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淺談粉噴樁處理軟基的處理與施工工學(xué)論文
摘要：結(jié)合路基軟圭埋置厚度大于三米的軟土路段粉噴樁處理實(shí)例，對(duì)軟基加固的機(jī)理、地基設(shè)計(jì)、施工工藝流程以及效果檢驗(yàn)加以探討。
關(guān)鍵詞：粉噴樁；處理；軟土地基；施工工藝
1概述
路基不均勻沉降是造成水泥砼路面斷裂破壞的主要因素之一。某路多處位于淤泥質(zhì)粘土，土質(zhì)松軟，承載力極低。在這樣的地質(zhì)條件下修筑路堤，路基沉降量大，穩(wěn)定性差。若不對(duì)其進(jìn)行有效地整治，將來勢(shì)必造成水泥混凝土路面破壞。某路勘察設(shè)計(jì)階段勘探鉆孔19個(gè)，人工挖孔7個(gè)，且孔點(diǎn)位置大都分布于橋位處，對(duì)線路的地質(zhì)情況勘探極少。工程開工后，發(fā)現(xiàn)原路基軟基段與施工設(shè)計(jì)圖相差甚遠(yuǎn)。因此對(duì)該路基重新進(jìn)行勘探，共鉆孔96個(gè)，總進(jìn)尺638米，基本掌握了軟土路基的分層、埋深以及物理力學(xué)性質(zhì)等。根據(jù)軟土路基土的分布情況，經(jīng)專家與設(shè)計(jì)代表共同討論決定：軟土埋置厚度小于3m處，采用“清淤換填透水性材料”；軟土埋置厚度大于3m的深層軟土地段，采用粉噴樁復(fù)合地基進(jìn)行加固處理。這樣，既消除了工程隱患，又縮短施工工期，保證了施工的正常進(jìn)行。
2粉噴樁加固軟基的機(jī)理
粉噴樁加固軟土技術(shù)是利用水泥作為固化劑，通過專用的深層攪拌噴射機(jī)械，將粉狀的膠凝材料噴入地層深部，憑借鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆頭葉片與原位軟土均勻攪拌混合并吸收地下水，經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，隨著時(shí)間的推移，形成具有整體性強(qiáng)、水穩(wěn)性好和高強(qiáng)度的柱體（即粉噴樁）。使軟粘土硬結(jié)形成具有一定的強(qiáng)度、壓縮性和滲透性較低的水泥土固體，從而達(dá)到加固路基的目的。
當(dāng)水泥和軟土拌和后，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，形成水化物。這些水化物有的進(jìn)一步硬化，形成能吸收大量自由水的水泥石骨料；有的則與周圍具有一定活性的軟土顆粒發(fā)生反應(yīng)，其中鈣離子與軟土礦物表面所帶的鈉離子、鉀離子等進(jìn)行離子交換，通過離子交換作用和團(tuán)�；饔檬馆^小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒。通過凝硬反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，從而使土的強(qiáng)度不斷提高。
通過離子交換作用和碳酸化作用形成了一定范圍的樁周土硬殼層，從而形成了剛度和強(qiáng)度相對(duì)較高的水泥土柱體。由于土和水泥水化物之間的物理化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行緩慢，因此水泥土柱體的強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷增加。
3粉噴樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)
該路深層軟土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為粉噴樁復(fù)合地基，樁徑D=500mm；相鄰樁的凈距1.3m，并采用梅花式布置，有效樁長(zhǎng)平均約為5m(至持力層)；固化劑采用425#普通硅酸鹽早強(qiáng)水泥，因地層中有機(jī)物含量和含水量較高，為保證樁身質(zhì)量，經(jīng)取樣配方試驗(yàn)，擬定水泥摻合比為15%～18%（即58kg±5kg/m）；施工結(jié)束后進(jìn)行動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，以檢查樁的完整性和樁長(zhǎng)；樁的抗壓強(qiáng)度須滿足825KPa（28天）或1100KPa（90天）。
4影響樁體強(qiáng)度的主要因素
影響樁體強(qiáng)度的主要因素有：水泥摻合比、水泥標(biāo)號(hào)、齡期、土的含水量、土中有機(jī)質(zhì)含量等。其中以齡期、水泥摻合比、土的含水量影響最為顯著。
