzo.
3.1 Teniendo en cuenta las condiciones geológicas, el costo, la tecnología de construcción y otros factores del proyecto y haciendo referencia a los métodos de tratamiento del entorno. En proyectos, existen dos métodos más adecuados: método de precarga y método de mezcla cemento-suelo.
Método de precarga: Es un método de tratamiento de cimientos que fortalece el suelo de cimientos mediante carga de pilotes o precarga al vacío. Relativamente económico y dura mucho tiempo. Primero es necesario comprender la capa de suelo, la capa de agua y el tipo de agua subterránea, y obtener la presión de consolidación temprana, la relación entre la relación de vacíos y la presión de consolidación, el coeficiente de permeabilidad, el coeficiente de consolidación, el índice de resistencia al corte de prueba triaxial y la cruz in situ. resistencia al corte de la placa. Durante el proceso de precarga, se monitorearon la deformación vertical, el desplazamiento lateral, la presión de los poros y el nivel del agua subterránea, y se realizaron pruebas de corte de placas transversales in situ y pruebas geotécnicas en interiores.
Método de mezcla cemento-suelo: use cemento como principal agente de curado y use un mezclador profundo especial para mezclar enérgicamente el agente de curado y la tierra de base para endurecer el suelo blando en montones con integridad, estabilidad del agua y una cierta fuerza. Las ventajas son obvias: mezcla in situ, máxima utilización del suelo original, ausencia de extrusión lateral del suelo de cimentación, poca interferencia con los edificios circundantes y disposición flexible de los pilotes. Pero es necesario que haya una cierta proporción.
Debido al largo período de construcción del método de precarga de carga de pilotes, que demora entre medio año y un año, teniendo en cuenta los requisitos del período de construcción del proyecto, se abandonó este plan y se determinó que sería el método de cemento. método de mezcla del suelo. De acuerdo a las características geológicas de la zona finalmente se determinó el método de agitación profunda (método húmedo).
3.2 Mecanismo de mezcla y refuerzo cemento-suelo
3.2.1 Reacción de hidrólisis y hidratación del cemento
Silicato tricálcico, silicato dicálcico y aluminio en el cemento Ácido tricálcico, El aluminato de hierro tetracálcico y el sulfato de calcio reaccionan con el agua para formar una serie de compuestos. Los compuestos resultantes también participan en la reacción y continúan aumentando la resistencia del suelo.
3.2.2 Influencia de las partículas de arcilla y los hidratos de cemento
Los productos anteriores continúan sufriendo intercambio iónico, granulación, endurecimiento y carbonización. Cuanto más uniforme sea el suelo triturado final, mayor será la resistencia general del suelo de cemento.
3.2.3 Otros factores que influyen
La resistencia del suelo de cemento aumenta con el aumento de la dosis de cemento; con la edad, la duración es de aproximadamente tres meses. Aumenta a medida que aumenta la ley del cemento; ; disminuye a medida que aumenta el contenido de humedad del suelo; disminuye a medida que aumenta el contenido de materia orgánica en el suelo, el efecto de refuerzo del cemento puro no es bueno. Ciertos aditivos pueden cambiar efectivamente la resistencia y el crecimiento de la resistencia al envejecimiento del suelo de cemento. Mejores métodos y condiciones de mantenimiento pueden mejorar la resistencia temprana del suelo de cemento. Por lo tanto, determinar racionalmente el contenido de cemento, reducir la perturbación durante el envejecimiento y seleccionar racionalmente los aditivos externos contribuirá a la resistencia del suelo de cemento.
4. Determinación de los parámetros de los pilotes de mezcla de cemento.
El tratamiento de cimentación del proyecto básicamente determina la calidad del proyecto, especialmente la cimentación de suelo blando de todo el proyecto está completamente controlada por pilotes de mezcla de cemento.
Determine los objetivos del tratamiento de la cimentación compuesta: capacidad de carga 120 KPa, requisito de asentamiento ≤0,3 m, asentamiento diferencial posterior a la construcción controlado en 2.
4.1 Determinación del espaciamiento de los pilotes
De acuerdo con los requisitos de ingeniería y los requisitos de especificación, el diámetro del pilote se determina en 0,5 m debido a las malas propiedades mecánicas del suelo alrededor de los pilotes. , se recomienda adoptar una disposición triangular con una separación de 1,2 m. Debido a las malas condiciones de los cimientos y a las complejas condiciones subterráneas, se requiere que la profundidad mínima de la punta del pilote que ingresa a la capa de soporte sea de 0,8 m. p>4.2 Cálculo de cimentación mixta
Según Se inspecciona la disposición de cimentación por pilotes en la posición más desfavorable.
