本文核心词:粉喷。
浅谈粉喷桩处理软基的处理与施工工学论文
摘要:结合路基软圭埋置厚度大于三米的软土路段粉喷桩处理实例,对软基加固的机理、地基设计、施工工艺流程以及效果检验加以探讨。
关键词:粉喷桩;处理;软土地基;施工工艺
1概述
路基不均匀沉降是造成水泥砼路面断裂破坏的主要因素之一。某路多处位于淤泥质粘土,土质松软,承载力极低。在这样的地质条件下修筑路堤,路基沉降量大,稳定性差。若不对其进行有效地整治,将来势必造成水泥混凝土路面破坏。某路勘察设计阶段勘探钻孔19个,人工挖孔7个,且孔点位置大都分布于桥位处,对线路的地质情况勘探极少。工程开工后,发现原路基软基段与施工设计图相差甚远。因此对该路基重新进行勘探,共钻孔96个,总进尺638米,基本掌握了软土路基的分层、埋深以及物理力学性质等。根据软土路基土的分布情况,经专家与设计代表共同讨论决定:软土埋置厚度小于3m处,采用“清淤换填透水性材料”;软土埋置厚度大于3m的深层软土地段,采用粉喷桩复合地基进行加固处理。这样,既消除了工程隐患,又缩短施工工期,保证了施工的正常进行。
2粉喷桩加固软基的机理
粉喷桩加固软土技术是利用水泥作为固化剂,通过专用的深层搅拌喷射机械,将粉状的胶凝材料喷入地层深部,凭借钻机回转钻头叶片与原位软土均匀搅拌混合并吸收地下水,经一系列的物理化学反应,随着时间的推移,形成具有整体性强、水稳性好和高强度的柱体(即粉喷桩)。使软粘土硬结形成具有一定的强度、压缩性和渗透性较低的水泥土固体,从而达到加固路基的目的。
当水泥和软土拌和后,水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应,形成水化物。这些水化物有的进一步硬化,形成能吸收大量自由水的水泥石骨料;有的则与周围具有一定活性的’软土颗粒发生反应,其中钙离子与软土矿物表面所带的钠离子、钾离子等进行离子交换,通过离子交换作用和团粒化作用使较小的土颗粒形成较大的土团粒。通过凝硬反应,逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物,从而使土的强度不断提高。
通过离子交换作用和碳酸化作用形成了一定范围的桩周土硬壳层,从而形成了刚度和强度相对较高的水泥土柱体。由于土和水泥水化物之间的物理化学反应过程进行缓慢,因此水泥土柱体的强度随时间增长而不断增加。
3粉喷桩复合地基设计
该路深层软土地基基础设计为粉喷桩复合地基,桩径D=500mm;相邻桩的净距1.3m,并采用梅花式布置,有效桩长平均约为5m(至持力层);固化剂采用425#普通硅酸盐早强水泥,因地层中有机物含量和含水量较高,为保证桩身质量,经取样配方试验,拟定水泥掺合比为15%~18%(即58kg±5kg/m);施工结束后进行动测试验,以检查桩的完整性和桩长;桩的抗压强度须满足825KPa(28天)或1100KPa(90天)。
4影响桩体强度的主要因素
影响桩体强度的主要因素有:水泥掺合比、水泥标号、龄期、土的含水量、土中有机质含量等。其中以龄期、水泥掺合比、土的含水量影响最为显著。
4.1水泥土的强度随龄期的增长而增长,其强度增长规律既不同于水泥砼,也不同于石灰土。水泥土的龄期在1~28天内,强度增长较快;超过28天后,强度仍有较大增长,但增长速度已明显减缓;90天龄期后强度略有增长,但长幅已很小。在实际工程中,一般以7天或28天龄期的无侧限抗压强度作为水泥土的强度设计标准值。
4.2水泥掺合比对水泥土的强度影响较大。施工前,应取所用水泥和有代表性的对水泥土强度影响最不利的软土,按设计要求进行水泥土标准试验,以求取最佳的掺合比。当实际掺合比小于最佳掺合比时,水泥土固化反应弱,水泥土比原状土强度增长甚微,加固效果不明显;当掺合比大幅超过最佳掺合比时,水泥土强度增长随掺合比增加增幅而减缓,费用与效果比不合理,导致成本加大,或产生浪费。规范规定的掺合比范围为7%≤aw≤15%。在实际工程中掺合比的选用还应根据土质和加固土的含水量,通过室内试验确定。本工程采用水泥掺合比为18%。
