浅谈粉喷桩处理软基的处理与施工

摘要:结合路基软土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。

Abstract: Combined with the treatment practice of powder-jet pile treat the soft soil foundation whose thickness is greater than 3m sections , the mechanism of the soft soil, foundation design, construction, inspection process and the results are discussed.

关键词:粉喷桩;处理;软土地基;施工工艺

Key words: powder-jet pile;processing;soft base;construction technology

中图分类号:TU47 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0246-01

1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。

2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)。

3影响桩体强度的主要因素

3.1 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。

3.2 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%。

3.3 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。

4施工流程

4.1 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。

4.2 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。

4.3 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。

4.4 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。

4.5 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)。

4.6 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。

4.7 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。

4.8 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。

6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。