粉喷桩技术在软土路基加固中的应用

郝亚勋

(郑州工业应用技术学院 建筑工程学院,河南 郑州 451100)

0 引言

在高速公路路基工程中常遇到大量软土地基。软土因具有天然强度低、压缩性高、地基承载力小、渗透系数小等特点,一般不能直接用作路基地基,往往要经过加固处理,提高软土地基的强度,减少沉降量,增加承载力和稳定性[1-2]。对于软土路基的加固问题,我国的专家、学者进行了大量了研究工作,提出了CFG桩加固、挤密桩加固、塑料板排水、化学加固等多种软土路基加固方法。20世纪80年代以来,以水泥、石灰、粉煤灰等材料作为固化剂,利用深层搅拌机械在原位软土中进行强制搅拌,经过物理化学作用所形成的粉喷桩复合地基,因其承载力高、沉降量小、施工速度快、不污染环境等优点,在软土地基加固中有很大发展,并取得了良好的经济效益和社会效益[3-5]。

但是,粉喷桩的工作机理滞后于工程实践,且工程实践中存在有忽视影响粉喷桩质量因素的现象,因此有必要对粉喷桩的工作机理、粉喷桩处理软土地基的施工要点、质量控制进行讨论、总结。

1 粉喷桩的加固机理及特点

粉喷桩处治软基属于深层搅拌法中的一种,适合于加固各种成因的饱和软粘土,常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土。它是利用压缩空气向软弱土层中输送石灰、水泥等粉状加固料,使其与原位软弱土混合、压密,通过加固料与软弱土之间的离子交换作用、凝聚作用、化学结合作用等一系列物理化学作用,使软弱土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土,它与原位软弱土层组成复合地基,提高软土地基承载力,减少地基沉降量。

软土的主要成分为二氧化硅、三氧化铝,加固料水化后的主要成分为氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铁酸钙,其加固过程主要是通过软土与加固料水化后产物之间的化学反应,反应式如下所示：

粉喷桩在软基处理中,优点较多,主要表现在以下几点：

(1)粉喷桩是将原状土与水泥等在转机下进行搅拌,因此对周围建筑物的影响度很

小；

(2)粉喷桩桩在施工时,对周边的环境造成的污染很小,且施工容易操作；

(3)对原状土的利用率较高,粉喷桩釆用水泥或石灰等胶结材料能很好的改善原状

土的力学性能；

(4)当粉喷桩成型后,复合地基的重度与原状土重度相差不大,不会造成下卧层的沉降；

(5)费用相对较低,可以根据施工要求及土质差异,合理的选择粉喷桩的类型及施工的形状,如图1所示(a￣￣1、a2为桩中心距)。

图1 粉喷桩布置图

2工程案例

2.1 工程概况

安徽省某沿江高速公路工程某路基工程合同段所经地域地势低平坦荡、水网交错、河湖众多,区内水系十分发达,且地下水位高、土体含水量大、压缩性大、地质条件差,主要以淤泥、淤泥质粉土、淤泥质粘土、饱和粘性土为主,多呈软塑状,范围大小不一,厚度为2.0m～6.0m,局部大于6.0m,软土地基普遍力学强度较低,为中～高压缩性土。

2.2 设计参数

本工程根据现场土质指标(如表1所示),采用粉喷桩进行地基加固,粉喷桩设计参数为桩径50cm,桩距1.1～1.3m,桩长为12～15m,稳定材料选择等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥,水泥喷入量为45kg/m～60kg/m。以90d龄期的无侧限抗压强度为标准强度,90d无侧限抗压强度不小于1.2MPa。龄期达到90d后做承载试验,单桩承载力基本值应大于140kN。

表1 土质性能指标

2.3 施工技术要点

(1)施工前组装架立喷粉桩机,检查主机各部的连接,液压系统、电气系统、喷粉系统各部分安装调试情况及灰罐、管路的密封连接情况是否正常,做好必要的调整和紧固工作,排除异常情况后,方可进行操作。灰罐装满料后,进料扣应加盖密封。

(2)考虑天然含水率、水泥掺入比例、搅拌均匀性对桩体质量的影响。

(3)桩体喷粉要求一气呵成,不得中断,喷粉压力控制在0.5～0.8MPa。

(4)当钻头提升到高于桩顶面约500mm,喷粉系统停止向孔内喷射水泥时,桩体即告完成。为保证质量,上部1.5～2.5m可复钻孔喷粉一次。

(5)重复上、下搅拌,为使软土和水泥粉体搅拌均匀,第二次再次将搅拌机旋转下沉,再次搅拌,当搅拌头端接近桩顶位置时,持续搅拌3min后才拔出搅拌头,复搅长度为设计桩长的1/3。

(6)严格按规范和设计要求进行施工,确保轴线位置、设计深度、桩径、垂直度、钻杆倾斜度、单桩喷粉量在允许偏差之内。

2.4 粉喷桩质量控制措施

(1)施工前,对水泥采取随机抽样送检,确保各项指标满足要求后方可使用。

(2)试机,以确保施工设备各系统运转正常,计量设备、压力表等完好无缺,同时应检查各项施工参数,每台机均应配深度计,以便准确记录桩深。

(3)定期检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度,对使用的钻头应定期复核检查,其直径磨耗量不得大于20mm。

(4)严格控制喷粉标高和停粉标高,在提升过程中不得中断喷粉,确保桩体有效长度,严禁在未喷粉的情况下进行钻杆提升作业。

(5)为保证桩体的强度和喷粉的均匀性,整个桩体在第一次喷粉搅拌结束后对桩顶2m范围复喷一次,并对整个桩体需进行第二次复搅措施,只搅拌不喷粉,确保固化料与地基土均匀拌和。

(6)施工设备必须配置良好的粉料计量装置、压力表、桩孔深度刻度盘等计量装置,严禁不合格设备的投入使用。

(7)施工前对搅拌机械、注浆设备、制浆设备等进行检查维修,灰浆拌和机搅拌时间不少于2min,打桩时,提高搅拌次数,降低钻进速度,边搅拌,边提升,提高拌和均匀性。

(8)注浆应连续进行,不得中断,每天加固完毕,用清水清洗泵和输浆管路,防止堵塞。

(9)在喷粉成桩过程中遇有故障面停止喷粉时,第二次喷粉接桩时,其喷粉重叠长度不得小于1m。

(10)成桩28d后在桩体上部(桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m)截取3段桩体(每段长度约为500mm)进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验,检查频率为2‰,工业废水处理设备和锅炉补给水处理设备区域各不小于2根桩。

2.5 效果分析

在施工中严格按照上述的施工要点和施工质量控制措施进行该软土路基的加固,取得的很好的加固效果,通过对多个测点的强度分析发现,其路基坚固前后的强度提高了2.5-5倍。说明按照规定的施工要点和施工质量控制措施,粉喷桩技术在软土路基加固中可以取得较好的加固效果。

3 结 论

(1)明晰粉喷桩加固机理、制定质量控制措施、严格按照施工技术要点施工,对粉喷桩的质量控制有重要的作用。

(2)在软土路基加固中,使用粉喷桩进行软土路基加固,可以提高地基承载力2.5～5倍,沉降量小、稳定性好、加固效果好。