論復(fù)合地基處理

摘要:軟弱土層經(jīng)過水泥粉噴樁處理后，變成了硬塑或固體的不均勻土層，土層結(jié)構(gòu)成分發(fā)生了變化，形成了復(fù)合地基。本文通過水泥粉噴樁在河南省阿深高速公路中橋頭段、高填方，涵洞基底處理中的成功運(yùn)用，再次證明了該處理方法具有縮短工期、加固效果顯著，質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:水泥粉噴樁復(fù)合地基處理方法

1、前言

西華至周口高速公路是阿榮旗至深圳國家重點(diǎn)公路(簡稱阿深高速公路)的重要組成部分，是河南省環(huán)境內(nèi)縱貫?zāi)媳钡挠忠粭l重要運(yùn)輸通道。西華至周口段全長38.7公里，共劃分5個合同段。第8合同段位于淮陽縣內(nèi)共8.9公里。該段地形、地質(zhì)條件較為復(fù)雜，同時復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，給路基施工和結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)處理都帶來了一定的難度。

2、工程地質(zhì)征

本合同處于近期黃河沖積平原，地面均為第四系全新統(tǒng)地層覆蓋。并且地面零星分布首一些碟性洼地和湖泊，淺層地下水量豐富，含水層為粉細(xì)砂，粉砂，厚度5-10m，局部≤5m。地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水及河水，地下水位埋深0.6米左右。

根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，該地段從表土往下可分三層，Ⅰ層為淺黃色、棕黃色、黃褐色、灰褐色亞粘土，局部夾薄層亞砂土，一般軟塑狀，局部流塑狀;Ⅱ?qū)訛辄S色，淺棕黃色的細(xì)砂，局部夾中砂，中密-密實(shí)狀;Ⅲ層為黃褐色、灰褐色、灰黃色亞砂土夾亞粘土，一般硬塑狀、局部呈軟塑，夾有粘土夾層，局部夾有粘砂，細(xì)砂的透鏡體。

3、工程設(shè)計處理對策

該合同段內(nèi)軟弱土分布較廣，多夾有軟弱土夾層及透鏡體，分布層位變化較大，層厚1.0—6.0米，其巖性為黃褐色、棕黃色低液限粘土，軟塑狀，局部流塑，容許承載力60—100KPA，地下水位埋深0.6米左右。主要物理力學(xué)指標(biāo):含水量W=21.4—40.0%，液限WL=18.6—49.7%，塑限WP=13.5—24.0%，塑性指數(shù)IP=5.1—25.7，液性指數(shù)IL=0.58—1.14，錐尖阻力qC=0.45—1.08MPA

4、復(fù)合地基處理的設(shè)計

經(jīng)過充分的論證及科學(xué)的計算，結(jié)合設(shè)計要求，對

橋臺附近50m以內(nèi);

涵洞、通道基礎(chǔ)邊緣外延10m;

填土高度超遷7m的地段。

對以上地段進(jìn)行水泥粉噴攪拌樁復(fù)合地基處理，依涵洞、通道地基持力層充許承載力和基底應(yīng)力大小，在基底力設(shè)墊層處理方案，另外考慮到復(fù)合地基處理段內(nèi)與相鄰路基在沉降變形的諧調(diào)，在橋頭復(fù)合地基設(shè)計中設(shè)置了過渡段。

在復(fù)合地基的設(shè)計中，采用C40普通硅酸鹽水泥作為固化劑，摻入量為55KG/M，樁徑為500mm，樁間距為1.3-1.8m。樁長設(shè)計時以經(jīng)濟(jì)合理，滿足沉降量及承載力要求為原則，一般都在6-9m之間。樁位按正三角形布置。

5、施工方法及工藝

5.1、原理

水泥粉噴樁是以水泥作為固化材料，通過專用的攪拌機(jī)械，用壓縮空氣將粉體噴到軟弱地層中，憑借鉆頭葉片，在原位進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，形成水和摻合料的混和物。通過水泥的水解水化作用，使其產(chǎn)生一系列的物理—化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生一種特殊的、具有較高強(qiáng)度、較好變形特性和水穩(wěn)定性的混和柱狀加固體。