4.1水泥土的強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，其強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律既不同于水泥砼，也不同于石灰土。水泥土的齡期在1～28天內(nèi)，強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；超過28天后，強(qiáng)度仍有較大增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速度已明顯減緩；90天齡期后強(qiáng)度略有增長(zhǎng)，但長(zhǎng)幅已很小。在實(shí)際工程中，一般以7天或28天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度作為水泥土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。
4.2水泥摻合比對(duì)水泥土的強(qiáng)度影響較大。施工前，應(yīng)取所用水泥和有代表性的對(duì)水泥土強(qiáng)度影響最不利的軟土，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行水泥土標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，以求取最佳的摻合比。當(dāng)實(shí)際摻合比小于最佳摻合比時(shí)，水泥土固化反應(yīng)弱，水泥土比原狀土強(qiáng)度增長(zhǎng)甚微，加固效果不明顯；當(dāng)摻合比大幅超過最佳摻合比時(shí)，水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)隨摻合比增加增幅而減緩，費(fèi)用與效果比不合理，導(dǎo)致成本加大，或產(chǎn)生浪費(fèi)。規(guī)范規(guī)定的摻合比范圍為7%≤aw≤15%。在實(shí)際工程中摻合比的選用還應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和加固土的含水量，通過室內(nèi)試驗(yàn)確定。本工程采用水泥摻合比為18%。
4.3加固土含水量對(duì)水泥土的強(qiáng)度有明顯影響，含水量愈小，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度愈大，反之則愈小。當(dāng)含水量達(dá)到一定值后，按規(guī)范推薦的最大摻合比已不能保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，因此，從經(jīng)濟(jì)、合理、有效的角度，在保證水泥土樁強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求的前提下，對(duì)于含水量較小的軟土可適當(dāng)降低摻合比；而對(duì)軟土含水量過大的地段宜增大摻合比。具體摻合比的選用應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。
5施工流程
5.1做好粉噴樁開工前的施工組織設(shè)計(jì)，機(jī)械、人員、原材料必須準(zhǔn)時(shí)到位，對(duì)技術(shù)人員、機(jī)械操作人員進(jìn)行上崗前培訓(xùn)，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行技術(shù)交底，對(duì)水泥批量進(jìn)行抽查試驗(yàn)合格后才能使用，制定操作機(jī)手的崗位職責(zé)及操作規(guī)程。
5.2施工前應(yīng)做好場(chǎng)地的平整工作。該路軟土地基加固區(qū)皆為稻田或洼地，且部分已開挖，場(chǎng)地很軟，自重10T的樁機(jī)在其上施工會(huì)導(dǎo)致陷機(jī)，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，故施工前應(yīng)在場(chǎng)地表面回填50cm厚穩(wěn)定性好的砂礫土。復(fù)核好測(cè)量基線、復(fù)測(cè)樁位高程。為準(zhǔn)確控制鉆桿深度，應(yīng)在基臺(tái)上做控制深度標(biāo)尺，以便施工中進(jìn)行觀測(cè)、記錄。 5.3做好工藝性試驗(yàn)樁（不少于10根），樁的位置在有代表性的軟土段。通過試驗(yàn)樁掌握機(jī)械性能、地層情況、鉆機(jī)下鉆和提升速度、各操作手的配合、下鉆和提升遇到的阻力、單位時(shí)間噴灰量、復(fù)攪工藝等因素對(duì)成樁質(zhì)量特別是樁強(qiáng)度均勻性的影響，通過檢測(cè)認(rèn)可后確定其技術(shù)參數(shù)，作為正式施工依據(jù)。
