粉噴樁處理軟土路基的施工技術(shù)

曲長(zhǎng)清

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

粉噴樁處理軟土路基的施工技術(shù)

曲長(zhǎng)清

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

粉噴樁法是加固軟土地基的較新、較普遍的方法，通過北黑工程軟土路基施工對(duì)粉噴樁法加固軟土地基施工經(jīng)驗(yàn)探討，加深對(duì)軟基處理的認(rèn)識(shí)。

粉噴樁;軟土路基;施工方法

粉體噴射攪拌法是將石灰或水泥粉末通過特制的粉體噴攪施工機(jī)械噴入需要加固的軟土地基中，經(jīng)過由下而上逐步噴攪使軟土中形成結(jié)硬的樁柱而得到加固。水泥漿攪拌樁是利用特制的深層攪拌機(jī)械由下而上逐步攪拌將軟土與噴射的水泥漿強(qiáng)制拌和，使軟土結(jié)硬成樁柱而得到加固。這兩種方法同屬低壓機(jī)械攪拌法，是國(guó)內(nèi)外目前用的較多的軟粘土加固技術(shù)，兩者的使用范圍，設(shè)計(jì)方法和質(zhì)量檢驗(yàn)方法基本一致，但加固工藝有所不同，以下結(jié)合北黑工程施工經(jīng)驗(yàn)以粉體噴射法為主進(jìn)行介紹。

粉體噴射攪拌法(粉噴樁)是以生石灰粉體材料作為加固料，通過專用的粉體噴攪施工機(jī)械，將攪拌鉆頭下沉至預(yù)計(jì)孔底后，用壓縮空氣將粉體以霧狀噴入加固部分的地基土，憑借鉆頭和葉片旋轉(zhuǎn)使粉體加固材料與軟土原為攪拌混合，自下而上邊攪拌邊噴粉，同時(shí)按約0.5 m/min的速度提升鉆頭，直到設(shè)計(jì)?；覙?biāo)高。為保證質(zhì)量，可再次將攪拌頭下沉至孔底，重復(fù)攪拌。

粉體噴射攪拌法以粉體作為主要加工固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期強(qiáng)度高，可以根據(jù)不同土的特性，含水量，設(shè)計(jì)要求合理選擇加固材料和配合比，對(duì)于含水量較大的軟土，加固效果更為顯著;施工時(shí)不需高壓設(shè)備，安全可靠，如嚴(yán)格尊守操作規(guī)范，可避免對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，震動(dòng)等不良影響。

采用石灰粉體噴攪加固軟粘土，其原理與公路常用石灰加固土基本相同。石灰與軟土主要發(fā)生如下作用:石灰的吸水，發(fā)熱，膨脹作用;碳酸化作用(化學(xué)交結(jié)作用);火山灰作用(化學(xué)膠凝作用)以及結(jié)晶作用。這些作用使土體中水分降低土顆粒微聚而形成較大的團(tuán)粒，同時(shí)土體化學(xué)反應(yīng)復(fù)合的水化物4CaO·Al2O3·SiO26H2O等在水中逐漸硬化，而與土顆粒粘結(jié)在一起從而提高了地基的物理力學(xué)性質(zhì)。

水泥攪拌加固軟粘土的原理是在加固過程中發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng);水泥水化生成鈣離子和土粒的鈉離子交換使土粒形成較大的顆粒;硬凝反應(yīng)。這些反應(yīng)使土顆粒形成凝膠體和較大的顆粒;顆粒間形成蜂窩狀結(jié)構(gòu);生成穩(wěn)定的不溶于水的結(jié)晶化合物，從而提高軟土強(qiáng)度。石灰，水泥粉體加固形成的樁柱的力學(xué)性質(zhì)變動(dòng)幅度相差較大，取決于軟土的特性，參加料種類，質(zhì)量，用量，施工條件及養(yǎng)護(hù)方法等。石灰用量一般為干重的6% ～10%，軟土含水量以接近液限時(shí)效果較好;水泥摻入量一般為干重的5%以上(7%～15%)。粉體噴攪法形成的粉噴樁直徑為50～100 cm，加固深度可達(dá)10～30 m。石灰粉體形成的加固樁體抗壓強(qiáng)度可達(dá)800 kPa，壓縮模量(20 000～30 000)kPa，水泥粉體形成的加固樁柱體抗壓強(qiáng)度可達(dá)5 000 kPa，壓縮模量100 000 kPa左右，地基承載力一般提高2～3倍，減少沉降量1/3～2/3。粉體噴攪樁加固地基的設(shè)計(jì)計(jì)算可參照復(fù)合地基設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。樁長(zhǎng)長(zhǎng)度確定與砂樁相同。