4.2.1 Cálculo de la capacidad portante de un solo pilote
Cálculo de la resistencia del pilote:
rk 1 = QS * l * S a * Ap * fk = 131,51KN ; rk2 =η* quc * Ap = 137,80 kn según los resultados del cálculo, la capacidad portante de un solo pilote es pequeña.
4.2.2 Cálculo de la capacidad portante de cimentaciones compuestas
Tasa de reemplazo de área m=0,190512, capacidad portante de cimentaciones compuestas fk = m * rk/AP β*(1-m)* fs = 137,83 kpa.
Según los resultados del cálculo, la capacidad de carga del pilote único cumple con los requisitos de diseño y la capacidad de carga de la base compuesta también cumple con los requisitos de diseño.
4.3 Diseño del cojín superior del pilote
Considerando que las propiedades de los pilotes de mezcla de cemento y limo en este proyecto son bastante diferentes, para garantizar las propiedades mecánicas generales de la cimentación compuesta, se Se considera colocar 50 cm de arena en la parte superior de las pilas y asegurarse de que la parte superior de la pila entre en el cojín de arena de 10 cm.
4.4 Análisis de asentamiento
La deformación de la cimentación compuesta del pilote de mezcla cargada verticalmente incluye dos partes: la deformación por compresión promedio S1 de la capa de suelo compuesto del pilote de mezcla y la capa de suelo no reforzada debajo de la Extremo del pilote S2 Deformación por compresión.
4.4.1 Análisis de asentamiento de cimientos compuestos
Módulo de compresión del pilote de mezcla EP = 1,8 x 105 kpa; Es = 2,68 MPa dentro de la longitud del pilote módulo de compresión de la capa de suelo compuesto La cantidad; es ESP = m EP (1-m). EE = 34294 kPa.
La tensión adicional Pz en la superficie superior de la capa de suelo compuesto del pilote de mezcla es de 120 KPa. Según Esp/Es=12,78, z/b=12/12=1, θ=300. La tensión adicional en la parte inferior de la capa de suelo compuesto del pilote de mezcla es pzl = b(PK-PC)/(b 2z * tanθ)= 55,7 kpa.
Deformación por compresión de la capa de suelo compuesto del pilote de mezcla s 1 =(PZ PZL)* L/(2 * ESP)= 30,7 mm
4.4.2 Deformación por compresión del suelo en el extremo del pilote
p>
La tensión adicional en la parte inferior de la base compuesta es de 55,7 kPa, la tensión de autogravedad es de 1,40 kPa y el módulo de compresión del suelo es de 30 MPa. La tensión adicional por debajo de 6 metros es de 46,9 kPa y la tensión del peso propio es de 200 kPa. El valor E correspondiente = e1-e2 = 0,015. Después del cálculo y con referencia a la curva e-P de los proyectos circundantes, la compresión dentro de los 6 metros del extremo del pilote
4.4.3 Después del cálculo y análisis, el asentamiento de la cimentación compuesta es < 10 cm. Cumplir con los requisitos de la especificación.
4.5 Tratamiento de piezas especiales como asientos de tuberías y orificios inferiores
La elevación inferior de las tuberías de aguas residuales en este proyecto es más baja que la elevación superior de la base compuesta. Para garantizar que el fondo de la tubería de aguas residuales tenga suficiente capacidad de carga, se deben formar al menos tres pilotes en la parte inferior de la tubería para formar una base compuesta para soportar la carga. Y asegúrese de que haya un cojín de arena de 50 cm en la parte inferior del tubo.
5. Método de construcción de pilotes de mezcla de cemento
5.1 Requisitos del material
Se debe utilizar silicato o cemento Portland ordinario de grado 32,5 o superior.
Utilizar agua potable y utilizar agua no potable para controlar los niveles de sulfatos y sal. Valor de PH ≥4.
5.2 Métodos de construcción
5.2.1 Limpiar y nivelar el sitio de construcción.
Se deben excavar zanjas de drenaje antes de la construcción, se debe drenar el agua subterránea a tiempo, se debe nivelar el sitio de construcción y se deben rellenar y compactar 50 cm de grava como superficie de construcción. La superficie de parada de lechada de la pila de mezcla es 50 cm más alta que la superficie superior de la pila diseñada. Una vez completada la construcción de la pila de mezcla, se rellenan y compactan 50 cm de colchón de arena como colchón de subrasante.
5.2.2 Marcar el lugar de perforación.
De acuerdo con los requisitos de diseño, marque la posición de la pila de mezcla en el sitio nivelado (el error no debe ser mayor a 2 cm) y mida la elevación del sitio para determinar la elevación del hormigón proyectado y detener la inyección.
