粉噴樁在某高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用
摘要：粉噴樁是一種效果顯著、應(yīng)用廣泛的軟基處理方法。文中結(jié)合工程實(shí)例，介紹了粉噴樁的概念、適用情況；講述了粉噴樁施工前的準(zhǔn)備工作、施工的具體操作方法和操作要點(diǎn)；闡述了粉噴樁施工的質(zhì)量控制與質(zhì)量檢測(cè)方法
關(guān)鍵詞：公路；軟土地基；粉噴樁；摻入比；質(zhì)量檢測(cè)
粉噴樁是利用專門的噴粉攪拌鉆機(jī)將水泥、石灰等粉體固化劑噴人軟土地基中，并將軟土與固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑與軟土之間所產(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)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基的軟基處理方法。粉噴樁一般用于處理表層軟土厚度大于3～4m的軟土地基。適宜的土類為淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高的軟粘土。由于粉噴樁加固軟基效果顯著、施工工期短且工后沉降小，目前被廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、市政工程、民用建筑與機(jī)場(chǎng)等的軟基處理中。
1工程概況
湖南內(nèi)某高速公路第二合同段(K～K16)經(jīng)過(guò)某滯洪區(qū)，該區(qū)處于淮河沖、湖積平原，3月份地下水位距地表0．3～1．m。該段表層為低液限粘土，厚度1．0～2．5m，含水量為20．2，空隙比為0．69～0．83，塑性指數(shù)為20~23，自由膨脹率為30～55，承載力小于14kPa。該層為一相對(duì)硬殼層，在涵基開(kāi)挖至1～1．m后持力功能已基本喪失。表層以下為低液限粘土，厚度一般大于5m，含水量為28．2，空隙比為0．69～0．82，塑性指數(shù)為11～17。該層為近期沉積，工程性質(zhì)較差，受擾動(dòng)后變?yōu)橄∧唷?/p>
為確保工期、減小不均勻沉降并徹底解決因地基下沉造成后期道路及結(jié)構(gòu)物病害，經(jīng)多方案比較決定對(duì)滯洪區(qū)內(nèi)構(gòu)造物兩頭及涵洞地基采用粉噴樁加固處理。粉噴樁設(shè)計(jì)樁徑為0．5m，樁長(zhǎng)依據(jù)具體情況從5m變化到12m，樁平面布置呈梅花形在涵基下及近橋臺(tái)26m范圍內(nèi)樁距為1．3m，涵兩側(cè)及橋臺(tái)26m外樁距為1．5m。粉噴樁所用固化劑為425號(hào)普通硅酸鹽水泥，施工中水泥摻人比為14，設(shè)計(jì)要求90d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為1900kPa。該路段共處理橋8座、涵洞14道，累計(jì)2．34km。單樁累計(jì)總長(zhǎng)度424614延米，計(jì)58055根。
2粉噴樁施工需要的主要機(jī)械
粉噴樁施工需要的主要機(jī)械有螺旋鉆機(jī)、噴粉機(jī)、空壓機(jī)和發(fā)電機(jī)等。螺旋鉆機(jī)主要由液壓步履式底架、井架、導(dǎo)向減壓構(gòu)件、傳動(dòng)系統(tǒng)、鉆具、液壓系統(tǒng)、噴粉系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等組成。
3粉噴樁施工前的準(zhǔn)備工作
3．1準(zhǔn)備施工技術(shù)資料
粉噴樁施工前應(yīng)準(zhǔn)備下列施工技術(shù)資料：施工場(chǎng)地的工程地質(zhì)報(bào)告、土工試驗(yàn)報(bào)告、室內(nèi)配合比試驗(yàn)報(bào)告、粉噴樁設(shè)計(jì)樁位平面圖、原地面高程數(shù)據(jù)
表、加固深度、�；颐娓叱桃约皽y(cè)量結(jié)果。
3．2搞好“三通一平”
