水泥粉煤灰碎石基层应用技术和复合地基

[摘 要]：本文主要介绍了水泥粉煤灰稳定碎石基层应用技术和水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工技术问题。

[关键词]：水泥；粉煤灰；碎石基层；复合地基

粉煤灰中含有大量SiO2、AL2O3等能反应产生凝胶的活性物质，它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在，这种球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反应主要是水泥遇水后产生水解与水化反应，水泥水化生成硅酸钙晶体，这些晶体产生部分强度，同时水泥水化生成氢氧化钙通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体表面，发生化学吸附和侵蚀，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，大部分水化产物开始以凝胶体出现，随着凝期的增长，逐步转化为纤维状晶体，并随着数量的不断增加，晶体相互交叉，形成连锁结构，填充混合物的孔隙，形成较高的强度，随着粉煤灰活性的不断调动，使水泥粉煤灰不仅有较高的早期强度，而且其后期强度也有较大提高。

一、水泥粉煤灰稳定碎石基层应用技术

1、技术规范。水泥粉煤灰稳定碎石结构目前尚无相应的技术标准及规范，但从上述原理分析上看，水泥与粉煤灰和石灰与粉煤灰的反应机理很相似，都实际上是氢氧化钙与粉煤灰玻璃体的反应，只不过水泥能够形成较高的早期强度，因此在工程初期我们综合参考石灰粉煤灰稳定碎石及水泥稳定碎石的相关技术标准及规范，决定暂时按下述要求进行配合比设计及试验段施工。原材料质量要求：水泥：采用水泥稳定土基层技术规范中关于水泥的质量要求；粉煤灰：采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于粉煤灰的质量要求；碎石：采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于碎石的质量要求。

2、配合比设计试验。进行配合比组成设计试验，测定不同的水泥、粉煤灰剂量的七天无侧限抗压强度。采用水泥+粉煤灰占总量的15%、20%，水泥剂量为3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%分别进行试验。碎石的用量对混合料的强度影响很大，在水泥剂量不变的情况下碎石用量从85%减少到80%,其七天强度下降28.8%。如果碎石用量为80%，水泥用量即使达5.5%，其七天强度也不能达到规范对上基层的强度要求。当然从经济效益上分析，碎石用量从85%减少80%，材料成本将减少2.3%，其原因是粉煤灰比碎石单价便宜，混合料中粉煤灰含量越多，混合料的最大干密度就越小，每立方米混合料所需材料越少。所以综合考虑将配合比暂定为下基层水泥:粉煤灰:碎石=4:16:80，上基层水泥:粉煤灰:碎石=5:10:85。

3、开裂机理分析。水泥粉煤灰稳定碎石混合料产生开裂的原因是因为受到温缩和干缩的综合作用，但施工期间气温逐渐升高，因此，主要是干缩造成了开裂。水泥粉煤灰稳定碎石混合料经拌和压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，混合料的水份会不断减少。由于水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用，材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等都会引起水泥粉煤灰稳定碎石材料产生体积收缩，其干缩性的大小与水泥、粉煤灰剂量，碎石粒料的含量，混合料中小于0.075mm的细颗粒的含量相关，针对上述原因我们进行了大量的试验分析。

（1）干缩系数试验。不同水泥剂量对干缩系数的影响，粒料含量与干缩温缩系数的关系，集料级配及含量与干缩系数关系。对于水泥粉煤灰稳定碎石,采用5%的水泥剂量，当级配采用规范级配的上、中、下限时其干缩系数，分别为60×10－6、40×10－6、30×10－6。二灰:碎石=15:85与二灰:碎石=20:80时，7天龄期的最大干缩应变和平均干缩系数为233×10－6、273×10－6、65×10－6、55×10－6。

（2）试验数据分析。水泥剂量从5%增加到6%和7%，干缩系数增加20%和30%。所以在保证设计强度的情况应尽量控制水泥剂量，实际最大水泥剂量不能超过5.5%。在水泥剂量不变的情况下，粉煤灰剂量增大5%，干缩应变增加17%，干缩系数增加18%。所以粉煤灰应尽量少用，综合经济效应及强度要求，粉煤灰用量在8%-10%之间比较合适。粒料含量增加则干缩+温缩系数减小，集料级配越粗，则干缩系数越小。通过试验分析及现场施工调查，发现上、下基层开裂的主要原因在于粉煤灰用量过大，以及集料级配偏细。

