粉噴樁在橋頭軟基處理上的應用論文

　　摘要：詳細敘述某公路橋梁橋頭路基的粉噴樁設計和試樁情況，提出對粉噴樁質量控制和檢測的看法。

　　關鍵詞：軟土；粉噴樁；設計；檢測

　　一、概述

　　深層攪拌法加固軟土地基，就是在鉆孔過程中利用水泥、石灰等材料作為固化劑，使用深層攪拌機械將漿液狀或粉狀固化劑注入軟土地基的深層，經機械攪拌，使原位土與固化劑均勻混合并發(fā)生一系列的物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質地基。在深層攪拌法中，固化劑的注入有兩種形式，一是漿液灌注，二是粉體噴射。前者由于有漏漿現(xiàn)象，工人操作條件較差，且對含水量較高軟土地基的加固效果尚待論證，而粉體噴射法以它具有的諸多優(yōu)點而后來居上，在工程中得到廣泛的應用。

　　粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡稱，其加固地基的機理在于固化劑與原位土充分混合后，由于固化劑吸收周圍土層中的水分而發(fā)生物理化學反應，使混合樁體凝結硬化，既提高了自身的強度，又穩(wěn)定了樁周圍土層，從而使天然的軟土地基改變成優(yōu)質的復合地基，大大提高了地基的承載能力。

　　固化劑可以采用水泥、石灰、石膏等材料，由于水泥樁的性能比較優(yōu)越，因此一般采用普通硅酸鹽水泥作為固化劑。從水泥與軟土的物理化學反應過程分析，水泥與原位土攪拌越充分，混合越均勻，則水泥土結構的離散性越小，地基的總體強度也越高。

　　粉噴樁有許多優(yōu)點，主要有以下幾方面。加固工藝合理。在制樁過程中僅向土層中噴射固化料干粉，無需注入附加的水分，使固化劑能充分吸收軟土中的水分，從而增強加固效果。施工簡單、技術可靠。國內有多種粉噴樁施工成套機械，制樁過程完全機械化，減輕了工人的勞動強度，提高了成樁效率。制樁原料除原位土外，僅有適量的固化劑便可�？梢栽诤�有地下水的地層中直接施工制樁，避免了水下施工的麻煩，大大簡化了施工程序。

　　施工工期短，進度快。經粉噴樁處理的地基，路基填筑時可大大加快填筑速率，基本不需考慮由于填筑過快而導致路基失穩(wěn)的可能。保護環(huán)境。在制樁過程中無振動、無噪音、無污染，對附近建筑物無影響。粉噴樁雖然有許多優(yōu)點，但在應用上還有一些限制。

　　在理論上，粉噴樁群體范圍內的壓縮變形量較小，根據(jù)荷載、樁長、樁身強度、天然地基土強度、置換率、復合地基的變形模量等估算，一般可取2cm～5cm。而下臥軟弱土層壓縮變形量的確定，可以假定粉噴樁群體形成一種實體深基礎，按雙層地基計算該實體深基礎底部的附加應力，然后再進行下臥軟弱土層壓縮變形量的計算。在附加應力的確定上，有學者指出：室內試驗表明，水泥土的重度比原位土略有增大，增大量在1．2％～3．5％之間，加固樁身對下部未加固部分不會產生過大的附加應力，也不會由于加固樁身附加荷重而引起地基附加沉降。但有些學者卻持相反觀點。目前，不同的軟土特征和施工實際情況對附加應力的影響尚待研究。

　　相對于國外多種多樣、五花八門的粉噴樁施工機械設備而言，國內的機械設備可以說是品種單一、類型雷同，這直接制約了粉噴樁的設計和應用。比如在樁徑的確定上，由于國內的機械設備均只能施工直徑為50cm的粉噴樁，因此在設計上也只能按該直徑考慮。又如在樁長的確定上，理論上以穿透軟土層為最佳，但國內配套鉆桿長度絕大多數(shù)都在15m以內、12m左右，因此在應用粉噴樁時，都以下臥軟土層的厚度不超過上述長度為選擇依據(jù)之一，如果下臥軟土層的厚度超過上述長度，則一般可以不考慮采用粉噴樁，轉而采用其他的軟基處理方法如塑料排水板等。

　　二、粉噴樁的應用實例

　�。ㄒ唬┕こ毯啗r及軟基處理方案

　　位于寧波東部某一級公路在建橋梁橋頭路基為典型的軟土路段，其原位土的物理力學性質指標見表1。軟弱土基下為承載力較高的卵礫石層。路基填筑設計高度為4．2m，根據(jù)現(xiàn)場地質資料，設計軟基采用粉噴樁進行處理。橋頭路基粉噴樁處理示意設計采用425＃普通硅酸鹽水泥作為固化劑，樁直徑為50cm，噴粉量45kg?m，樁體28d無側限抗壓強度要求大于750kPa，樁長10m，平面布置為梅花形。樁間距離B值根據(jù)處理段離橋臺的遠近而變化：距離橋臺0～10m范圍內的B值為1．2m，距離橋臺10m～25m范圍內的B值為1．5m，距離橋臺25m～40m范圍內的B值為1．8m。這樣設計的目的是使橋頭路段與一般路段之間有一個過渡，防止沉降的突變。