5.4采用Ph-5型（2臺(tái)）粉噴樁機(jī)施工，配有噴灰機(jī)和兩臺(tái)空壓機(jī)。噴灰機(jī)和空壓機(jī)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的施工要求，盡量放在便于鉆機(jī)行走作業(yè)、便于上灰加料、便于設(shè)備安裝及操作的平坦位置。噴灰機(jī)和空壓機(jī)一定要安平牢靠，尤其空壓機(jī)為克服其振動(dòng)影響應(yīng)在其底座下墊木且將風(fēng)管卡牢，以防脫落。
5.5為了噴灰量的均勻性和攪拌均勻必須恒壓噴灰，提鉆噴灰應(yīng)用慢擋（0.5m/min）,鉆進(jìn)和復(fù)攪用中速檔（不大于0.8m/min）。
5.6嚴(yán)格控制噴灰時(shí)間和�；視r(shí)間，不得中斷噴灰，嚴(yán)禁在尚未噴灰的情況下進(jìn)行鉆桿提升作業(yè)。如遇機(jī)械故障等原因，噴灰中斷時(shí)必須復(fù)打，復(fù)打重疊孔段應(yīng)大于1m。
5.7本工程粉噴樁加固地段軟土厚度均在5m以內(nèi)，為確保質(zhì)量，設(shè)計(jì)要求粉噴樁必須打穿軟土層，樁底置于持力層基巖上，并要求整樁復(fù)攪。
5.8水泥粉噴樁摻灰量沿樁長(zhǎng)都應(yīng)均勻并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須堅(jiān)持每延米計(jì)灰，如發(fā)現(xiàn)某延米噴灰量少于設(shè)計(jì)噴灰量時(shí)，為保證樁身強(qiáng)度，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)噴灰，補(bǔ)噴灰后，其灰量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)噴灰量，搭接長(zhǎng)度不小于50cm�；伊坑�(jì)量裝置應(yīng)經(jīng)常檢查，確保計(jì)量精度。
5.9試驗(yàn)表明，當(dāng)土層含水量較低時(shí)，水泥粉噴樁樁身呈疏松狀態(tài)，其強(qiáng)度較低。因此，對(duì)較干土層（如硬殼層），施工時(shí)要適當(dāng)加水，使其含水量控制在45%≤W≤60%范圍內(nèi)，以利于成樁均勻，保證樁身強(qiáng)度。含水量較大的土層，水泥土強(qiáng)度會(huì)降低，因此要適當(dāng)增加摻灰量。
5.10水泥粉噴樁樁頭必須按設(shè)計(jì)要求處理，砍樁頭后（長(zhǎng)度約為50cm），樁頭不平部分應(yīng)用10#水泥砂漿調(diào)平；若樁頭砍后低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，應(yīng)用15#細(xì)粒料砼調(diào)整；若樁頭強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，并且樁頂標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高誤差不超過±5cm，可不砍樁頭。
5.11為提高地基承載力和協(xié)調(diào)地基變形，我們?cè)诜蹏姌渡霞愉佋O(shè)兩層土工格柵。先在樁頂上鋪筑50cm厚的砂，調(diào)平后鋪設(shè)土工格柵。土工格柵鋪設(shè)要求平整，不能褶疊。
5.12考慮到水泥粉噴樁實(shí)際成樁直徑要比設(shè)計(jì)直徑（50cm）大（在較軟土層中，實(shí)際成樁直徑約為60cm）。為保證樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度，噴灰量應(yīng)以實(shí)際樁徑計(jì)算，實(shí)際噴灰量不得小于該計(jì)算值。
5.13水泥粉噴樁施工質(zhì)量保證體系必須健全，堅(jiān)持在沒有質(zhì)量旁站人員情況下不準(zhǔn)施工的原則，以保證施工質(zhì)量。
6加固效果檢驗(yàn)
樁體取樣強(qiáng)度試驗(yàn)。在粉噴樁完成后28天內(nèi)，在水泥土樁身有代表性的部位連續(xù)取芯，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，與同齡期的室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)攪拌質(zhì)量。取芯時(shí)要注意不要把試樣壓碎，以免影響強(qiáng)度，芯樣的外徑以5cm≤Ф≤10cm為宜。
結(jié)束語(yǔ)
從該路軟土路基加固處理的工程實(shí)例來看，要確保粉噴樁加固軟土路基的工程質(zhì)量，就必須按設(shè)計(jì)要求施工，施工前做好施工組織設(shè)計(jì)，施工時(shí)認(rèn)真執(zhí)行有關(guān)技術(shù)操作規(guī)程，方可取得良好的施工效果。
參考文獻(xiàn)
[1]JTJ017-96，公路軟土基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].
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