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高压旋喷桩在道路软基处理中的应用 摘 要:在津沽改线下穿通道的U15-U18段及搭板处,因按照原计划用于加强软土地基承载力的深层水泥搅拌桩机具过高,容易使机具与其上的高压线发生电击事故而在施工中无法得到实施,所以此段变更为高压旋喷桩。
本文结合工程实例,分别从工作机理、施工流程、和质量检验三个方面对高压旋喷桩做了阐述。 关键词:软土地基处理,高压旋喷桩,质量控制 1、工程简介 津沽该线下穿通道工程全长440米,宽为30.5米,其中U型槽的JK3+493.302?— JK3+573.302的范围内,道路中心线两侧上方有110KV高压线干扰,所以此段由原来的深层水泥搅拌桩变更为高压旋喷桩。
此段旋喷桩设计桩长10—15 米,设计桩径600mm,梅花形布置,桩距1.5米,总根数为668根,总米数为8095.4米,从2009年11月8日始到2009年11月19日止,历时12天,工后检验效果理想。 2、高压旋喷桩概述 2.1.概念:高压旋喷桩是高压喷射注浆法处理地基中的一种,是利用钻孔设备,把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴,置入土层预定深度后,用高压泥浆泵等装置,以20Mpa左右的压力把预先制备好的水泥、水玻璃等材料作为主固化剂的浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体,同时借助注浆管的旋转和提升运动,使浆液把从土体上崩落下来的土搅拌混合,经一定时间的凝固,便在土中形成圆柱状的具有一定强度和抗渗能力的固结体,从而使地基承载力得到加强的一种工程方法。
2.2. 加固机理:高压喷射注浆是利用工程钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置,以高压设备使浆液成为20Mpa左右的高压流从喷嘴里喷射出来,冲击破坏土体,当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时,土料便从土体剥落下来,高压流切割搅碎的土层,呈颗粒状分散,一部分被浆液和水带出钻孔,另一部分则与浆液搅拌混合,随着浆液的凝固,组成具有一定强度和抗渗能力的固结体,当喷射流以360°旋转、自下而上喷射提升时,固结体的截面形状为圆形即称为旋喷。在钻机的钻杆最前端设置一个高压液体喷射装置,当钻机把该高压喷射装置送到土层预定深度时,通过高压泵向钻杆中心孔连续输送高压水泥浆液,高压水泥浆液即通过喷射装置中的喷嘴小孔喷入钻杆周围的砂层、土层及砂土层,与此同时钻机带动钻杆缓慢旋转并提升使喷嘴缓慢螺旋上升,从而使高压水泥浆不断切割搅拌土层,形成水泥、砂、土及速凝剂的混合搅拌浆体,通过固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应,生成水化物,然后水化物胶结形成凝胶体,将土颗粒凝结在一起形成具有整体性、水稳定性和较高强度的结构整体,从而提高其复合地基承载力及改变地基土物理化学性能,达到提高地基承载力、减少地基沉降、阻止水体流动、增强地基稳定性的目的。
旋喷桩主要用于加固地基,提高地基的抗剪强度,改善地基土的变性性能,使其在上部结构荷载作用下,不至破坏或产生过大的变形。 3、施工流程 旋喷注浆施工流程可大致分为:施工准备,试桩、技术参数确定→测量放样,桩机就位,钻孔,水泥浆制备,旋喷和复搅,提管冲洗,移动设备→桩基工后检测; 3.1、施工准备:钻机进场之前首先进行场地布置,清除施工区域的杂物,平整场地施工段落要平整密实,做好排水工作,确保在较干净的环境中进行施工,其次,准备好施工用电和施工用水;施工用电使用沿线设置的变压器并配备发电机在施工现场,架设电缆接线到施工作业区。