5.2、工藝試樁

不同地區(qū)具有不同的地質(zhì)條件，為了克服盲目性，確保粉噴樁加固地基達(dá)到預(yù)期效果，在工程施工前進(jìn)行工藝性試樁，以掌握該場地的成樁經(jīng)驗(yàn)及各種操作技術(shù)參數(shù)。

5.2.1滿足設(shè)計噴入量的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時間噴入量等。

5.2.2 確定攪拌的均勻性。

5.2.3 掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。

5.2.4 根據(jù)地層、地質(zhì)情況確定復(fù)攪樁長，工藝性試樁不應(yīng)少于5根。

5.3 、工藝程序:

整平原地面→鉆機(jī)定位→鉆桿下沉鉆進(jìn)→上提噴粉強(qiáng)制攪拌→復(fù)拌→提桿出孔鉆機(jī)移位

5.4、工藝流程

5.4.1放樣定位。按設(shè)計文件及施工現(xiàn)場實(shí)際情況，安排施工順序流程，按設(shè)計樁位布置圖排列編號，對原地面進(jìn)行整平，如原地面較軟或有水， 應(yīng)首先排水，然后填筑粗砂，以保證鉆機(jī)能移在其上行駛作業(yè)為準(zhǔn)。整平完成后進(jìn)行測量放樣，并用石灰粉標(biāo)明每個樁位，同時打上木樁 ，以確保樁位準(zhǔn)確。

5.4.2鉆機(jī)定位:鉆機(jī)采用液壓步履式行走鉆機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場放樣，確定好鉆機(jī)位置，再在機(jī)體上做好橫向和縱向參照刻度的標(biāo)志，準(zhǔn)確對孔，對孔誤差不得大于50mm，利用支腿油缸調(diào)平鉆機(jī)，鉆機(jī)主軸垂直度誤差應(yīng)不大于1%。

5.4.3啟動主電機(jī)，根據(jù)施工要求以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔逐級加速的順序，正轉(zhuǎn)預(yù)攪下沉。鉆至接近設(shè)計深度時，應(yīng)用低速慢鉆，到設(shè)計深度鉆機(jī)應(yīng)原位鉆動1-2min，為保持鉆桿中間的送風(fēng)通道干燥，從預(yù)攪下沉開始直到噴粉為止，應(yīng)在鉆桿內(nèi)連續(xù)輸送壓縮空氣。

5.4.4粉體材料與摻和量:粉體摻灰量為55kg/m， 材料采用普通硅酸鹽水泥。

5.4.5成樁:鉆頭鉆至加固深度后，立即開啟送粉系統(tǒng)，從水泥計量器讀數(shù)上確認(rèn)送粉后開始提升鉆桿。整個噴粉制樁過程為邊噴粉、邊攪拌、邊提升的連續(xù)作業(yè)。鉆頭提升到離設(shè)計樁頂20cm時，關(guān)閉噴粉系統(tǒng)，鉆頭在原位旋轉(zhuǎn)1min后再鉆進(jìn)到設(shè)計二分之一樁深，復(fù)攪一次，即將鉆頭再邊攪拌、邊提升至地面。

在噴粉攪拌過程中，每延米的噴粉量與設(shè)計配比的誤差不得大于規(guī)范要求，在確認(rèn)成樁的其他指標(biāo)滿足設(shè)計要求后方可移動鉆機(jī)，進(jìn)行下一根樁施工，否則應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)打。

5.5、要點(diǎn)操作

5.5.1 機(jī)身調(diào)平以鉆桿是否垂直為依據(jù)，操作時以鉆錘吊線進(jìn)行控制。

5.5.2 鉆頭鉆至設(shè)計深度時，應(yīng)留有一定的滯留時間，以保證加固粉料到達(dá)樁底。一般時間為2—5min。

5.5.3噴粉或噴氣時，當(dāng)氣壓達(dá)到0.45MPA時，管路易產(chǎn)生堵塞，此時應(yīng)停止噴粉，將鉆頭提出地面，切斷空壓機(jī)電源，停止送氣，查明原因，予以排除。

