粉噴樁在公路軟基處理中的應(yīng)用

 粉噴樁在公路軟基處理中的應(yīng)用

　　摘要：本文論述了粉噴樁在軟基處理過程中的原理、復(fù)合地基承載力、土的含水量、置換率、摻入量、復(fù)攪轉(zhuǎn)速對(duì)樁強(qiáng)度的影響等。

　　關(guān)鍵詞：軟基處理，粉噴樁，應(yīng)用

　　粉噴樁屬于深層攪拌法加固軟土地基的一種形式，也叫加固土樁。深層攪拌法是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的攪拌機(jī)械將一定深度內(nèi)的軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的一根根加固土樁，與周圍樁間土形成復(fù)合地基，從而達(dá)到提高地基承載力，減少地基沉降的目的。粉噴樁就是采用粉體狀固化劑來進(jìn)行軟基攪拌處理的方法，它適合于加固各種成因的飽和軟粘土。

　　常熟市董古公路為連接市區(qū)與港區(qū)的一條主要通道，全線采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，道路寬度36米，設(shè)計(jì)車速80km/小時(shí)，道路全長5.25km，設(shè)大中橋7座。經(jīng)全線鉆探資料揭示：本項(xiàng)目所在區(qū)域土層為第四系全新統(tǒng)粘砂性土，在鉆探所達(dá)深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地層層序自上而下為：

　　第①層：素填土，層厚0.50～0.50米，層頂標(biāo)高1.40～2.30米，層底標(biāo)高為0.90～1.80米，結(jié)構(gòu)松散。

　　第②層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色，有腥臭味，飽和，含有機(jī)質(zhì)，流塑，屬高壓縮性土，層厚1.60～12.80米，層頂標(biāo)高0.90～1.80米，層底標(biāo)高-1.50～-11.00米。

　　第③層：粉質(zhì)粘土，灰黃色，硬塑，稍濕，無搖震反應(yīng)，捻面較光滑，韌性較高，干強(qiáng)度高，夾黑色結(jié)核，屬中等壓縮性土。層厚0～7.10米，層頂標(biāo)高-1.50～-11.0米，層底標(biāo)高-1.5～-18.10米。

　　第④層：含粉砂粉質(zhì)粘土，含粉砂，濕，搖震反應(yīng)慢，捻面較光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等，局部含低液限粉土夾層，軟塑，屬中等壓縮性土，層厚6.40～10.20米，層頂標(biāo)高-1.50～-18.1米，層底標(biāo)高-7.9～-28.3米。

　　根據(jù)公路路基所處地質(zhì)狀況，設(shè)計(jì)對(duì)其中14處橋頭及高填方路段均采用粉噴樁進(jìn)行加固處理，粉噴樁長度采用12.5米、10.5米、9.0米、8.0米四種形式，共需處理粉噴樁總長101060延米。

　　經(jīng)實(shí)踐證明，采用粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優(yōu)點(diǎn)：如能有效地減少地基的總沉降量，對(duì)控制路堤的工后沉降和解決橋頭"跳車"具有明顯的效果。具體表現(xiàn)在地基加固深度內(nèi)沉降量的大幅度減少，經(jīng)加固后路基在填筑過程中側(cè)向位移明顯減少，實(shí)測(cè)的最大側(cè)向位移僅6～7cm，而且在較短時(shí)間內(nèi)即趨穩(wěn)定；粉噴樁復(fù)合地基能提高地基土的承載力，適應(yīng)快速填筑施工，可以允許有較高的填土速率。

　　總結(jié)粉噴樁法在本項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，尚需要對(duì)一些問題做進(jìn)一步探討。

　　1粉噴樁加固軟土地基的深度限制

　　由于受目前我國施工設(shè)備的限制，國內(nèi)最大的施工深度大約為18米左右，超出此深度時(shí)，將難以控制施工質(zhì)量，故《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，采用粉噴樁法加固軟土地基時(shí)，深度不超過15米。對(duì)于深厚的軟弱土層，尚需其它的方法進(jìn)行處理。

　　2地基土含水量對(duì)粉噴樁質(zhì)量的影響

　　粉噴樁質(zhì)量的優(yōu)劣主要反映在粉噴樁的強(qiáng)度指標(biāo)上，這主要與摻入粉體的質(zhì)量、施工工藝、地基土的性質(zhì)有關(guān)，其中尤以含水量的關(guān)系甚為密切�！督ㄖ�地基處理規(guī)范》規(guī)定，地基土的天然含水量在小于30％或大于70％時(shí)不宜采用。因?yàn)楫?dāng)土的含水量小于30％時(shí)，土中的水份不足以使粉體進(jìn)行水化作用；當(dāng)含水量大于70％時(shí)，含水量過高的土壤往往孔隙比大，若按常規(guī)摻入粉體數(shù)量，由于水分過多形成不了足夠強(qiáng)度的水泥土樁體，將嚴(yán)重影響粉噴樁的強(qiáng)度，在這種情況下必須增加粉體的摻入量(75~80kg/m)和采用全程復(fù)攪的施工工藝。同時(shí)高含水量、大孔隙比和粘粒含量多時(shí)，土周邊的束縛力極低，當(dāng)鉆頭反轉(zhuǎn)提升噴灰時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)垂直向下擠壓力和一個(gè)徑向水平推力，由于土呈流塑狀，束縛力極低，樁體在成形過程中向下及向四周水平向排水，影響形成豎向樁體，通常形成所謂"掉樁"或"下沉"，常為地表下1～2m。所以對(duì)于高含水量的軟土層，應(yīng)在施工中嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