3.2、试桩、技术参数确定:每个工点施工前必须先打不少于3根的工艺试验桩,以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数,其中包括最佳的灰浆稠度、工作压力、钻进和提升速度等,还应根据被加固土的性质及单桩承载力要求,确定水泥掺入量。通过试验桩确定本工程高压旋喷桩施工技术参数为:水灰比为1:1;钻进、工作压力20~25Mpa;提升速度≤0.25m/min;桩顶1米范围提升速度≤0.2m/min;转速应控制在20~25r/min,水泥掺入量范围在180~220Kg/m之间。
3.3、测量放样:测量人员根据施工图纸提供的坐标、平面布置图,在施工段落进行布桩,桩位用小木桩红色头醒目标注,桩间距误差不大于50mm,布桩完成自检合格后报监理工程师验收,验收合格后进行下一步工序。 3.4、钻机就位:搅拌机具运至现场后进行安装调试,待转速、压力及计量设备正常后就位。
钻机就位时先使钻头对准桩位标志中心,然后进行钻杆的双向调平,之后,再次调整对中,最后再精确调平。垂直度误差不超过1%,对中误差小于5cm。
3.5、钻孔:每台钻机在开钻前,技术人员对钻杆总长度进行尺量,根据桩长、设计桩顶标高、原地面标高计算下钻节数,并在最后一节钻杆上标定出下钻结束位置。钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度,钻孔方法采用单管法旋转钻机。
在钻杆下钻时采用小于10Mpa的水泥浆压力,一方面防止堵喷嘴,另一方面对土体进行第一次喷射,使土体成为混合液,减小喷浆时土体的阻力,以利于浆液充分搅拌,钻到设计的深度。成孔后,应校检孔位、孔深及垂直度,是否符合设计要求。
3.6、灰浆的制作:选用优质42.5#普。
2.关于金属热处理的有关论文
45钢亚温淬火工艺的研究摘要:采用正交组合回归设计试验方法研究了亚温淬火条件下,淬火温度和回火温度对45钢强度及硬度的影响规律,并分析了该钢亚温淬火后的组织与性能。
结果表明,在740~800 ℃范围内,随淬火温度升高, 45钢的强度及硬度升高,淬火组织中铁素体量逐步减少,其分布形态也发生明显变化, 800 ℃淬火后的力学性能接近于常规的840 ℃淬火。在试验的基础上,提出了45钢活塞(780 ±10) ℃淬火+ (550 ±10) ℃回火的调质处理新工艺。
关键词: 45钢;亚温淬火;调质处理; 抗拉强度; 硬度;显微组织 图1为45钢制造的煤矿用DZ型液压支柱的活塞,产品技术要求调质后硬度为240~270HBS,热处理是在箱式电炉中加热温度840 ℃,保温1 h后水淬, 580 ℃回火。实际生产中产品淬火开裂率高 图1 DZ型液压支柱活塞示意图 达15%~20%。
本文采用正 表1 淬火温度和回火温度的试验水平交组合回归设计试验方法,研究了亚温淬火条件下, 淬火温度和回火温度对45钢强度及硬度的影响规律,分析了该钢亚温淬火后的组织与性能,提出了45钢亚温淬火新工艺。与传统的调质工艺相比,新工艺降低了淬火温度和回火温度,有效避免了淬火开裂,同时,保证了工件的使用性能。
1 试验材料和方法试验用45钢的主要化学成分(质量分数, % )为0.47C、0.31Si、0.67Mn、0.030S、0.031P、余量Fe,供货为热轧态。淬火温度和回火温度的试验水平见表1。
淬火加热保温20 min、水冷;回火保温40 min、空冷。试验采用拉伸试样和硬度试块。
拉伸试样为d0= 10 mm、L0 = 5 d0 的短试样,硬度试块的尺寸为20mm *25 mm。各试样的热处理工艺见表2。
