粉喷桩加固软土路基试验研究

陆建军　苏良彬

摘要:粉喷桩是一种加固软土地基的方法,在施工技术和经济性能上都具有一定的优点。但在进行实际地基加固施工前有必要结合实际的工程地质情况,进行现场试验,以便合理地指导施工。文章结合工程实例,通过对粉喷桩在软土地基加固工程中的应用的试验,得出一些有代表性的数据和结论,具有一定的参考价值。

关键词:粉喷桩;加固;软土路基

中图分类号:TU413.6 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)08-0153-01

随着我国高速公路的迅猛发展,在公路修建过程中,遇到的软土地基越来越多,粉喷桩复合地基作为一种地基处理方式,也得到愈来愈多的应用。粉喷桩技术是利用水泥等粉体材料作固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处将软土和固化剂强制搅拌,由固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土,从而提高地基强度和增大变形模量。粉喷桩能有效减少总沉降量、承受较大加荷速率、抗侧向能力强、缩短施工工期等。文章结合某公路软土路基加固工程,对粉喷桩加固技术进行了现场试验研究,提出粉喷桩施工过程中的一些施工参数,以供类似软基加固工程借鉴。

1工程概况

该路基位于稻田及池塘中,池塘表层为软—流塑状淤泥,下层为粉质粘土、粘土、卵石土,底层石炭系灰岩。

2路基处理方案

工程处于稻田及池塘中,地基含水量极其丰富,而粉体喷射搅拌法采用粉体作为固化剂,不再向地基中注水,它能充分吸收周围软土中的水分,且水化反应放热在地基中,使加固后地基的初期强度提高,对含水量高的软土加固效果尤为显著,故采用粉喷桩对路基进行处理。

3施工参数的确定

粉喷桩处理软土路基的施工设计主要是确定施工参数,包括水泥土的配比,桩长,桩径及桩间距等。由于此段路基软土厚度为810m,故桩长设计为10m,以达持力层,其他参数多数通过现场试验确定。

3.1水泥土配比的确定

在软土天然含水量及水泥标号一定时,影响水泥土强度的主要因素有水泥掺量、外掺剂、养护龄期,这些是在试验的基础上确定的。工程采用425普通硅酸盐水泥。

3.1.1水泥掺入比

水泥掺入比是指掺入土中的水泥质量与被加固软土的质量的比值的百分数。选取14%、16%、18%、20%四种水泥掺入比做试验,根据三轴不排水剪试验可得:水泥土的强度随掺入比的增大呈增大趋势(图1),掺入比在18%和20%增大趋势有所减缓,故采用18%的水泥掺入比。

3.1.2 外加剂

为防止在加固过程中出现地下水流动导致水泥流失而影响加固效果,采取添加外加剂的办法改善水泥土性能,以提高早期强度。在综合考虑木质素磺酸钙、石膏、三乙醇胺、氯化钙、硫酸钙、水玻璃等外掺剂性能的基础上,选用水玻璃作为外加剂。按水玻璃:水泥为1﹕250和1﹕500两种比例进行试验。由养护后水泥土的无侧限抗压强度可以看出:水玻璃可以提高水泥土的早期强度,当水玻璃﹕水泥=1﹕250时比1﹕500对早期强度影响较为明显,但在90d后,二者接近一致,到180d后,对强度影响明显减弱,几乎没有区别。工程采用1﹕250的配比。

3.1.3龄期

水泥土强度随龄期的增长而提高,一般在超过28d后仍有明显增长,从无侧限抗压强度试验得知,在其它条件相同时,不同龄期的水泥土抗压强度间关系大致呈线性关系。当龄期超过2个月后,水泥土的强度增长减缓。荷载试验需在施工完成2个月后进行。

3.2 桩径及桩间距

根据《建筑地基处理技术规范JGJ79-2002》进行设计,取直径500mm,桩间距为1m,梅花形布置。在粉喷桩施工完毕60d后对复合地基承载力进行载荷试验。由图3看出复合地基承载力是天然地基承载力的2倍,达到了地基处理的目的。

4施工要点

4.1机具选择

采用国产PH5-A型搅拌机,钻杆规格114 mm×114mm,灰罐容量1.3m3,主电机37kW,空压电机13kW。

4.2施工注意事项

①地表过软时应换土夯实或铺设垫板等措施,以防止钻机失稳。②送粉管路超过60m后,送粉阻力加大,送粉量也不易恒定,故其长度应小于60m。③提升喷粉搅拌时不能使用快档,搅拌钻头每旋转一圈,其提升高度不得超过16mm。④如成桩过程中因故停止喷粉,应将搅拌头下沉至停灰面以下1m处,待恢复喷粉时再搅拌提升,以防止产生断桩。⑤粉喷桩实际成桩直径要比设计值大,为保证桩身设计强度,喷灰量应以实际桩径计算。

4.3质量检验

粉喷桩的施工质量控制应贯穿在施工的全过程,质量检验主要包括:①成桩7d后开挖桩头,检查搅拌的均匀性及成桩直径,检查量为总桩数的5%。②成桩3d内用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性,检查量为总桩数的1%,且不少于3根。③桩顶、桩底高程均不应低于设计值,桩底一般应超深100-200 mm,桩顶应超过0.5m。④桩身垂直度误差不应超过1%,每根桩施工完后均用水准尺或其他方法检测导向架和搅拌轴的垂直度,间接检测桩身的垂直度。

5结语

第一,采用粉喷桩处理软土路基能有效地减少总沉降量和不均匀沉降,提高地基承载力,增强路基强度。在处理区段路基填土基本不受填土速率的控制,大大缩短了工期,提高了效率。第二,水泥土的强度主要受水泥掺入比、养护龄期及外加剂的影响,试验研究可得到满足工程需要的最佳施工参数。第三,软土路基加固后,其承载力比天然地基提高一倍,沉降量大幅减小,说明采取的处理措施是行之有效的。第四,施工过程中要严格按照施工规程进行操作,注意施工中的检测,确保工程质量。

参考文献:

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