（3）集料级配的调整。水泥稳定碎石的颗粒组成级配明显比石灰粉煤灰稳定碎石的颗粒组成级配要更粗一些。所以，我们通过室内配合比对照及试验段的施工，最后采用下述级配用于水泥粉煤灰稳定碎石层的施工。为减少水泥粉煤灰稳定碎石结构的干缩系数，尽量避免干缩裂缝的产生，调整配合比为：上基层：水泥:粉煤灰:碎石=5:9:86；下基层：水泥:粉煤灰:碎石=4:10:86。其中碎石的级配由原来的悬浮密实结构改为骨架密实结构，基本克服了横向贯穿裂缝现象。

二、水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工

水泥粉煤灰石桩复合地基是处理地基的一种新方法，简称为CFG桩。它是在碎石桩的基础上掺人适量石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和后制成具有一定强度的桩体。

1、材料质量要求。水泥：应选用32．5强度等级的普通硅酸盐或矿渣硅酸盐水泥。砂子：采用中砂或粗砂，含泥量不大于5％，且泥块含量不大于2％。石子：碎石，粒径5～20mm，含泥量不大于2％。粉煤灰：选用I级或Ⅱ级粉煤灰，细度分别不大于l 2％和20％。外加剂：泵送剂、早强剂、减水剂。根据施工需要通过试验确定。

2、定位与钻孔。按照CFG桩位平面图，测设桩位轴线、定位点，用ф25钢筋在桩位处先插人深度不小于300mm的孔，并将白灰浆灌人孔内，用钢筋标识桩位。桩机就位前进行孔位复核。进行预检时，钻尖与桩点偏移不得大于10mm，并采用双向锤吊法将钻杆调整垂直，慢速开孔。钻进速度应根据土层情况来确定：杂填土、粘性土、砂卵石层为0.2～0.5m/min；素填土、粘性土、粉土、砂层为1.0～1.5m/min。施工前应根据试钻结果进行调整。钻出的土应随钻随清理，钻至设计标高时，应将钻杆导正器打开，以便清除钻杆圆周上的土。钻到桩底设计标高时，由质检员终孔验收后，进行压灌混凝土。

3、混凝土拌制和输送。根据设计的混凝土强度等级，按照试验单位提供的配合比配制混凝土，其坍落度应为150～l 80mm。冬期施工时，当气温低于－5℃应加适量防冻剂，并采用热水拌制，保证浇筑混凝土的温度不低于5℃。当必须采用预拌混凝土时，不得在现场拌制混凝土。混凝土泵与钻机间的距离一般在60m以内为宜，并应尽量减少弯道。混凝土的泵送尽可能连续进行，当钻机移位时，地泵料斗内的混凝土应连续搅拌，泵送时，应保持斗内混凝土的高度不低于400mm。

4、开槽挖土。CFG桩施工完毕，待桩体达到一定强度时可进入开槽施工。开槽施工采用人工挖槽方法，这样可有效地保护桩体和桩间土。如果在桩顶预留土较多，开挖面积大的情况下，可采用机械人工联合开挖，但是在开挖的过程中，不能对设计标高以下的桩体产生任何损害；对中高灵敏土，尽量避免扰动桩间土。

设计桩顶标高以上应预留50～1 00 mm厚土层，待验槽合格后方可用人工开挖至设计标高处。

5、桩头处理。基槽开挖至设计标高后．多余的桩头需要剔除。剔除时应找出桩顶标高位置；采用钢钎等剔除工具沿桩周向桩心逐次剔除多余的桩头，直到设计的标高，并把桩顶凿成水平面状。当桩头质量不符合要求时或者桩体断裂在设计标高以下时，必须采取补救措施。可采用C25强度等级的细石混凝土接至设计桩顶标高，桩头处理后，桩间土和桩头处应在同一平面。

6、铺设垫层。桩头处理结束后即可进行热层铺设铺设垫层所用材料为级配砂石或是中、粗砂，限制最大粒径不超过30mm。垫层厚度一般为100～300 mm。常用的是150～200mm。垫层的宽度要比基础宽度大，其宽出的部分不：直小于垫层的厚度。