1 粉噴樁加固地基的原理

粉噴樁加固地基，是利用噴粉機(jī)在鉆孔過程中，用壓縮空氣將粉狀加固料以霧狀噴入被加固的土中，憑借特別的鉆頭葉片的旋轉(zhuǎn)，使加固料與原位土就地強(qiáng)制攪拌混合，加固料吸水后進(jìn)行一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成整體性好、水穩(wěn)定性好和有足夠強(qiáng)度的水泥土(或石灰土)樁體。由于固化劑吸收周圍土層的水分而發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，不僅使混和樁體凝結(jié)硬化，提高強(qiáng)度，也穩(wěn)定了樁周圍的土層，樁連同樁間土共同形成優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基，大大提高地基的承載力。水泥土或石灰土攪拌越均勻，地基的總體強(qiáng)度越高。

2 噴粉樁的特點(diǎn)

粉噴樁加固工藝合理、施工簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠、成本低、進(jìn)度快、無振動(dòng)、無噪音、占地面積小、對(duì)周圍建筑物無影響，顯著表現(xiàn)為以下特點(diǎn)。

(1)可以直接在含有地下水的地層中施工制樁，避免水中施工的麻煩，簡(jiǎn)化施工程序。

(2)可在－10℃以上的情況下制樁，施工基本不受季節(jié)限制，可保持施工連續(xù)。

(3)使用材料單一，工藝簡(jiǎn)單，成本低。

(4)樁體強(qiáng)度有較大提高，樁間土性能隨之改善，加固效果明顯。

3 粉噴樁的適用范圍

粉噴樁適用于有地下水或含水量＞23%的粘性土、粉土、砂土、粉砂土、粉質(zhì)粘土、淤泥、雜填土等各類軟土地層中，不太適用于含有大量石塊、樹根、有機(jī)物的人工填土層。粉噴樁可以用來解決以下問題。

(1)增加軟土地基承載力;(2)減小軟土地基的不均勻沉陷和總沉陷量;(3)增加土質(zhì)岸邊的穩(wěn)定;(4)在溝槽和基坑開挖中代替板樁支護(hù);(5)減小和阻止地下水滲透。

4 施工方法

4.1 施工設(shè)備

施工采用PH－5A型粉噴機(jī)配套設(shè)備，該設(shè)備地基加固深度≤16 m，成樁直徑≤600 mm，灰灌容量1.3 m3。

4.2 施工工藝

粉噴樁樁體正式施工前進(jìn)行了成樁工藝試驗(yàn)，以確定鉆進(jìn)、提升、噴灰量等施工技術(shù)參數(shù)及應(yīng)采取的相應(yīng)技術(shù)措施。

(1)施工現(xiàn)場(chǎng)在測(cè)放樁位時(shí)，鉆機(jī)準(zhǔn)備到位，其樁位偏差≤5 cm，調(diào)節(jié)鉆機(jī)支腿油缸，使樁孔斜率≤1.5%。

(2)關(guān)閉粉噴機(jī)灰路閥門，打開氣路閥門。

(3)開啟主電機(jī)，啟動(dòng)空壓機(jī)并緩慢打開氣路調(diào)節(jié)閥，根據(jù)施工要求，逐級(jí)加速，正循環(huán)回轉(zhuǎn)預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)低速慢轉(zhuǎn)，原位轉(zhuǎn)動(dòng)1～2 min。

