粉噴樁技術(shù)在軟土路基加固中的應(yīng)用

郝亞勛

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院,河南 鄭州 451100)

0 引言

在高速公路路基工程中常遇到大量軟土地基。軟土因具有天然強度低、壓縮性高、地基承載力小、滲透系數(shù)小等特點,一般不能直接用作路基地基,往往要經(jīng)過加固處理,提高軟土地基的強度,減少沉降量,增加承載力和穩(wěn)定性[1-2]。對于軟土路基的加固問題,我國的專家、學(xué)者進(jìn)行了大量了研究工作,提出了CFG樁加固、擠密樁加固、塑料板排水、化學(xué)加固等多種軟土路基加固方法。20世紀(jì)80年代以來,以水泥、石灰、粉煤灰等材料作為固化劑,利用深層攪拌機械在原位軟土中進(jìn)行強制攪拌,經(jīng)過物理化學(xué)作用所形成的粉噴樁復(fù)合地基,因其承載力高、沉降量小、施工速度快、不污染環(huán)境等優(yōu)點,在軟土地基加固中有很大發(fā)展,并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益[3-5]。

但是,粉噴樁的工作機理滯后于工程實踐,且工程實踐中存在有忽視影響粉噴樁質(zhì)量因素的現(xiàn)象,因此有必要對粉噴樁的工作機理、粉噴樁處理軟土地基的施工要點、質(zhì)量控制進(jìn)行討論、總結(jié)。

1 粉噴樁的加固機理及特點

粉噴樁處治軟基屬于深層攪拌法中的一種,適合于加固各種成因的飽和軟粘土,常用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高的粘性土。它是利用壓縮空氣向軟弱土層中輸送石灰、水泥等粉狀加固料,使其與原位軟弱土混合、壓密,通過加固料與軟弱土之間的離子交換作用、凝聚作用、化學(xué)結(jié)合作用等一系列物理化學(xué)作用,使軟弱土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的柱狀加固土,它與原位軟弱土層組成復(fù)合地基,提高軟土地基承載力,減少地基沉降量。

軟土的主要成分為二氧化硅、三氧化鋁,加固料水化后的主要成分為氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鐵酸鈣,其加固過程主要是通過軟土與加固料水化后產(chǎn)物之間的化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)式如下所示：

粉噴樁在軟基處理中,優(yōu)點較多,主要表現(xiàn)在以下幾點：

(1)粉噴樁是將原狀土與水泥等在轉(zhuǎn)機下進(jìn)行攪拌,因此對周圍建筑物的影響度很

??；

(2)粉噴樁樁在施工時,對周邊的環(huán)境造成的污染很小,且施工容易操作；

(3)對原狀土的利用率較高,粉噴樁釆用水泥或石灰等膠結(jié)材料能很好的改善原狀

土的力學(xué)性能；

(4)當(dāng)粉噴樁成型后,復(fù)合地基的重度與原狀土重度相差不大,不會造成下臥層的沉降；

(5)費用相對較低,可以根據(jù)施工要求及土質(zhì)差異,合理的選擇粉噴樁的類型及施工的形狀,如圖1所示(a￣￣1、a2為樁中心距)。

圖1 粉噴樁布置圖

2工程案例

2.1 工程概況

安徽省某沿江高速公路工程某路基工程合同段所經(jīng)地域地勢低平坦蕩、水網(wǎng)交錯、河湖眾多,區(qū)內(nèi)水系十分發(fā)達(dá),且地下水位高、土體含水量大、壓縮性大、地質(zhì)條件差,主要以淤泥、淤泥質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粘土、飽和粘性土為主,多呈軟塑狀,范圍大小不一,厚度為2.0m～6.0m,局部大于6.0m,軟土地基普遍力學(xué)強度較低,為中～高壓縮性土。

2.2 設(shè)計參數(shù)

本工程根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)指標(biāo)(如表1所示),采用粉噴樁進(jìn)行地基加固,粉噴樁設(shè)計參數(shù)為樁徑50cm,樁距1.1～1.3m,樁長為12～15m,穩(wěn)定材料選擇等級不小于42.5級的普通硅酸鹽水泥,水泥噴入量為45kg/m～60kg/m。以90d齡期的無側(cè)限抗壓強度為標(biāo)準(zhǔn)強度,90d無側(cè)限抗壓強度不小于1.2MPa。齡期達(dá)到90d后做承載試驗,單樁承載力基本值應(yīng)大于140kN。

表1 土質(zhì)性能指標(biāo)