　　3粉噴樁復(fù)合地基承載力和粉噴樁單樁承載力的關(guān)系

　　粉噴樁復(fù)合地基的允許承載力公式為：

　�。�σ復(fù)合］=η×［σ樁］+(1-η)［σ土］

　　式中：

　　σ復(fù)合——復(fù)合地基的允許承載力；

　　η——樁對(duì)土的置換率；

　　σ樁——攪拌樁的允許承力力；

　　σ土——天然地基土的允許承載力。

　　無疑，樁的強(qiáng)度將直接影響復(fù)合地基的強(qiáng)度，假設(shè)樁的強(qiáng)度不斷增加而土的強(qiáng)度依然不變，按照公式的計(jì)算，復(fù)合地基的強(qiáng)度也會(huì)不斷增加，然而實(shí)際情況并不如此。因?yàn)榉蹏姌稄谋举|(zhì)上來講是屬摩擦樁類，當(dāng)土的強(qiáng)度不變，而且飽和軟粘土的強(qiáng)度很低時(shí)，在這種情況下，即使不斷增加樁的強(qiáng)度，但總的復(fù)合地基強(qiáng)度也不會(huì)隨之增加。只有當(dāng)天然土的強(qiáng)度也增強(qiáng)時(shí)，整個(gè)復(fù)合地基的強(qiáng)度才會(huì)增加。所以樁的強(qiáng)度應(yīng)適度，要和天然土的強(qiáng)度相互匹配。

　　4樁土置換率及粉體摻入量對(duì)復(fù)合地基強(qiáng)度的影響

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)算時(shí)往往提供所要求達(dá)到的復(fù)合地基強(qiáng)度、擬定的粉噴樁強(qiáng)度及天然地基土的強(qiáng)度來求樁土的置換率，計(jì)算出樁數(shù)，然后布置樁位，再作有關(guān)的驗(yàn)算。實(shí)踐證明若置換率過低，如小于10％往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，甚至全功盡棄。這說明作為復(fù)合地基的樁土置換率必須大于一定值，否則起不到復(fù)合地基的作用，所以在規(guī)范中定為10％～20％，這是有道理的。同樣粉體的摻入量也需控制在一定值，根據(jù)冶金部建筑研究院的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)有機(jī)軟土采用10％～15％摻入量對(duì)加固土的強(qiáng)度增長幅度最大。

　　5復(fù)合地基沉降

　　加固區(qū)的沉降量采用復(fù)合壓縮模量法計(jì)算，復(fù)合壓縮模量采用以下計(jì)算公式：

　　Eps=ηEp+(1-η)Es

　　Eps——樁體壓縮模量；

　　η——樁對(duì)土的置換率；

　　Es——土體壓縮模量；

　　復(fù)合地基是假定樁與樁間土是協(xié)調(diào)變形的，從理論上分析它與樁基不同，為滿足協(xié)調(diào)變形需要，要求樁有較大的適用變形能力，并要求樁的破壞狀態(tài)處于塑性破壞狀態(tài)中，所以，復(fù)合地基的變形，采用樁與土相協(xié)調(diào)的復(fù)合壓縮模量。

　　6復(fù)攪和轉(zhuǎn)速對(duì)樁強(qiáng)度的影響

　　大量的施工實(shí)踐已充分證明復(fù)攪與不復(fù)攪的質(zhì)量相差甚大。復(fù)攪的作用在于通過充分的攪拌使粉體與粘土及水得到比較完全的接觸和作用，促使樁體的充分形成。同時(shí)，鉆頭噴出的粉體一般呈脈沖狀，若不充分進(jìn)行攪拌，粉體在樁中往往呈層狀，形成一種"夾生"，對(duì)樁的強(qiáng)度不利。如承受水平推力截止水作用的話，應(yīng)進(jìn)行全程復(fù)攪，若作為路基加固只承受垂直向力作用，也可以只復(fù)攪上部1/3的樁體；但對(duì)含水量大于70％的軟土層，應(yīng)進(jìn)行全程復(fù)攪。為了提高工效，粉噴鉆機(jī)下鉆時(shí)可以提高轉(zhuǎn)速，但是當(dāng)反轉(zhuǎn)提升噴粉攪拌時(shí)切莫快速旋轉(zhuǎn)和提升；否則將會(huì)嚴(yán)重影響攪拌的均勻性和足夠粉量的摻入�！　�

　　結(jié)束語

　　1.在一定的厚度范圍內(nèi)，粉體攪拌樁可以有效地減少被加固土體的壓縮量，提高軟土地基的復(fù)合地基承載力，但當(dāng)存在的軟土厚度較大時(shí)，其沉降量并不能減少；

　　2.粉體攪拌樁處理過的路基能承受較快的加荷速率，能較好地滿足工期較嚴(yán)的要求；

　　3.粉體攪拌樁不能改善地基排水條件，主要通過置換軟土及應(yīng)力集中作用提高地基的穩(wěn)定性及減少沉降；但通過加固土樁的吸水固結(jié)可提高樁間土的結(jié)構(gòu)性，同時(shí)樁頂鋪墊砂層可便于地基排水，從而可適當(dāng)加速樁間土的固結(jié)，減少工后沉降。　

　　參考目錄

　　JTJ017—96《公路軟土地基路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》[S]

　　JTGD30—2004《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[S]

　　GB50007—2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S]