淺談粉噴樁處理軟基的處理與施工工學論文

　　摘要：結合路基軟圭埋置厚度大于三米的軟土路段粉噴樁處理實例，對軟基加固的機理、地基設計、施工工藝流程以及效果檢驗加以探討。

　　關鍵詞：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粘土，土質松軟，承載力極低。在這樣的地質條件下修筑路堤，路基沉降量大，穩(wěn)定性差。若不對其進行有效地整治，將來勢必造成水泥混凝土路面破壞。某路勘察設計階段勘探鉆孔19個，人工挖孔7個，且孔點位置大都分布于橋位處，對線路的地質情況勘探極少。工程開工后，發(fā)現(xiàn)原路基軟基段與施工設計圖相差甚遠。因此對該路基重新進行勘探，共鉆孔96個，總進尺638米，基本掌握了軟土路基的分層、埋深以及物理力學性質等。根據(jù)軟土路基土的分布情況，經(jīng)專家與設計代表共同討論決定：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，采用粉噴樁復合地基進行加固處理。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行。

　　2粉噴樁加固軟基的機理

　　粉噴樁加固軟土技術是利用水泥作為固化劑，通過專用的深層攪拌噴射機械，將粉狀的膠凝材料噴入地層深部，憑借鉆機回轉鉆頭葉片與原位軟土均勻攪拌混合并吸收地下水，經(jīng)一系列的物理化學反應，隨著時間的推移，形成具有整體性強、水穩(wěn)性好和高強度的柱體（即粉噴樁）。使軟粘土硬結形成具有一定的強度、壓縮性和滲透性較低的水泥土固體，從而達到加固路基的目的。

　　當水泥和軟土拌和后，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，形成水化物。這些水化物有的進一步硬化，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，其中鈣離子與軟土礦物表面所帶的鈉離子、鉀離子等進行離子交換，通過離子交換作用和團粒化作用使較小的土顆粒形成較大的土團粒。通過凝硬反應，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結晶化合物，從而使土的強度不斷提高。

　　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度相對較高的水泥土柱體。由于土和水泥水化物之間的物理化學反應過程進行緩慢，因此水泥土柱體的強度隨時間增長而不斷增加。

　　3粉噴樁復合地基設計

　　該路深層軟土地基基礎設計為粉噴樁復合地基，樁徑D=500mm；相鄰樁的凈距1.3m，并采用梅花式布置，有效樁長平均約為5m(至持力層)；固化劑采用425#普通硅酸鹽早強水泥，因地層中有機物含量和含水量較高，為保證樁身質量，經(jīng)取樣配方試驗，擬定水泥摻合比為15%～18%（即58kg±5kg/m）；施工結束后進行動測試驗，以檢查樁的完整性和樁長；樁的抗壓強度須滿足825KPa（28天）或1100KPa（90天）。

　　4影響樁體強度的主要因素

　　影響樁體強度的主要因素有：水泥摻合比、水泥標號、齡期、土的含水量、土中有機質含量等。其中以齡期、水泥摻合比、土的含水量影響最為顯著。

　　4.1水泥土的強度隨齡期的增長而增長，其強度增長規(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，強度增長較快；超過28天后，強度仍有較大增長，但增長速度已明顯減緩；90天齡期后強度略有增長，但長幅已很小。在實際工程中，一般以7天或28天齡期的無側限抗壓強度作為水泥土的強度設計標準值。

　　4.2水泥摻合比對水泥土的強度影響較大。施工前，應取所用水泥和有代表性的對水泥土強度影響最不利的軟土，按設計要求進行水泥土標準試驗，以求取最佳的摻合比。當實際摻合比小于最佳摻合比時，水泥土固化反應弱，水泥土比原狀土強度增長甚微，加固效果不明顯；當摻合比大幅超過最佳摻合比時，水泥土強度增長隨摻合比增加增幅而減緩，費用與效果比不合理，導致成本加大，或產(chǎn)生浪費。規(guī)范規(guī)定的摻合比范圍為7%≤aw≤15%。在實際工程中摻合比的選用還應根據(jù)土質和加固土的含水量，通過室內試驗確定。本工程采用水泥摻合比為18%。

　　4.3加固土含水量對水泥土的強度有明顯影響，含水量愈小，無側限抗壓強度愈大，反之則愈小。當含水量達到一定值后，按規(guī)范推薦的最大摻合比已不能保證達到設計強度要求，因此，從經(jīng)濟、合理、有效的角度，在保證水泥土樁強度滿足設計、規(guī)范要求的前提下，對于含水量較小的軟土可適當降低摻合比；而對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根據(jù)試驗確定。