5.5.4整個制樁過程一定要保證邊噴粉邊提升連續(xù)作業(yè)。當(dāng)空氣濕度大、粉體流動性差、噴氣壓力大、單位樁長噴粉量大時，應(yīng)開通灰罐進(jìn)氣閥，以對料罐加壓。如斷粉，應(yīng)及時補(bǔ)噴，補(bǔ)噴重疊長度不小于1.0米。

5.5.5入罐固化劑最大粒徑徑不超過0.5cm，無石塊雜物。

5.5.6噴粉時，記錄人員隨時觀察電子秤的變化顯示，以保證各段噴粉均勻。

5.6、現(xiàn)場施工質(zhì)量控制

粉噴樁施工應(yīng)根據(jù)成樁試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行，操作人員隨時記錄壓力、粉噴量、鉆進(jìn)速度、提升速度等有關(guān)參數(shù)的變化。并要滿足以下要求:

5.6.1對樁的軸線偏移、樁的傾斜度、樁長以及水泥標(biāo)號進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時必須確保噴粉量及粉噴攪拌的均勻性。

5.6.2 不得出現(xiàn)噴灰不足及打設(shè)深度不夠，否則重新打設(shè)。

5.6.3 施工設(shè)備采用自動記錄施打深度，雙相稱重計量系統(tǒng)裝置 ，即粉體發(fā)送器配置粉料計量裝置，插入導(dǎo)桿頂部設(shè)有噴粉記錄裝置，并記錄水泥的順時噴入量和累計噴入量。

5.6.4 根據(jù)不同的地質(zhì)條件，通過工藝性試樁，確定制樁過程達(dá)到設(shè)計每延米噴粉量所需鉆頭提升攪拌速度、每分鐘粉噴量等控制參數(shù)外，建立專人值班檢查制度。

5.6.5在制樁過程中，一旦發(fā)現(xiàn)電子計量出現(xiàn)異常時，應(yīng)立即停止提升鉆桿，鉆頭原位攪拌，待查明原因，排除故障后，立即按規(guī)定搭接長度(L≥100cm)補(bǔ)噴復(fù)拌，噴粉正常后繼續(xù)提桿攪拌。

6、工程質(zhì)量檢驗(yàn)

水泥粉噴樁施工屬隱蔽工程，工序環(huán)節(jié)多，施工控制難度較大。粉噴樁進(jìn)行交工驗(yàn)收時，業(yè)主結(jié)合實(shí)際情況，制訂了檢驗(yàn)和評定辦法。

6.1、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

水泥粉噴樁質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)是施工控制的關(guān)鍵，也是最終要檢測的主要指標(biāo)。

6.2、粉噴樁的檢測

6.2.1、樁距、樁徑及鉆桿傾斜度的檢測

在每處粉噴施工時，隨機(jī)按規(guī)定頻率用吊錘對鉆桿傾斜進(jìn)行現(xiàn)場檢測，對已成樁的7天以上的水泥噴粉樁，隨時按規(guī)定頻率挖出樁頭，用卷尺對樁距、樁徑進(jìn)行檢測。

6.2.2、樁體強(qiáng)度和樁長檢測

對成樁14天以上的粉噴樁，隨機(jī)按規(guī)定頻率或?qū)τ袘岩傻臉哆M(jìn)行鉆芯取樣或低應(yīng)變檢測，主要內(nèi)容有以下幾方面:

a、破去樁頭0.3—0.5米表層水泥土，進(jìn)行檢測，主要檢測樁體外觀是否圓順，水泥土攪攔是否均勻。

b、取芯時，檢測樁體噴粉是否均勻，樁體有沒有斷粉現(xiàn)象，樁長是否達(dá)到設(shè)計要求。

c、對粉噴樁的樁體在上、中、下三個部位，各磨制一組，一組三個試件，做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，用三個試件的代表值進(jìn)行評定強(qiáng)度。

