浅议粉喷桩在公路软土地基处理中的应用

摘要:粉喷桩技术作为一种地基加固技术,在公路软土地基处理中得到了广泛的应用。文章对粉喷桩技术在公路软土地基处理中的应用中的材料要求、施工机械准备、施工工艺及施工要点进行了简要的论述,供相关人员参考。

关键词:粉喷桩;公路软土基;地基处理;复搅长度;地基加固

中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)04-0148-02

随着我国对外改革开放政策的实施,我国的国民经济和基本建设都得到了迅速发展,在铁路、公路、水利、工业与民用建筑等建设浪潮中,采用了一种新的地基加固方法――深层粉体喷射搅拌技术,它就是我们所说的粉喷桩技术。在各类工程建设项目中,这种新技术的推广和应用无疑将发挥其特殊的作用。

粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称,具体地说,就是通过专用的喷粉钻孔机械,采用粉体喷射搅拌法,将粉状固化剂喷射于深层软土中,并经充分搅拌混合而成粉喷桩体。软土具有含水量高、渗透性小、孔隙比大、抗剪强度低等对工程建设不利的性质,在软土地区修筑高等级公路,多年来一直是公路建设的一个重大技术课题。本文对粉喷桩技术在公路软土地基处理中的应用中的材料要求、施工机械准备、施工工艺及施工要点进行了简要的论述。

一、施工前准备

(一)材料要求

粉喷桩施工过程中的粉体固化剂通常使用的是普通硅酸盐水泥。水泥必须按设计等级号进行准备,目前在粉喷桩施工中常用的水泥等级号为32.5级。水泥应使用具有出厂质量保证单厂家的产品,严禁使用受潮、过期、结块变硬的劣质水泥。

(二)施工机械准备

1.钻机。钻机是粉喷桩施工过程中使用的主要机械设备。钻机一般要符合以下要求:钻机动力和扭矩必须符合大直径钻头成桩要求;能够匀速、变速提升和钻进;具备有正向钻进、反转提升的功能。

2.粉体发送器。粉体发送器是粉喷桩施工中定时定量向钻机发送粉喷材料的重要设备。其原理是,空气压缩机输来的风,经气水分离后形成干风,干风在粉体发送器喉管中与发送器转鼓定量输出的粉体混合,送入钻机,并通过空心钻杆喷入地下。粉体的定量输出,由控制转鼓的转速实现,粉体的掺入量根据施工前室内试验确定,施工时通过控制钻机提升速度和钻速实现。但实际上控制气固二相流量是相当困难的,根据装在灰罐下部的电子称和装在旋转龙头上的射频异纳气固双相流计量仪的工作,基本上能够控制粉体输送量。

3.空气压缩机。空气压缩机是粉体发送器的风源。在公路地基处理过中可根据公路地段的地质条件和所需加固深度来选择空气压缩机的种类及型号。

4.钻头。钻头直径一般和粉喷桩直径相同。灰粉和软土在钻头叶片的搅拌下,能够充分混合。同时,钻头在反转提升过程中能够压实桩中土体。

二、粉喷桩施工工艺

粉喷桩在公路软土地基处理中,应做好施工流程控制,通常粉喷桩施工过程中的施工程序如下:

1.平整场地,钻机的整套设备要根据实际地形进行安装。粉喷桩机自动纵横移动,钻头对准孔位。

2.启动钻机,钻头正向旋转,实施钻进作业。在钻进过程中只通过空气压缩机喷射压缩空气,以免钻头的喷射口堵塞,使钻头顺利钻进,且减小钻头的扭矩负载。钻头钻至孔低标高时立刻停钻。

3.启动搅拌钻机,反向旋转提升钻头,同时打开发送器的控制阀,按粉喷需求量向被搅松的软土中喷射加固粉体料,边提升喷射边搅拌均匀,使固化材料和软土混合充分。

4.当钻头提升高度超出桩顶40～50cm时,关闭发送器控制阀,停止向孔内继续喷射粉料。此时,桩体形成,将钻头提出地面。

当喷射质量欠佳时或为了确保固化材料能与软土混合充分时,可对原孔复钻一次至孔底。按施工程序第三步和第四步重复作业。

三、粉喷桩在处理软土公路地基中的施工要点

(一)粉喷量的确定

粉喷量的计量是影响粉喷桩质量的关键问题。目前较为常用的计量方法有电子称称重法和气固二相流量仪等,且在计量中这些方法也能够基本实现粉喷量的计量,但还存在一些缺点,其性能的提高有待进一步研究。