　�。ǘ�）第一次試樁情況

　　第一次試樁分別按45kg?m、50kg?m和55kg?m的噴粉量進行了施工。成樁16d和28d時，分別取芯進行了無側限抗壓強度試驗，可以看出：每延米噴粉量越多則試件的強度越高，這符合設計理論和一貫認識。但問題是如何在有限的投資內使粉噴樁的施工質量能夠得到保證并有所提高。

　　綜合施工情況和對抗壓強度試驗報告的分析，認為問題的關鍵并不在于提高多少噴粉量，而在于每延米噴粉量的控制和復合土的攪拌均勻程度上。因此要求施工單位配備能自動記錄每延米噴粉量的電腦設備，同時要求盡設備最大能力對復合土進行全樁長范圍內復攪，以保證水泥與原位土的充分混合。在設計方面也同時調整樁長至14．5m以充分適應設備的鉆進能力。

　�。ㄈ�）第二次試樁情況

　　第二次試樁按45kg?m的噴粉量，按1．2m的樁間距進行了三根樁的施工。2＃樁噴粉曲線，其鉆進深度14．5m，�；疑疃�0．5m，復攪深度8．6m。復攪深度達到8．6m時，鉆桿電流突然增大，鉆桿無法下鉆，說明該層土體經過噴粉控制和一次攪拌后已達到了一定強度。成樁36d時，取芯進行了無側限抗壓強度試驗。

　　每塊芯樣的攪拌程度均較均勻，上、中、下三層試件間的強度相差不大，樁身整體強度比第一次試樁時有大幅度地提高，除2＃樁強度稍低外，其他樁強度均高于設計推算值。

　　針對2＃樁強度低于其他樁的情況，進行豎向抗壓靜載荷試驗，以測定其單樁復合地基承載力。試驗結果：最大試驗荷載為260kN，對應的沉降量為20．35mm，完全滿足設計提出的160kN要求。

　　三、粉噴樁的檢測

　�。ㄒ唬┮�(guī)范規(guī)定內容

　　國家行業(yè)標準《粉體噴攪法加固軟弱土層技術規(guī)范》（TB10113—96）規(guī)定全數(shù)檢查加固料質量、成樁深度及復攪長度、加固料用量、樁身強度等四項保證項目，按10％頻率（但不少于3根）檢測樁軸線偏移、鉆桿傾斜度、樁長、單樁噴粉量等四項允許偏差項目。

　　國家行業(yè)標準《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》（JTJ017—96）和《公路工程質量檢驗評定標準》（JTJ071—98）規(guī)定按2％頻率檢查樁距和樁徑，根據(jù)施工記錄檢查樁長、豎直度和單樁噴粉量，按5％頻率檢查樁身強度，上述五項均為允許偏差項目。

　�。ǘ�）工程檢測方案

　　根據(jù)省內外其他幾條公路的檢測實例來看，上述規(guī)范規(guī)定的檢查內容已不適應當前公路建設的實際需要。比如，規(guī)范對粉噴樁單樁承載力和復合地基承載力的檢測沒有規(guī)定，而對樁身強度檢查頻率的要求偏高，影響了工程的進度，也增加了工程的投資。因此，必須對規(guī)范規(guī)定的檢查內容加以修改和補充。

　　根據(jù)工程實際情況，工程建設指揮部制定了《粉噴樁檢測方案》，并報請了上級主管部門的批準同意。該方案對規(guī)范進行修改和補充的主要內容如下。

　　樁身強度檢測頻率取總樁數(shù)的1％，對于檢測不合格的樁應進行等量補樁。不合格率超過10％時，應擴大檢測范圍按相同頻率繼續(xù)檢測。當不合格率超過30％時，應對整個處理路段進行補樁。

　　在大橋、特大橋兩端橋頭各做兩處靜載荷試驗。單樁靜載試驗加載到承載力設計值的1．7倍，復合地基靜載試驗加載到承載力設計值的1．7倍。同時對每個施工標段有代表性區(qū)域進行天然地基的靜載荷試驗。

　　四、結論

　　粉噴樁能大大提高軟弱地基的承載能力，其復合地基承載力可比原位土天然承載力提高約2倍。提高粉噴樁樁身強度的關鍵在于每延米噴粉量的控制和復合土的攪拌均勻程度，應要求施工單位配備能自動記錄每延米噴粉量的電腦設備，同時在規(guī)范要求深度以外對樁身進行復攪。在認為有必要的地點，如高填土的橋頭，應進行復合地基承載力或單樁承載力的檢測。若有每延米噴粉量的施工記錄，則粉噴樁的樁身強度檢測頻率可適當降低，這樣既可加快工程進度，又可減少工程的投資。

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