5.2.3 Colocación, perforación y mezcla de lechada de cemento en recepción.
Después de que la plataforma de perforación esté en su lugar, alinee la posición del pilote (el error en la posición del pilote no es superior a 2 cm), nivele el cuerpo del martinete para garantizar la verticalidad del pilote (la desviación permitida es 65438± 0.5), y comience la perforación del motor principal. Ingrese la profundidad de diseño (la pila de mezcla penetra la capa de limo y entra en la capa de soporte aproximadamente 50 cm). Cuando la perforación frontal esté en su lugar, la lechada trasera se debe realizar de acuerdo con la proporción de mezcla de lechada de cemento proporcionada por el laboratorio. El mortero de cemento preparado no debe segregarse, el bombeo debe ser continuo y la presión de inyección debe controlarse entre 0,4 MPa ~ 0,6 MPa. Debe haber dos tanques de lechada de cemento, uno para controlar la proporción y otro para bombear. Controlar el número de tanques de lodo, la cantidad de cemento y aditivos, y el tiempo de bombeo de lodo, y el tiempo de bombeo de lodo debe ser registrado por una persona dedicada. En vista del bajo nivel operativo de los operadores del equipo de construcción en el sitio de construcción, la línea del nivel del agua se puede marcar con pintura en el cubo de mezcla de lodo y luego explicarse a los operadores en el sitio. Cuando se inyecta agua al nivel del agua, la proporción de mezcla de diseño es la cantidad de bolsas de cemento que se agregan para mezclar. Asegúrese de manera simple y clara de que la lechada del pilote para mezclar cemento cumpla con los requisitos de diseño.
5.2.4 La pila de mezcla de cemento se construirá utilizando el método de cuatro mezclas y cuatro aspersiones.
Equipo en su lugar: La tubería de perforación de la mezcladora debe estar vertical y alineada con la posición del pilote. Verifique si el centro del eje giratorio del medidor de profundidad está en el centro del dial para garantizar una medición precisa de la profundidad de la pila de mezcla.
Primera perforación: Después de confirmar que el lodo se rocía desde la salida de lodo de la paleta mezcladora, se puede poner en marcha la mezcladora. A una velocidad de rotación de 60 r/min y una velocidad de perforación de no más de 1 m/min, taladre mientras pulveriza en el sentido de las agujas del reloj hasta alcanzar la longitud de pilote diseñada (sin cambiar la posición del engranaje, la corriente del amperímetro cambia repentinamente y luego taladre hasta 50 cm), luego rocíe lechada durante 30 segundos, luego revuelva en sentido antihorario y rocíe hasta la parte superior de la pila diseñada.
Segunda perforación: taladre y aplique lechada nuevamente en el sentido de las agujas del reloj, utilizando el mismo método hasta alcanzar la longitud del pilote diseñada, luego revuelva la lechada en el sentido contrario a las agujas del reloj, levántela hasta la elevación superior del pilote diseñada y Continúe aplicando lechada in situ. Después de aplicar la lechada durante 30 segundos, deje de rociar concreto.
Dos ciclos de perforación para formar un pilote: Después de dos ciclos de perforación y levantamiento, la lechada de cemento se agita en el orificio del pilote cuatro veces para formar un pilote.
Desplazamiento del martinete
Después de volver a agitar, levante la broca del suelo, pare el motor principal, complete el registro de construcción y mueva el martinete al lugar posición del siguiente agujero.
5.3 Precauciones de construcción
En la actualidad, los métodos de mezcla de pilotes de cemento domésticos son principalmente lechada de tubo central y lechada de cuchilla. Este último permite que la lechada de cemento se rocíe uniformemente desde varios orificios pequeños en las palas. Es adecuado para paletas de gran diámetro y mezcla continua, pero los orificios de rociado se obstruyen fácilmente, por lo que solo se puede usar la lechada de cemento pura; rociado desde otro centro en el medio del eje de mezcla. El tubo sale a borbotones. El diámetro de la hoja es inferior a 1 metro, la uniformidad de la mezcla no se ve afectada y es adecuada para diversos agentes de curado. Por las características de este proyecto se recomienda lo primero.
5.3.1 Antes de la construcción, realice pruebas interiores en suelo reforzado con cemento para determinar una relación agua-cemento razonable.
Con base en los resultados del cálculo y la experiencia exitosa de otros proyectos circundantes, y cumpliendo con los requisitos de las especificaciones técnicas de diseño y construcción, se determina que la dosis de cemento para este proyecto es de 55 kg/m y la relación agua-cemento recomendada es de 0,45 ~ 0,55. , sujeto a pruebas.