4.3加固土含水量对水泥土的强度有明显影响,含水量愈小,无侧限抗压强度愈大,反之则愈小。当含水量达到一定值后,按规范推荐的最大掺合比已不能保证达到设计强度要求,因此,从经济、合理、有效的角度,在保证水泥土桩强度满足设计、规范要求的前提下,对于含水量较小的软土可适当降低掺合比;而对软土含水量过大的地段宜增大掺合比。具体掺合比的选用应根据试验确定。
5施工流程
5.1做好粉喷桩开工前的施工组织设计,机械、人员、原材料必须准时到位,对技术人员、机械操作人员进行上岗前培训,设计人员进行技术交底,对水泥批量进行抽查试验合格后才能使用,制定操作机手的岗位职责及操作规程。
5.2施工前应做好场地的平整工作。该路软土地基加固区皆为稻田或洼地,且部分已开挖,场地很软,自重10T的桩机在其上施工会导致陷机,严重影响施工进度,故施工前应在场地表面回填50cm厚稳定性好的砂砾土。复核好测量基线、复测桩位高程。为准确控制钻杆深度,应在基台上做控制深度标尺,以便施工中进行观测、记录。 5.3做好工艺性试验桩(不少于10根),桩的位置在有代表性的软土段。通过试验桩掌握机械性能、地层情况、钻机下钻和提升速度、各操作手的配合、下钻和提升遇到的阻力、单位时间喷灰量、复搅工艺等因素对成桩质量特别是桩强度均匀性的影响,通过检测认可后确定其技术参数,作为正式施工依据。
5.4采用Ph-5型(2台)粉喷桩机施工,配有喷灰机和两台空压机。喷灰机和空压机应根据场地的施工要求,尽量放在便于钻机行走作业、便于上灰加料、便于设备安装及操作的平坦位置。喷灰机和空压机一定要安平牢靠,尤其空压机为克服其振动影响应在其底座下垫木且将风管卡牢,以防脱落。
5.5为了喷灰量的均匀性和搅拌均匀必须恒压喷灰,提钻喷灰应用慢挡(0.5m/min),钻进和复搅用中速档(不大于0.8m/min)。
5.6严格控制喷灰时间和停灰时间,不得中断喷灰,严禁在尚未喷灰的情况下进行钻杆提升作业。如遇机械故障等原因,喷灰中断时必须复打,复打重叠孔段应大于1m。
5.7本工程粉喷桩加固地段软土厚度均在5m以内,为确保质量,设计要求粉喷桩必须打穿软土层,桩底置于持力层基岩上,并要求整桩复搅。
5.8水泥粉喷桩掺灰量沿桩长都应均匀并达到设计要求,必须坚持每延米计灰,如发现某延米喷灰量少于设计喷灰量时,为保证桩身强度,应及时补喷灰,补喷灰后,其灰量应不小于设计喷灰量,搭接长度不小于50cm。灰量计量装置应经常检查,确保计量精度。
5.9试验表明,当土层含水量较低时,水泥粉喷桩桩身呈疏松状态,其强度较低。因此,对较干土层(如硬壳层),施工时要适当加水,使其含水量控制在45%≤W≤60%范围内,以利于成桩均匀,保证桩身强度。含水量较大的土层,水泥土强度会降低,因此要适当增加掺灰量。
5.10水泥粉喷桩桩头必须按设计要求处理,砍桩头后(长度约为50cm),桩头不平部分应用10#水泥砂浆调平;若桩头砍后低于设计标高,应用15#细粒料砼调整;若桩头强度满足设计要求,并且桩顶标高与设计标高误差不超过±5cm,可不砍桩头。
5.11为提高地基承载力和协调地基变形,我们在粉喷桩上加铺设两层土工格栅。先在桩顶上铺筑50cm厚的砂,调平后铺设土工格栅。土工格栅铺设要求平整,不能褶叠。
5.12考虑到水泥粉喷桩实际成桩直径要比设计直径(50cm)大(在较软土层中,实际成桩直径约为60cm)。为保证桩身设计强度,喷灰量应以实际桩径计算,实际喷灰量不得小于该计算值。
5.13水泥粉喷桩施工质量保证体系必须健全,坚持在没有质量旁站人员情况下不准施工的原则,以保证施工质量。
6加固效果检验
桩体取样强度试验。在粉喷桩完成后28天内,在水泥土桩身有代表性的部位连续取芯,进行无侧限抗压强度试验,与同龄期的室内无侧限抗压强度进行比较,以检验现场搅拌质量。取芯时要注意不要把试样压碎,以免影响强度,芯样的外径以5cm≤Ф≤10cm为宜。
结束语
从该路软土路基加固处理的工程实例来看,要确保粉喷桩加固软土路基的工程质量,就必须按设计要求施工,施工前做好施工组织设计,施工时认真执行有关技术操作规程,方可取得良好的施工效果。
参考文献
[1]JTJ017-96,公路软土基路堤设计与施工技术规范[S].
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