(4)為保證鉆桿中間的送風(fēng)通道的干燥和暢通，從預(yù)攪下沉至粉噴完畢，啟動(dòng)空壓機(jī)連續(xù)輸送壓縮空氣，當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)孔深1～2 min后，即開啟粉體發(fā)送器進(jìn)行粉體噴射攪拌，這時(shí)噴粉、攪拌、提升同步進(jìn)行，攪拌桿提升速度應(yīng)控制在0.97 m/min。

(5)當(dāng)提升至設(shè)計(jì)停粉標(biāo)高后，應(yīng)慢速原位復(fù)攪1～2 min，樁身上部1～3 m范圍內(nèi)根據(jù)實(shí)際情況再進(jìn)行二次復(fù)攪，以確保樁身質(zhì)量。

(6)當(dāng)提升粉噴距地面0.5 m，應(yīng)立即停止粉噴，利用管道余灰量噴入土中，以防止粉塵污染環(huán)境。在施工過程中設(shè)置自動(dòng)計(jì)量裝置，以檢驗(yàn)和控制粉噴量，鉆機(jī)移至新孔位，重復(fù)上述工藝進(jìn)行下根樁的施工。雖然采用了變樁間距進(jìn)行不均勻沉降的調(diào)節(jié)，但為了增加路基剛度，有效減小路基的不均勻變形，實(shí)際施工中采用置換率為m=15.2%，梅花型布樁，施工工期歷時(shí)15 d。

5 質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1 樁體輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)在成樁后3～7 d進(jìn)行，檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的2% ，試驗(yàn)結(jié)果表明，以軟土為加固對(duì)象的水泥土樁每30 cm的觸探錘擊數(shù)N10＞50擊，而原土層僅為15～20擊，加固效果明顯，滿足了設(shè)計(jì)要求。

5.2 樁成形的開挖檢測(cè)

工程施工結(jié)束7 d，進(jìn)行了基坑開挖檢測(cè)，樁體外觀連續(xù)勻稱，表面成螺旋狀，有一層堅(jiān)硬的水泥色硬殼，石灰土攪拌均勻，樁徑均符合設(shè)計(jì)要求，質(zhì)地堅(jiān)硬，輕敲有堅(jiān)實(shí)感。

5.3 水泥土樁體取樣試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

從水泥土樁采取的立方體試件，90 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值滿足設(shè)計(jì)要求的2 000 kPa，試件體的養(yǎng)護(hù)溫度較低，強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果可能偏低，后期強(qiáng)度仍將增長(zhǎng)。

6 結(jié)論

我國(guó)粉體材料資源豐富，粉體噴射攪拌法常用于公路，鐵路，水利，市政，港口等工程軟土地基的加固，較多用于邊坡穩(wěn)定及筑成地下連續(xù)墻或支撐深基坑。所加固軟土內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)過多，否則效果不大。

粉噴樁法加固軟基可更多的吸收軟基中的水分，加固效果更為顯著，而且輸入軟土中的固化材料要少得多，無漿液排出，無地面隆起現(xiàn)象，節(jié)約了造價(jià)。粉噴樁的施工要求工藝性很強(qiáng)，對(duì)打樁的操作要求嚴(yán)格，如果稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)不合格樁，達(dá)不到加固軟基的效果。在工程施工過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守施工工序，控制現(xiàn)場(chǎng)水泥漿液的拌制質(zhì)量，避免由于進(jìn)灰量較少，樁體強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，鉆頭提升速度不穩(wěn)定或進(jìn)灰控制不適當(dāng)造成的樁體強(qiáng)度不均勻，甚至出現(xiàn)某段無灰的現(xiàn)象發(fā)生，成樁質(zhì)量高，路基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

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U416.1

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1008－3383(2011)12－0018－01

2011－10－15