d、若樁體在地層遇到不良地質(zhì)，取芯不完整時，進(jìn)行標(biāo)貫檢測該層強(qiáng)度，根據(jù)N10貫入10cm的錘擊數(shù)或N10連續(xù)貫入30cm的錘擊數(shù)來判定樁體強(qiáng)度是否合格。

e、用低應(yīng)變儀對樁基完整性檢測，并與取芯對比，檢測其強(qiáng)度和完整性。但由于粉噴樁灰劑量小，被膠結(jié)的主體為軟弱土，強(qiáng)度值低，與混凝土樁基差別大，無損檢測靈敏度低，但可做為判斷粉噴樁施工質(zhì)量的參考。

6.2.3、單樁和復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)

對某一場地施工質(zhì)量有疑問時，最終可利用靜荷載試驗(yàn)，檢查復(fù)合地基承載力或單樁承載力。

6.3、粉噴樁施工質(zhì)量評定

6.3.1、單樁質(zhì)量評定

根據(jù)粉噴樁的施工特點(diǎn)，粉噴樁單樁質(zhì)量共劃分A類、B類、C類三種等級。

A類樁:

粉噴樁樁長達(dá)到設(shè)計要求，整樁噴粉均勻無斷粉現(xiàn)象;復(fù)攪芯樣完整且連續(xù)，呈柱狀(最小長度應(yīng)大于10cm);粉噴樁上、中、下三段強(qiáng)度均滿足要求;所取芯樣的柱狀加塊片狀取芯率大于90%。

B類樁:

樁長達(dá)到設(shè)計要求，整樁噴粉局部不均勻，但無斷粉現(xiàn)象;復(fù)攪段的芯樣大部分完整，呈柱狀，可制成等高試件做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，局部松散呈塊片狀，復(fù)攪段以下，能取出芯樣，但芯樣不完整，呈可塑狀;復(fù)攪段強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，復(fù)攪段以下有一定的強(qiáng)度;所取芯樣的樁狀加塊片狀取芯率大于80%。

C類樁:

樁長達(dá)不到設(shè)計要求，樁體噴粉不均勻，有斷粉現(xiàn)象;復(fù)攪段芯樣松散無粘聚，大部分呈塊片狀;復(fù)攪段以下雖軟塑，流塑或取不出芯樣;所取芯樣的柱狀加塊片狀取芯率小于80%。

其中:A類為優(yōu)良樁，B類為合格樁，C類為不合格樁，當(dāng)定為A類或B類時，必須同時具備該類的所達(dá)條件，定為C類時，只須具備該類中任一條即可。

6.3.2、群樁施工質(zhì)量評定

對照粉噴樁質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，檢測結(jié)果，對粉噴樁施工質(zhì)量進(jìn)行評定(具體評分標(biāo)準(zhǔn)參見公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn))。評為不合格的工程地段場地選3點(diǎn)做靜荷載試驗(yàn)。如荷載試驗(yàn)代表值符合要求可進(jìn)行下道工序。

7、處理效果

本段內(nèi)粉噴攪拌樁自2004年3月開始至今，完成了40余萬延米，施工后對粉噴樁進(jìn)行低應(yīng)變觸探，鉆孔取芯及對單樁及復(fù)合地基進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，以檢驗(yàn)樁的施工質(zhì)量，樁身強(qiáng)度及復(fù)合地基強(qiáng)度，同時還對部分結(jié)構(gòu)物處的粉噴樁進(jìn)行了工后沉降觀測，結(jié)果表明所有技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)規(guī)格的要求。

8、結(jié)束語

水泥粉噴樁處理復(fù)合地基是一種快速處理軟基和橋頭并減少工后沉降較為理想的處理方法，尤其河南、河北等地區(qū)正在被廣大的業(yè)主和設(shè)計單位所采納。它比一般的排水固結(jié)方法縮短工期，而且對于提高地基整體承載力效果明顯，其布樁靈活性較大，又可適用于不同加固目的和要求。