施工前應(yīng)搞好“三通一平”工作，即修通機(jī)械進(jìn)場(chǎng)的臨時(shí)性道路，架通生活及施工用電，接通生活用水；整平場(chǎng)地，清除樁位處地上及地下障礙物，如大石塊、樹(shù)根和生活垃圾等，施工場(chǎng)地低洼時(shí)應(yīng)用粘性土填平，不得回填雜土。
3．3施工放樣
場(chǎng)地整平后，放樣人員在認(rèn)真熟悉圖紙的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工放樣。首先放出路基、構(gòu)造物的中線和邊線，然后根據(jù)設(shè)計(jì)樁位平面布置圖定出每根粉噴樁的樁位，并用小木樁做好標(biāo)記，每根樁的平面誤差不得大于5cm。
3．4室內(nèi)配合比強(qiáng)度試驗(yàn)
施工前應(yīng)在代表性地段鉆取原狀土進(jìn)行室內(nèi)配合比強(qiáng)度試驗(yàn)。由于該路段上部土層相對(duì)較粘，與水泥的攪拌均勻程度較差，所以野外取土宜控制在粘土層內(nèi)1．5～2．0m，試件分別按l2、l3、l4的水泥摻入比進(jìn)行配合比強(qiáng)度試驗(yàn)�？紤]到工期的要求，試件采用600℃、濕度大于90、24h的高溫快速養(yǎng)生法制取。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)分析和比較，決定采用l4的水泥摻入比施工。
水泥的攪拌均勻程度較差，所以野外取土宜控制在粘土層內(nèi)1．5～2．0m，試件分別按l2%、l3%、l4%的水泥摻入比進(jìn)行配合比強(qiáng)度試驗(yàn)。考慮到工期的要求，試件采用600℃、濕度大于90%、24h的高溫快速養(yǎng)生法制取。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)分析和比較，決定采用l4%的水泥摻入比施工。
3．5檢驗(yàn)、組裝、調(diào)試機(jī)械設(shè)備
為了確保施工機(jī)械的正常使用，施工前對(duì)進(jìn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)、認(rèn)真組裝和調(diào)試。鉆機(jī)上的氣壓表、轉(zhuǎn)速表、電流表、電子稱必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格標(biāo)定，不合格的儀表必須更換。為了保證水泥劑量準(zhǔn)確，必須請(qǐng)專門的計(jì)量單位到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每臺(tái)粉噴機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)、標(biāo)定，標(biāo)定后任何施工人員不得變動(dòng)同時(shí)粉體噴射機(jī)安放的位置與攪拌機(jī)施工最遠(yuǎn)處之間的距離不宜超過(guò)60m，不然，送粉管的阻力增大送粉量不穩(wěn)定。
3．6工藝性試樁
為了克服盲目性，確保粉噴加固地基收到預(yù)期效果，在粉噴樁施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工藝性試樁，試驗(yàn)樁不少于3根。目的是通過(guò)試驗(yàn)樁檢驗(yàn)其設(shè)備的適用性，確定成樁的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，同時(shí)檢查、校核室內(nèi)試驗(yàn)強(qiáng)度。依據(jù)試驗(yàn)樁的經(jīng)驗(yàn)，該路段固地表土層較硬且粘，宜采用3擋速度下鉆，即正轉(zhuǎn)44r／min(0．679m／min)；而下部土層相對(duì)較軟，宜采用5擋速度下鉆，即正轉(zhuǎn)108r／min(1.081m／min)。反轉(zhuǎn)噴粉時(shí)，3擋每圈上移0．015m，而擋則每圈上移0．01m。二者相比，5擋時(shí)水泥與土攪拌得更均勻，所以反轉(zhuǎn)噴灰時(shí)一般要求采用5擋�；視r(shí)若噴嘴距地表較淺，灰管內(nèi)的余灰易在地表形成灰堆，既造成材料浪費(fèi)，又污染地表，所以噴嘴距地表0．5m時(shí)�；逸^為理想。采用在鉆桿上做記號(hào)的方式控制樁長(zhǎng)的復(fù)攪深度。由于地下溫度較低，試驗(yàn)樁14d后開(kāi)挖2m檢查，上部2m復(fù)攪均勻，取芯試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1．0MPa，為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的53．2%。