2.3 施工技術(shù)要點

(1)施工前組裝架立噴粉樁機,檢查主機各部的連接,液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、噴粉系統(tǒng)各部分安裝調(diào)試情況及灰罐、管路的密封連接情況是否正常,做好必要的調(diào)整和緊固工作,排除異常情況后,方可進(jìn)行操作。灰罐裝滿料后,進(jìn)料扣應(yīng)加蓋密封。

(2)考慮天然含水率、水泥摻入比例、攪拌均勻性對樁體質(zhì)量的影響。

(3)樁體噴粉要求一氣呵成,不得中斷,噴粉壓力控制在0.5～0.8MPa。

(4)當(dāng)鉆頭提升到高于樁頂面約500mm,噴粉系統(tǒng)停止向孔內(nèi)噴射水泥時,樁體即告完成。為保證質(zhì)量,上部1.5～2.5m可復(fù)鉆孔噴粉一次。

(5)重復(fù)上、下攪拌,為使軟土和水泥粉體攪拌均勻,第二次再次將攪拌機旋轉(zhuǎn)下沉,再次攪拌,當(dāng)攪拌頭端接近樁頂位置時,持續(xù)攪拌3min后才拔出攪拌頭,復(fù)攪長度為設(shè)計樁長的1/3。

(6)嚴(yán)格按規(guī)范和設(shè)計要求進(jìn)行施工,確保軸線位置、設(shè)計深度、樁徑、垂直度、鉆桿傾斜度、單樁噴粉量在允許偏差之內(nèi)。

2.4 粉噴樁質(zhì)量控制措施

(1)施工前,對水泥采取隨機抽樣送檢,確保各項指標(biāo)滿足要求后方可使用。

(2)試機,以確保施工設(shè)備各系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常,計量設(shè)備、壓力表等完好無缺,同時應(yīng)檢查各項施工參數(shù),每臺機均應(yīng)配深度計,以便準(zhǔn)確記錄樁深。

(3)定期檢查粉噴樁的成樁直徑及攪拌均勻程度,對使用的鉆頭應(yīng)定期復(fù)核檢查,其直徑磨耗量不得大于20mm。

(4)嚴(yán)格控制噴粉標(biāo)高和停粉標(biāo)高,在提升過程中不得中斷噴粉,確保樁體有效長度,嚴(yán)禁在未噴粉的情況下進(jìn)行鉆桿提升作業(yè)。

(5)為保證樁體的強度和噴粉的均勻性,整個樁體在第一次噴粉攪拌結(jié)束后對樁頂2m范圍復(fù)噴一次,并對整個樁體需進(jìn)行第二次復(fù)攪措施,只攪拌不噴粉,確保固化料與地基土均勻拌和。

(6)施工設(shè)備必須配置良好的粉料計量裝置、壓力表、樁孔深度刻度盤等計量裝置,嚴(yán)禁不合格設(shè)備的投入使用。

(7)施工前對攪拌機械、注漿設(shè)備、制漿設(shè)備等進(jìn)行檢查維修,灰漿拌和機攪拌時間不少于2min,打樁時,提高攪拌次數(shù),降低鉆進(jìn)速度,邊攪拌,邊提升,提高拌和均勻性。

(8)注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,不得中斷,每天加固完畢,用清水清洗泵和輸漿管路,防止堵塞。

(9)在噴粉成樁過程中遇有故障面停止噴粉時,第二次噴粉接樁時,其噴粉重疊長度不得小于1m。

(10)成樁28d后在樁體上部(樁頂以下0.5m、1.0m、1.5m)截取3段樁體(每段長度約為500mm)進(jìn)行現(xiàn)場足尺樁身無側(cè)限抗壓強度試驗,檢查頻率為2‰,工業(yè)廢水處理設(shè)備和鍋爐補給水處理設(shè)備區(qū)域各不小于2根樁。

2.5 效果分析

在施工中嚴(yán)格按照上述的施工要點和施工質(zhì)量控制措施進(jìn)行該軟土路基的加固,取得的很好的加固效果,通過對多個測點的強度分析發(fā)現(xiàn),其路基堅固前后的強度提高了2.5-5倍。說明按照規(guī)定的施工要點和施工質(zhì)量控制措施,粉噴樁技術(shù)在軟土路基加固中可以取得較好的加固效果。

3 結(jié) 論

(1)明晰粉噴樁加固機理、制定質(zhì)量控制措施、嚴(yán)格按照施工技術(shù)要點施工,對粉噴樁的質(zhì)量控制有重要的作用。

(2)在軟土路基加固中,使用粉噴樁進(jìn)行軟土路基加固,可以提高地基承載力2.5～5倍,沉降量小、穩(wěn)定性好、加固效果好。