(二)粉喷桩质量检测方法

粉喷桩质量检测主要包括桩的放样检测和桩身质量检测,其最终的目的是校核地基的整体承载能力。目前,国内常用的粉喷桩质量检测方法上有目测法、钻孔取芯试压法、截取桩段试压法等十余种。因此在粉喷桩进行质量检测时要选择可靠、有效的方法,确保粉喷桩的施工质量。但粉喷桩施工过程中,施工机械粉喷量的定时定量控制设备不够完善,且施工技术和管理水平的差异,使得粉喷桩施工过程中的质量难以有效控制和准确评定。

(三)粉喷桩长度控制

在施工过程中,由于施工场地的地质条件千变万化,软土基底一般不会达到百分百的平整,而且往往公路工程的粉喷桩分布很广且量非常大,因此在设计过程中根本不可能详细地勘察每根桩处的地质情况,这就要求施工单位在施工过程中需要依靠施工工艺进行完善。根据以往的施工经验,粉喷桩实际施工桩长可以采取如下方法来进行有效控制:(1)根据施工图设计提供的地质勘察的桩孔深度控制;(2)根据粉喷钻机在钻进时电流的变化情况来控制。

(四)复搅长度

施工经验表明,经复搅的桩体强度要明显好于不经复搅的桩体强度。这是因为复搅使粉体与软土和水得到了完全的混合和反应,研究表明复搅后桩体水泥土的无侧限抗压强度比未复搅时的大2.3倍以上。

基于粉喷桩受力特性,现行规范规定只复搅桩上部1/3的桩体并且复搅长度应小于5m。但对于地基土天然含水量大于液限的公路段来说,粉喷桩桩间的土基承载力一般只有50～60kPa,此时,只有通过提高粉喷桩单桩承载力和增加面积置换率来提高复合地基承载力,以达到设计要求。从公路的本身特点来说,增加面积置换率是非常有限的,而粉喷桩单桩承载力的提高则很明显。因此,对土层高含水量的地区在进行粉喷桩施工时应尽量加长复搅长度。

(五)粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响

当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层时,粉喷桩形成支承式,此时公路地基沉降相对较小;而当粉喷桩不打穿软土层成为悬浮式,沉降相对就大。可见,当粉喷桩形成支承式时比悬浮式时更加稳定公路路基。目前高速公路不断向沿海、近海地区伸展,遇到的深厚软土越来越多,但目前生产的粉喷桩机深度远远达不到更深的持力层。对于这个问题,可以采用进一步改进机械设备和在设计理论上正确评估下卧层软土的沉降。

(六)地基土含水量对粉喷桩质量的影响

粉喷桩质量的影响因素主要有施工工艺、掺入粉体的质量、地基土的性质及含水量等,其中地基土含水量对其影响尤其重要。地基土的天然含水量以30%～70%为宜。当地基土含水量小于30%时,粉体会因为土中的水分不足而难以进行水化作用。而当地基土含水量大于70%时,土中过多的水分会导致水泥土桩体的强度不够,这时需要通过增加粉体的掺入量以及采用复搅的施工工艺来增强桩体强度,造成工程量的增加。在处理高含水量地基土时,由于土呈流塑状,束缚力极低,钻机钻头在进行反转提升喷灰时,会对桩体产生一个径向的水平推力和一个垂直向下的挤压力,使桩体在成形过程中向下及四周水平方向挤去,在地表下以1～2m处往往会出现掉桩或下沉现象,影响竖向桩体的形成。在施工过程中,当出现掉桩现象时,可采取立即回填土并重新复喷复搅的方法来克服,如果不及时处理或不加以处理就将造成路堤过大的沉降。

四、结语

粉喷桩施工技术在处理公路软土地基过程中,技术难度较大。因此在施工过程中应严格按照设计规范及质量管理措施,认真处理好施工过程中的每个细节,以保证工程质量。

参考文献

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[4]龚晓南.地基处理手册[M].中国建筑工业出版社,2000.

作者简介:晏成荣(1967-),女,湖北襄樊人,中天路桥有限公司工程师,研究方向:软土地基处理;向金鹏(1977-),男(回族),湖北恩施人,中天路桥有限公司工程师,研究方向:软土地基处理。