粉噴樁技術在軟土路基加固中的應用

郝亞勛

(鄭州工業(yè)應用技術學院 建筑工程學院,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、學者進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、化學加固等多種軟土路基加固方法。20世紀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行強制攪拌,經(jīng)過物理化學作用所形成的粉噴樁復合地基,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、質量控制進行討論、總結。

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、化學結合作用等一系列物理化學作用,使軟弱土硬結成具有整體性、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)物之間的化學反應,反應式如下所示：

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機下進行攪拌,因此對周圍建筑物的影響度很

小；

(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材料能很好的改善原狀

土的力學性能；

(4)當粉噴樁成型后,復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)內水系十分發(fā)達,且地下水位高、土體含水量大、壓縮性大、地質條件差,主要以淤泥、淤泥質粉土、淤泥質粘土、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,軟土地基普遍力學強度較低,為中～高壓縮性土。

2.2 設計參數(shù)

本工程根據(jù)現(xiàn)場土質指標(如表1所示),采用粉噴樁進行地基加固,粉噴樁設計參數(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齡期的無側限抗壓強度為標準強度,90d無側限抗壓強度不小于1.2MPa。齡期達到90d后做承載試驗,單樁承載力基本值應大于140kN。

表1 土質性能指標

2.3 施工技術要點

(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,做好必要的調整和緊固工作,排除異常情況后,方可進行操作。灰罐裝滿料后,進料扣應加蓋密封。

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

(5)重復上、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下沉,再次攪拌,當攪拌頭端接近樁頂位置時,持續(xù)攪拌3min后才拔出攪拌頭,復攪長度為設計樁長的1/3。

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

2.4 粉噴樁質量控制措施

(1)施工前,對水泥采取隨機抽樣送檢,確保各項指標滿足要求后方可使用。

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

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

(4)嚴格控制噴粉標高和停粉標高,在提升過程中不得中斷噴粉,確保樁體有效長度,嚴禁在未噴粉的情況下進行鉆桿提升作業(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束后對樁頂2m范圍復噴一次,并對整個樁體需進行第二次復攪措施,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,嚴禁不合格設備的投入使用。

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

(8)注漿應連續(xù)進行,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)進行現(xiàn)場足尺樁身無側限抗壓強度試驗,檢查頻率為2‰,工業(yè)廢水處理設備和鍋爐補給水處理設備區(qū)域各不小于2根樁。

2.5 效果分析

在施工中嚴格按照上述的施工要點和施工質量控制措施進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量控制措施,粉噴樁技術在軟土路基加固中可以取得較好的加固效果。

3 結 論

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

(2)在軟土路基加固中,使用粉噴樁進行軟土路基加固,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。