4 粉噴樁的施工
粉噴樁的施工程序如下圖：
4．1操作方法
1)對(duì)正樁位，調(diào)整鉆機(jī)機(jī)身，保證鉆桿的垂直度；啟動(dòng)鉆桿下鉆；待攪拌鉆頭接近地面時(shí)，啟動(dòng)空壓機(jī)送氣，開(kāi)始鉆進(jìn)。
2)鉆到設(shè)計(jì)孔深時(shí)停鉆，鉆頭反轉(zhuǎn)但不提升。
3)打開(kāi)送料閥門。
4)確定水泥已到樁底時(shí)，提升攪拌鉆頭，不停地噴送水泥。為便于控制成樁質(zhì)量，一般不得使用3擋提升。
5)鉆頭提升到設(shè)計(jì)高程時(shí)，關(guān)掉送料閥，停止噴粉。打開(kāi)送氣閥，空壓機(jī)不停機(jī)，在原位轉(zhuǎn)動(dòng)2min，以保證樁頭均勻密實(shí)。
6)攪拌鉆頭再鉆到設(shè)計(jì)樁底深度，進(jìn)行二次攪拌(復(fù)攪拌)。
7)復(fù)攪結(jié)束后將攪拌鉆頭提出地面，主電機(jī)、空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，填寫(xiě)施工記錄表。
8)開(kāi)啟液壓步履，移動(dòng)鉆機(jī)至下一樁位。
4．2操作要點(diǎn)
1)機(jī)身調(diào)平以鉆桿是否垂直為依據(jù)，操作時(shí)以鉆錘吊線進(jìn)行控制。
2)鉆至設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)有一定的停留時(shí)間，以保證水泥到達(dá)樁底，具體時(shí)間由工藝性試驗(yàn)確定。
3)噴粉或噴氣過(guò)程中，當(dāng)氣壓達(dá)到0．45MPa時(shí)，管路可能堵塞。此時(shí)應(yīng)停止噴粉，將鉆頭提出地面，切斷空壓機(jī)電源，停止送氣。查明堵塞原因，排除故障。
4)整個(gè)制樁過(guò)程中一定要保證邊噴粉邊提升，連續(xù)作業(yè)。當(dāng)空氣濕度大、粉體流動(dòng)性差、噴氣壓力大、單位樁長(zhǎng)噴粉量大時(shí)，應(yīng)開(kāi)通灰罐進(jìn)氣閥，以對(duì)料罐加壓。如出現(xiàn)斷粉應(yīng)及時(shí)補(bǔ)噴，補(bǔ)噴重疊長(zhǎng)度不小于0．5m。
5)噴粉開(kāi)始時(shí)，應(yīng)將電子秤顯示屏置零，使噴粉過(guò)程在電子計(jì)量顯示下進(jìn)行。噴粉時(shí)，記錄人員應(yīng)隨時(shí)觀察電子秤的變化，以保證各段噴粉均勻。
6)為保證復(fù)攪長(zhǎng)度到位，反轉(zhuǎn)噴粉攪拌應(yīng)慢速提升，并隨時(shí)檢查復(fù)攪長(zhǎng)度及有無(wú)異常情況，并做好記錄。施工中還應(yīng)注意保護(hù)環(huán)境，盡量減少污染。
5粉噴樁施工質(zhì)量控制
5．1水泥的控制
該工程所用水泥為425號(hào)普通硅酸鹽水泥，總量21000t。由于施工往往是24h連續(xù)作業(yè)，水泥用量非常集中。為保證質(zhì)量和進(jìn)度，提前由監(jiān)理與施工單位一起選擇幾家近年來(lái)經(jīng)常使用并證明質(zhì)量較好的大型水泥廠進(jìn)行取樣試驗(yàn)，然后將不同品牌的水泥固定用于相應(yīng)的鉆機(jī)，避免摻雜使用。
5．2樁身幾何尺寸的控制
施工過(guò)程中按2%～5%的頻率隨時(shí)檢查樁長(zhǎng)，施工前由監(jiān)理工程師對(duì)每根鉆桿進(jìn)行丈量，在鉆桿上做出醒目的標(biāo)志，控制下降深度。檢查樁徑時(shí)，一般用鐵鍬下挖10cm，其直徑偏差在+10%～0時(shí)為合格。
5．3復(fù)攪拌控制
