高速公路水泥粉煤灰樁設(shè)計(jì)與施工分析

張 良

(河北唐山公路建設(shè)總公司)

1 工程概況

該工程穿越路段工程地質(zhì)情況為上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)黏土，路基下為淤泥、松散粉砂等軟弱地層且厚度大，嚴(yán)重影響了路基的穩(wěn)定性。為了提高路基承載力和路基沉降，應(yīng)對(duì)軟土層進(jìn)行加固處理。地基土的天然承載力不滿足上部荷載要求，故對(duì)該路基采用水泥粉煤灰樁進(jìn)行加固處理。

2 加固機(jī)理

2.1 水泥的水化反應(yīng)

在水泥等同化劑與軟土充分?jǐn)嚢柚?，很快與軟土中的水發(fā)生水化反應(yīng)生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣及水化鐵酸鈣等化合物。

2.2 擠密作用

粉噴樁在施工過程中對(duì)土體的振動(dòng)或擠壓使土體得到擠密，利用橫向擠緊作用，提高了樁間土的強(qiáng)度和樁側(cè)法向應(yīng)力，使得樁側(cè)摩阻力得到增加，樁體的承載力得到加強(qiáng)，使路基土粒彼此靠緊，空隙減少，提高復(fù)合地基的承載力，有利于滿足路基壓實(shí)度的要求。

2.3 加速固結(jié)作用

地基同結(jié)不僅與地基土的排水性能有關(guān)，而且還與地基土的變形特性有關(guān)。這可從固結(jié)系數(shù)計(jì)算式中反映出來。雖然水泥土類樁會(huì)降低地基土的滲透系數(shù)K，但它同樣會(huì)減小地基土的滲透系數(shù)，而且通常后者的減小幅度要較前者大，由此，使加固后水泥土的同結(jié)系數(shù)大于加固前原地基土的系數(shù)，也起到加速固結(jié)的作用。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 平面設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)施工現(xiàn)場勘測，結(jié)合本地區(qū)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用梅花樁布置。

3.2 水泥粉煤灰樁設(shè)計(jì)參數(shù)

樁長、樁徑、樁體強(qiáng)度、褥墊層厚度及材料設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)場地勘察設(shè)計(jì)采用較大樁距、樁長原則，并且樁端要達(dá)到持力層上。本工程中設(shè)計(jì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值為200kPa，樁土置換率為6.5％。

樁長是水泥粉煤灰樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)首要參數(shù)，主要由建筑物對(duì)承載力和變形的要求、土質(zhì)條件和土的性質(zhì)、施工工藝等因素所決定，宜取3～5倍樁徑為宜。本工程中設(shè)計(jì)樁長12.9m，有效樁長11.4m;樁徑取決于所采用的成樁設(shè)備，本工程中樁徑為40cm;樁距由地基承載力、土的性質(zhì)、施工工藝等因素確定，宜取3～5倍樁徑。本工程中樁距為160mm×160mm，呈正方形布孔;本工程設(shè)計(jì)樁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為30;大量工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究表明，褥墊層厚度取15～30cm為宜，當(dāng)樁徑大或樁距大時(shí)褥墊層厚度宜取高值。本工程褥墊層采用級(jí)配良好的砂石，厚0.3m，最大粒徑不宜大于30mm。

4 施工工藝

對(duì)進(jìn)入現(xiàn)場水泥進(jìn)行質(zhì)量檢測。根據(jù)設(shè)計(jì)中水泥摻量，取土平均容重為1.845kN/m3，計(jì)算每米樁噴粉量為54kg;指定專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場施工及質(zhì)量控制，做好原始記錄及過程控制。清理并整平施工場地，使現(xiàn)場做到三通一平;放樣定位，每個(gè)粉噴樁中心位置灑上石灰并插一根木筷確保施工時(shí)對(duì)位快速且準(zhǔn)確;對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢測，主要有鉆頭尺寸是否符合要求;空壓機(jī)、噴粉機(jī)、儀表是否能正常工作;噴粉記錄器顯示數(shù)據(jù)和實(shí)際鉆進(jìn)深度和噴粉量是否一致等;移動(dòng)鉆機(jī)，準(zhǔn)確對(duì)孔。對(duì)孔誤差不得大于50mm。施工時(shí)對(duì)各孔進(jìn)行編號(hào)，從一邊按照順序進(jìn)行施工;利用支腿液壓缸調(diào)平鉆機(jī)，鉆機(jī)主軸垂直度誤差不大于1％;起動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，根據(jù)施工要求以I、Ⅱ、Ⅲ檔逐級(jí)加速順序正鉆預(yù)攪下沉。鉆至接近設(shè)計(jì)深度時(shí)用低速慢鉆，且鉆機(jī)應(yīng)原位鉆動(dòng)1～2min。為保持鉆桿中間送風(fēng)通道的干燥，從預(yù)攪下沉開始直到噴粉為止，在軸桿內(nèi)連續(xù)輸送壓縮空氣;粉體材料，水泥材料按照設(shè)計(jì)要求選用425#普通硅酸鹽水泥;提升噴粉、攪拌。在確認(rèn)水泥已噴至孔底時(shí)按0.48m/min速度反鉆提升。當(dāng)提升到設(shè)計(jì)?；覙?biāo)高后慢速原地?cái)嚢?～2min，重復(fù)攪拌。為保證粉體攪拌均勻，再次將攪拌頭下沉到設(shè)計(jì)深度。提升攪拌時(shí)速度控制在0.5～0.8m/min;為防止空氣污染，在提升噴粉距地面0.5m處減壓噴粉。施工中孔口設(shè)噴灰防護(hù)裝置;提升噴灰過程中，配自動(dòng)計(jì)量裝置。噴粉記錄器由控制箱、稱重器、供粉泵和深度測量器四部分組成。它能自動(dòng)打印不同深度處噴入水泥粉的重量，有效地控制和檢驗(yàn)水泥土樁的質(zhì)量;鉆具提升至地面后，鉆機(jī)移位對(duì)孔。按上述步驟進(jìn)行下一根樁的施工。

5 結(jié)論

水泥粉煤灰樁由于摻入粉煤灰，充分發(fā)揮樁間土承載力，具有承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡單易行、工程質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)，工程造價(jià)是一般樁1/2～1/3，具有較高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。水泥粉煤灰樁復(fù)合地基作為一種新型地基處理技術(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算方法簡單易學(xué)，適用范圍廣，適用性強(qiáng)，具有較好的應(yīng)用前景。

[1] 徐至鈞.強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法加固地基[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)[S].

[3] 公路路基施工技術(shù)規(guī)范(JTGF10-2006)[S].

[4] 曹名葆.水泥土攪拌法處理地基[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.