采用正交组合回归设计试验方法,将回归分析与正交设计有机结合起来。试验结果经数据处理后,得出淬火温度和回火温度对45钢强度.硬度的影响规律,并建立数学模型。
对试验结果进行显著性检验:一是方差检验,检验各因素影响的显著性,评价试验结果的可靠性;二是回归方程的显著性检验,评价数学模型的可信度。2 试验结果及数据处理2、1 试验结果每个温度点分别处理拉伸试样和硬度试样各3个,测试性能后取其平均值作为试验结果。
抗拉强度和硬度检测结果的平均值见图2。表2 热处理工艺2、2 数据处理经数据处理,得出如下回归方程:硬度方程: 硬度( HBS) = 327.8 – 32.67x1 +71.17x2 + 1.11x12 – 21.72x22 – 18.75x1 x245钢不同温度淬火后的强度(a)和硬度(b)的变化曲线抗拉强度方程:σb (MPa) = 865.14 – 65.62X1 +245.93X2 + 13171X12 – 190.2X22 – 34.93X1 X2式中: X1 ∈[ - 1, + 1 ]; X2 ∈[ - 1, + 1 ]表3 试验因素的方差检验对上述试验进行方差检验,结果如表3所示。
因子X1、X2 分别在α = 0.001和α = 0.05水平显著,该试验数据是可靠的。对上述回归方程进行显著性检验,结果见表4。
两方程分别在α = 0.005和α = 0.025水平显著,证明方程是可信的。表4 回归方程的显著性检验3 45钢亚温淬火后的组织及分析3、1 淬火加热温度与铁素体含量及分布形态图3为45钢淬火回火后的金相组织照片。
试验过程中发现,在740~800 ℃范围内,随淬火温度升高,淬火组织中铁素体含量逐步减少, 马氏体量增加, 740 ℃淬火组织中有较多的铁素体(见图3a) ,因此钢的强、硬度较低;当淬火温度达到800 ℃后,组织中的铁素体已经很少,仅有2% ~5% ,其余全部为马氏体组织(见图3b) 。组织分析表明,淬火温度不同,淬火组织中的铁素体不仅含量发生变化,其分布形态也发生较大的改变。
740 ℃淬火,铁素体的形态以块状为主(见图3c) 。随淬火温度升高,块状铁素体减少。
770 ℃淬火,铁素体的形态为网状分布于奥氏体晶界(见图3d) 。800 ℃淬火,块状和网状铁素体基本消失,少量铁素体孤立分布于马氏体组织中(见图3b) 。
3、2 淬火加热温度与钢的强度和硬度的关系由图2所示的45钢经740~800 ℃淬火后其强度和硬度的结果可知,随淬火温度提高,钢的强度和硬度增加,其原因是组织中铁素体逐步减少,马氏体含量增加。低于770 ℃,淬火温度对其强度和硬度的影响显著;高于770 ℃,其影响减弱。
800 ℃淬火后组织中虽有极少量的铁素体,但由于晶粒细化[ 1 ] ,仍达到较高的强、硬度,力学性能接近于常规的840 ℃淬火。由图4可以看出,经不同温度回火, 45钢强度和硬度随淬火温度变化的规律基本相同。
回火温度越高,钢的强、硬度越低,这与马氏体组织的分解程度有关。4 45钢活塞亚温淬火工艺的确定在反复试验的基础上,确定45钢活塞的亚温淬火温度为(780 ±10) ℃,为了不降低工件的力学性能,把回火温度相应降低到(550 ±10) ℃。
新的调质处理工艺处理活塞时,淬火和回火保温时间适当的延长,以确保工件热透。经新旧工艺调质处理后的45钢的力学性能见表5。
由表5可以看出,两种工艺处理后钢的力学性能很接近,新工艺可以满足活塞对材质的要求。图3 不同工艺处理后45钢金相组织( a) 740 ℃淬火, 450 ℃回火 ( b) 800 ℃淬火, 450 ℃回火 ( c) 740 ℃淬火, 500 ℃回火 ( d) 770 ℃淬火, 500 ℃回火亚温淬火工艺的优点是在保证材料强、硬度的。
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