水泥與土攪拌的均勻程度是關(guān)系到粉噴樁樁體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，粉噴樁復(fù)攪與不復(fù)攪的質(zhì)量相差很大。鉆頭噴出的水泥往往呈脈沖狀，若不充分?jǐn)嚢�，水泥在樁中呈現(xiàn)層狀，形成“夾生”，這樣的樁即使水泥摻入量再多對(duì)地基的加固效果也不好。復(fù)攪的作用在于通過(guò)充分的攪拌使水泥與土及土顆粒中的水得到比較完全的接觸與作用，促使樁體的形成。為了攪拌均勻，要嚴(yán)格按照試樁確定的鉆機(jī)提升速度、攪拌葉旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)進(jìn)行施工，并盡量采用全樁復(fù)攪。
6粉噴樁質(zhì)量檢測(cè)
為了驗(yàn)證粉噴樁的處理效果，該項(xiàng)目由業(yè)主指定專門的檢測(cè)單位對(duì)成樁在合適的齡期內(nèi)進(jìn)行多方面的質(zhì)量檢測(cè)。主要檢測(cè)項(xiàng)目有取芯強(qiáng)度檢測(cè)、低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)及復(fù)合地基承載力檢測(cè)，齡期大于30d。
6．1取芯樁體強(qiáng)度質(zhì)量檢測(cè)
在該工程每個(gè)構(gòu)造物處選取3根樁，采用直徑為108mm的鉆孔，在樁徑1／4位置處分別鉆取樁上、中、下部的芯樣，加工成50mm×50mm×50mm的立方體試塊，測(cè)試其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果顯示，試件強(qiáng)度大多已超過(guò)90d齡期的實(shí)際要求強(qiáng)度。
6．2低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)
低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)就是對(duì)樁體的宏觀完整程度進(jìn)行檢查，通過(guò)檢測(cè)來(lái)判斷樁體有無(wú)缺陷、缺陷的性質(zhì)和部位。這里所說(shuō)的缺陷主要包括斷樁、縮頸和低強(qiáng)度層等，它根據(jù)打印機(jī)輸出的時(shí)域和頻域曲線來(lái)判定。如果時(shí)域曲線規(guī)律整齊，底反信號(hào)清晰或有底反跡象，頻域曲線主峰明顯，表明樁體完整；如果有同向較弱的樁問(wèn)反射，說(shuō)明樁間局部強(qiáng)度較低，但樁的整體性尚好；若時(shí)域曲線嚴(yán)重畸變或?yàn)槎啻文芰枯^強(qiáng)的周期波，說(shuō)明淺部或樁問(wèn)有嚴(yán)重缺陷。該工程共檢測(cè)粉噴樁2600根，占樁總數(shù)的4．5%。檢測(cè)結(jié)果顯示，94%以上為I類樁。
6．3復(fù)合地基承載力檢測(cè)
該工程采用附加質(zhì)量法進(jìn)行地基承載力測(cè)定測(cè)點(diǎn)多選在涵洞處。一般情況下，分離式基礎(chǔ)兩側(cè)各選2個(gè)測(cè)點(diǎn)，整體式基礎(chǔ)選2～3個(gè)點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果顯示，全部符合強(qiáng)度要求。
7結(jié)語(yǔ)
該路段建成后，在使用過(guò)程中經(jīng)受了多次洪水浸泡(有時(shí)路堤普遍浸泡2m)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。目前路基穩(wěn)定、路面平整、橋頭和涵頭無(wú)明顯下沉或跳車現(xiàn)象，證明粉噴樁處理軟基取得了令人滿意的效果。
粉噴樁加固軟土地基是一種行之有效的方法具有施工工期短、無(wú)公害、施工過(guò)程無(wú)噪音、不排污工后沉降小、對(duì)相鄰建筑物無(wú)不利影響等顯著優(yōu)點(diǎn)但粉噴樁施工工藝復(fù)雜、技術(shù)難度較大，而且造價(jià)相對(duì)較高。
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