5.3.2 Antes de la construcción, se debe nivelar el sitio y se deben realizar no menos de 5 pilotes de prueba para verificar el desempeño de la máquina y los parámetros de construcción. Incluye parámetros de consistencia del mortero, presión de trabajo, velocidad de perforación y elevación.
5.3.3 Durante la construcción, se debe controlar la velocidad de inyección y la presión de salida de la bomba de lechada debe controlarse en 0,4 ~ 0,6 MPa.
Realice una construcción continua y un suministro continuo de lechada tanto como sea posible; si la lechada se detiene por un corto tiempo, el cabezal mezclador debe hundirse a 0,5 metros por debajo del punto de parada de la lechada y la lechada y la mezcla deben ser reanudado. Después de más de 40 minutos, se debe limpiar la tubería de lodo.
El hormigón se debe rociar repetidamente 1 m por encima de la parte superior de la pila; a 0,5 m de la parte inferior de la pila, la velocidad se debe reducir para garantizar una pulverización suficiente para garantizar la calidad de la construcción; Extremo del pilote, cuando el lodo llega a la salida de lodo. En este momento, se debe rociar la base durante 30 segundos para llenar completamente el extremo del pilote con lodo, lo cual es particularmente importante para garantizar la calidad del proyecto.
5.3.4 Controlar la estabilidad de las máquinas y herramientas de construcción para garantizar la estabilidad durante el proceso constructivo y evitar inclinaciones y movimientos. La inclinación del marco y la tubería de perforación debe ser ≤65438±0,0. Durante la construcción, utilice un martillo colgante para observar la inclinación de la tubería de perforación y ajustar la inclinación de la tubería de perforación.
El error de centrado del control es ≤20mm.
5.3.5 El lodo preparado no debe separarse y el tiempo de reposo debe controlarse a ≤2h.
5.3.6 La velocidad de hundimiento y elevación del mezclador debe controlarse a ≤1,0 m/min.
5.3.7 Compruebe periódicamente el tamaño de la hoja y la pérdida del diámetro de la broca debe ser ≤1 cm.
5.3.8 La longitud del pilote debe controlarse tanto por la corriente como por la longitud para garantizar la calidad del proyecto y garantizar que el pilote de mezcla de cemento ingrese a la capa de soporte a una profundidad suficiente.
6. Requisitos de observación y pruebas de construcción para pilotes de mezcla de cemento.
Después de la construcción de los pilotes de mezcla de cemento, se deben realizar pruebas de N10, pruebas de extracción de núcleos, pruebas de carga de un solo pilote y pruebas de carga de cimientos compuestos. llevarse a cabo. Y se debe realizar una observación del asentamiento.
6.1 A los 7 días de edad de los pilotes se detecta N10 con un penetrómetro portátil y la frecuencia de monitoreo es de 10 del total de pilotes.
6.2 El monitoreo de la capacidad de carga de extracción de núcleos, pilotes simples y cimientos compuestos se llevará a cabo 28 días después de que se complete el pilote. La cabeza del pilote se debe mover 0,5 m hacia afuera para esta prueba.
6.2.1 Llevar a cabo una inspección de extracción de núcleos con una frecuencia de 1 y realizar una inspección por muestreo enfocada en piezas clave y pilas sospechosas.
6.2.2 Ensayar la capacidad portante de pilotes simples y cimentaciones mixtas.
6.3 El asentamiento de este tramo vial deberá observarse cada 100 metros. En cada tramo se instalan tres puntos de observación del asentamiento.
Se debe controlar que el asentamiento calculado después de la construcción sea menor que el valor permitido de diseño, y el asentamiento observado durante dos meses consecutivos debe ser ≤5 mm/mes antes de que se pueda llevar a cabo el siguiente paso de construcción.
7. Control de calidad durante la construcción
7.1 Establecer un sistema completo de garantía de calidad de la construcción basado en los resultados del pilote de prueba y los requisitos del sistema de calidad, determinar un plan de tecnología de construcción razonable para el sitio; personal para operar.
7.2 Realizar la construcción de acuerdo con los requisitos de la tecnología de la construcción y establecer expedientes completos de tecnología de la construcción.
7.3 Cumplir con la supervisión y el stand by de terceros durante todo el proceso. Implementar un sistema de inspección y muestreo de testigos de calidad del proyecto.
8. Conclusión
En la sección de cimentación blanda tratada, a través del diseño y control técnico anteriores, el análisis de la observación del pavimento de subrasante y los resultados de la observación del asentamiento mostraron que el impacto de los pilotes de mezcla de cemento en esta sección de subrasante estaba El procesamiento fue exitoso.
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