水泥粉煤灰桩在路基处理中的应用分析

黄永生

(中铁隧道集团二处有限公司)

0 引 言

水泥粉煤灰桩是由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌和,用各种成桩机制成的具有可变粘结度的桩型,水泥粉煤灰桩和桩间土一起,通过褥垫层形成水泥粉煤灰桩复合地基。水泥粉煤灰桩具有应用性广、较高承载力、施工简便、工期短、造价低等技术优点目前在土建方面得到广泛应用。

1 工程概况

某公路穿越的路段工程地质情况为上覆第四系全新统冲洪积层的粉质黏土,由于路基下存在淤泥、松散粉砂等软弱地层且厚度大,严重影响了路基的稳定性。为了提高路基承载力和路基沉降,应对软土层进行加固处理。该路段软土路基长 470m,路基顶宽 35m,路基填方高度为 5～7m。地基土的天然承载力不满足上部荷载要求,故对该路基采用水泥粉煤灰桩进行加固处理。

2 设计参数

水泥粉煤灰桩复合地基设计参数主要包括桩长、桩径、桩体强度、褥垫层厚度及材料设计参数。设计一般采用较大桩距、桩长原则,并且桩端要达到持力层上。本工程中设计承载力标准值为200kPa,桩土置换率为6.5%。

(1)桩长:桩长是水泥粉煤灰桩复合地基设计首要参数,主要由建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和土的性质、施工工艺等因素所决定,宜取 3～5倍桩径为宜。本工程中设计桩长8.9m,有效桩长8.4m。

(2)桩径:桩径取决于所采用的成桩设备,本工程中桩径为0.4m。

(3)桩距:桩距由地基承载力、土的性质、施工工艺等因素确定,宜取 3～5倍桩径。本工程中桩距为1.6m×1.6m,呈正方形布孔。

(4)桩体强度:本工程设计桩体混凝土强度等级为 30。

(5)褥垫层厚度及材料:大量工程实践和试验研究表明,褥垫层厚度取 15～30cm为宜,当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。本工程褥垫层采用级配良好的砂石,厚0.3m,最大粒径不宜大于30mm。

3 施工工艺及施工技术措施

3.1 施工工艺

施工工艺如图 1所示。

图1 施工工艺流程图

3.2 施工过程

(1)施工前应对主要原材料砂、碎石、水泥和粉煤灰进行检验,水泥采用 425#普通硅酸盐水泥,碎石料径为 20～40mm,砂采用中粗砂,含泥量不应大于 5%,粉煤灰等级应高于Ⅱ、Ⅲ级。

(2)施工前清理现场包括地表植物及杂草,平整至设计标高,根据设计资料准确放出桩位位置。核对地质资料,勘察现场是否与设计相符合,然后试桩 2根,检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度等指标,做到随时发现问题解决问题,调整施工工艺。

(3)准确放线标定桩孔位置,确定桩顶标高。施工时要隔行隔桩分散跳打,避免相互之间产生干扰现象,相邻桩施工时间间隔大于 7d,成桩顺序为从路中心向两侧推进。

(4)钻机就位后,用钻机塔身前后、左右的垂直标杆检查塔身导杆,校正位置,使钻杆垂直对准桩位中心,确保水泥粉煤灰桩垂直度允许偏差不超过 1%,桩位允许偏差不大于5cm,打桩过程中要随机检测钻杆倾斜度。

(5)钻孔到设计标高后停止钻进,泵送混合料。当钻杆芯管充满混合料后开始拔管,严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在 1.2～1.5m/min,边振边拔,每拔0.5～1.0m,停拔振动 5～10s,如此反复,直至桩管全部拔出。拔管过程避免反插,如上料不足,需在拔管过程中控制投料。

(6)成桩过程必须连续进行,避免因后台供料慢而导致停机待料造成断桩事故。灌桩完成后用水泥袋盖好桩头,终凝后洒水进行养护。施工桩顶要高出设计桩顶标高不少于0.5m,桩长偏差不大于10cm,桩径偏差不大于2cm。

(7)施工过程中,抽样做混合料试块,一般一个台班一组(3块)15cm×15cm×15cm,并测定28d无侧限抗压强度。

(8)保护土层清除后,截除桩顶设计标高以上桩头,桩顶高程允许偏差0～20mm。

3.3 施工质量控制

(1)为检验水泥粉煤灰桩施工工艺、机械性能及质量控制,核对地质资料,在工程桩施工前,应先做不少于 2根试验桩,并在竖向全长钻取芯样,检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度,根据发现的问题,修订施工工艺。

(2)长螺旋钻孔、管内泵压混合料,施工在钻至设计深度后,应准确掌握提拔钻杆时间,混合料泵送量应与拔管速度相配合,遇到饱和砂土或饱和粉土层,不得停泵待料;沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制,拔管速度应控制在1.2～1.5m/min左右,如遇淤泥土或淤泥质土,拔管速度可适当放慢。

(3)控制好混合料的坍落度。大量工程实践表明,混合料坍落度过大,会形成桩项浮浆过多,桩体强度也会降低。坍落度控制在 3～5cm,和易性好,当拔管速率为 1.2～1.5m/min时,一般桩顶浮浆可控制在10cm左右,成桩质量容易控制。(4)通常桩顶混凝土密实度差,强度低,现场地质条件和施打顺序等综合确定,一般不应比设计标高于 0.5m。(5)成桩过程中,抽样做混合料试块,每台机械一天应做一组试块标准养护,测定其立方体 28d抗压强度。(6)清土和截桩时,不得造成桩顶标高以下桩身断裂。

4 检测分析

4.1 单桩静载试验

根据设计资料,单桩复合地基承载力特征值为不小于326kPa,采用慢速维持荷载法。在桩身强度满足试验荷载条件时,宜在施工结束 28d后进行,试验数量宜为总桩数的0.5%～1%且不少于 3根。本工程取 16根桩进行检测,平均值为438kPa,提高34%满足设计要求。

4.2 低应变动力检测

针对工程桩基的桩身质量及完整性进行无损检测,按国家现行行业标准《基桩低应变动力检测规程》(JGJ/T93-95)进行,抽取总桩数 10%的桩进行低应变动力试验,分别对现场随机的 286根桩进行了桩身质量及完整性检测,检测评价方法见表 1。

表1 桩检测评价表

5 结 论

(1)根据复合地基静载试验检测结果,本次检测的复合地基承载力标准值为326kPa,满足承载力设计值300kPa要求。

(2)动测结果表明,桩身完整性较好,总体上达到了优良桩水平。

(3)水泥粉煤灰桩复合地基由于水泥粉煤灰桩中掺入了少量粉煤灰,不配筋,以充分发挥桩间土的承载力,其受力和变形类似于素混凝土,具有承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点,工程造价是一般桩的1/2～1/3,具有较高的经济和社会效益。

(4)水泥粉煤灰桩复合地基合理的褥垫屋厚度对提高复合地基承载力及减少沉降变形是非常有利的。水泥粉煤灰桩复合地基作为一种新型地基处理技术,设计计算方法简单易学,适用范围广,适用性强,有极大的发展潜力。

[1] 徐至钧.强夯和强夯置换法加固地基[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2] 建筑地基处理技术规范JGJ79-2002[S].

[3] 公路路基施工技术规范JTGF10-2006[S].

[4] 建筑地基基础设计规范GB5007-2002[S].

[5] 基桩低应变动力检测规程JGJ/T93-95[S].