　　5施工流程

　　5.1做好粉噴樁開工前的施工組織設計，機械、人員、原材料必須準時到位，對技術人員、機械操作人員進行上崗前培訓，設計人員進行技術交底，對水泥批量進行抽查試驗合格后才能使用，制定操作機手的崗位職責及操作規(guī)程。

　　5.2施工前應做好場地的平整工作。該路軟土地基加固區(qū)皆為稻田或洼地，且部分已開挖，場地很軟，自重10T的樁機在其上施工會導致陷機，嚴重影響施工進度，故施工前應在場地表面回填50cm厚穩(wěn)定性好的砂礫土。復核好測量基線、復測樁位高程。為準確控制鉆桿深度，應在基臺上做控制深度標尺，以便施工中進行觀測、記錄。 5.3做好工藝性試驗樁（不少于10根），樁的位置在有代表性的軟土段。通過試驗樁掌握機械性能、地層情況、鉆機下鉆和提升速度、各操作手的配合、下鉆和提升遇到的阻力、單位時間噴灰量、復攪工藝等因素對成樁質量特別是樁強度均勻性的影響，通過檢測認可后確定其技術參數(shù)，作為正式施工依據(jù)。

　　5.4采用Ph-5型（2臺）粉噴樁機施工，配有噴灰機和兩臺空壓機。噴灰機和空壓機應根據(jù)場地的施工要求，盡量放在便于鉆機行走作業(yè)、便于上灰加料、便于設備安裝及操作的平坦位置。噴灰機和空壓機一定要安平牢靠，尤其空壓機為克服其振動影響應在其底座下墊木且將風管卡牢，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，提鉆噴灰應用慢擋（0.5m/min）,鉆進和復攪用中速檔（不大于0.8m/min）。

　　5.6嚴格控制噴灰時間和停灰時間，不得中斷噴灰，嚴禁在尚未噴灰的情況下進行鉆桿提升作業(yè)。如遇機械故障等原因，噴灰中斷時必須復打，復打重疊孔段應大于1m。

　　5.7本工程粉噴樁加固地段軟土厚度均在5m以內，為確保質量，設計要求粉噴樁必須打穿軟土層，樁底置于持力層基巖上，并要求整樁復攪。

　　5.8水泥粉噴樁摻灰量沿樁長都應均勻并達到設計要求，必須堅持每延米計灰，如發(fā)現(xiàn)某延米噴灰量少于設計噴灰量時，為保證樁身強度，應及時補噴灰，補噴灰后，其灰量應不小于設計噴灰量，搭接長度不小于50cm�；伊坑嬃垦b置應經(jīng)常檢查，確保計量精度。

　　5.9試驗表明，當土層含水量較低時，水泥粉噴樁樁身呈疏松狀態(tài)，其強度較低。因此，對較干土層（如硬殼層），施工時要適當加水，使其含水量控制在45%≤W≤60%范圍內，以利于成樁均勻，保證樁身強度。含水量較大的土層，水泥土強度會降低，因此要適當增加摻灰量。

　　5.10水泥粉噴樁樁頭必須按設計要求處理，砍樁頭后（長度約為50cm），樁頭不平部分應用10#水泥砂漿調平；若樁頭砍后低于設計標高，應用15#細粒料砼調整；若樁頭強度滿足設計要求，并且樁頂標高與設計標高誤差不超過±5cm，可不砍樁頭。

　　5.11為提高地基承載力和協(xié)調地基變形，我們在粉噴樁上加鋪設兩層土工格柵。先在樁頂上鋪筑50cm厚的砂，調平后鋪設土工格柵。土工格柵鋪設要求平整，不能褶疊。

　　5.12考慮到水泥粉噴樁實際成樁直徑要比設計直徑（50cm）大（在較軟土層中，實際成樁直徑約為60cm）。為保證樁身設計強度，噴灰量應以實際樁徑計算，實際噴灰量不得小于該計算值。

　　5.13水泥粉噴樁施工質量保證體系必須健全，堅持在沒有質量旁站人員情況下不準施工的原則，以保證施工質量。

　　6加固效果檢驗

　　樁體取樣強度試驗。在粉噴樁完成后28天內，在水泥土樁身有代表性的部位連續(xù)取芯，進行無側限抗壓強度試驗，與同齡期的室內無側限抗壓強度進行比較，以檢驗現(xiàn)場攪拌質量。取芯時要注意不要把試樣壓碎，以免影響強度，芯樣的外徑以5cm≤Ф≤10cm為宜。

　　結束語

　　從該路軟土路基加固處理的工程實例來看，要確保粉噴樁加固軟土路基的工程質量，就必須按設計要求施工，施工前做好施工組織設計，施工時認真執(zhí)行有關技術操作規(guī)程，方可取得良好的施工效果。

　　參考文獻

　　[1]JTJ017-96，公路軟土基路堤設計與施工技術規(guī)范[S].

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