特殊路基处理施工技术

李新蕾

(山东省聊城市公路勘测设计院)

特殊路基处理施工技术

李新蕾

(山东省聊城市公路勘测设计院)

介绍了几种主要的软基处理工艺的方法和原理。

生石灰桩;粉喷桩;塑料排水板;砂桩;土工聚合物处置;堆载预压

淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般黏土统称为软土。大部分软土的天然含水量为 30%～70%,空隙比 1.0～1.9,渗透系数为 10-8～10-7cm/s,压缩性系数为 0.005～0.02,抗剪强度低,具有触变性,流变性显著。对于高速公路,标准贯击次数小于 4,无侧限抗压强度小于 50 kPa且含水量大于 50%的粘土或标准贯击次数小于4且含水量大于30%的砂性土统称为软土。修建在软土地区的路基,主要是路堤填筑荷载引起软基滑动破坏的稳定问题和量大且时间长的沉降问题。软土地基处理的施工技术有很多种,常常是多种方法综合应用,主要介绍以下几种方法及原理。

1 生石灰桩

生石灰与地基软粘土通过强制搅拌均匀,很快产生水化作用,形成 Ca(OH)2。在这生石灰变为熟石灰的过程中,产生的热量促进水分蒸发,使软土地基的含水量降低,同时石灰体积产生膨胀,此时膨胀力的功能转化为周围土的变形位能,桩体体积增大,对周围土起了压密作用,是石灰对软粘土的前期作用;熟石灰与粘土颗粒中的活性硅铝矿物进一步产生化学作用,过程中又吸收石灰浆中的水分,形成结晶和铝酸盐和水化硅酸钙,改变了粘土的结构。这一反应过程将持续数年,是石灰对软粘土的后期作用。

1.1 材料要求

石灰应选用新鲜块灰,破碎过筛,粒径 20～50mm,含粉量不得超过总重量的 10%;氧化钙含量不得低于 80%。其中有机质含量不大于 5%,不含石块和有机杂质。

1.2 作业条件

(1)岩土工程勘察报告、基础施工图纸、施工组织设计应齐全。

(2)施工场地已进行平整,对桩机运行的松软场地已进行预压处理,周围已做好有效的排水措施。

(3)桩轴线控制桩及水准点桩已经设置并编号,且经复核;桩孔位置已经放线并钉标桩定位或撒石灰。

(4)已进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验,确定有关施工工艺参数(分层填料厚度、夯击次数和夯实后的干密度、打桩次序),并对试桩进行了测试,承载力挤密效果等符合设计要求。

1.3 工艺流程

振动打桩机成桩工艺流程见图 1。

图1 振动打桩机成桩工艺流程图

1.4 操作工艺

施工工序一般是先外排后内排,先周边后中间,单排桩应先施工两端后中间,并按每间 1～2孔的施工顺序进行,不得由一边向另一边平行推进,以免桩挤向一边。桩孔经验收合格,应立即向桩孔内分层填入要求粒径的生石灰块;用人工填料,每填 20～50 cm,用 10～15 kg的夹板锤或梨形锤进行夯实。因生石灰吸水膨胀,对各个方向都将产生很大的膨胀力,为减少向上膨胀力的损失,约束石灰桩的上举力,夯填至距桩顶 20～30 cm,用 3∶7灰土或 C7.5素混凝土捣实封顶,其顶部标高宜恰好为基础的底部。

1.5 施工中应注意的问题

(1)颈缩或坍孔。

石灰桩应打一孔填一孔,若土质较差,夯填速度较慢,宜采用间隔打法,以免因振动、挤压,造成相邻桩孔出现颈缩或坍孔。

(2)生石灰失效影响挤密。

石灰桩不宜雨期施工,现场存料不得超过 2 d,应随运随施工。桩位按梅花形布置;出现软心应重复灌注石灰或加打砂桩;供应新鲜石灰,不得受潮;适当控制加荷时间,应使石灰桩达到一个月左右的硬化期。

2 粉喷桩

粉喷桩属于深层搅拌法加固地基的方法,深层搅拌法是加固饱和软粘土地基的一种新颖方法,它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂强制搅拌,利用固化剂和软土之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、水稳性和一定强度的优质地基,粉喷桩与桩间土组成复合地基,改善并提高软土地基土层的物理化学性质,使之成为优良的地基,此法由于具有加固效果明显,且施工过程中无振动、无污染,对周围环境及建筑物无不良影响,经济廉价,施工简便等优点而很快被工程界接受,在软土地基施工中得到广泛应用。

在施工粉喷桩前 7 d做好一切准备工作,并将制定的施工技术措施,一切材料的样品,试验报告和机械设备情况提交监理工程师审批同意后,开始施工。粉喷桩施工按照施工规范规定对表土进行清理平整,根据设计图纸进行桩位放样,然后安放粉喷桩机械就位,钻进至桩底标高,边喷水泥边搅拌,提升至离地面 50 cm处,重复搅拌下沉至桩底,重复搅拌提升至离地面 50 cm以下,关闭搅拌机械、移位进行下一桩施工。粉喷桩施工时采用带计算机控制的粉喷桩机械施工,可以严格控制喷粉量,使之达到规范的要求。施工前先进行成桩试验,数量不少于 5根,以掌握对该区段的成桩工艺及各项技术参数。

(1)满足设计要求的喷粉量和施工工艺参数,即钻进速度、提升速度、搅拌速度和均匀度、气体流量、空气压力等。

(2)掌握各种土质下钻进下沉和钻杆提升的困难程度及喷粉情况,以确定合适的技术措施。

(3)成桩 7 d后进行开挖检查,用目测法、轻便触探、取芯试验检查桩体成型情况,搅拌均匀程度,检查深度 1.0m,28 d后进行无侧限抗压强度检验,取样深度在桩顶下0.5m、1.5m处截取。

在确定原定施工工艺和水泥土配合比可以满足设计要求时,试桩完毕,原则应重复试验,直至合格。

(4)粉喷桩施工过程中应当注意如下事项。

随时复核桩位和桩架垂直度,以确保桩位和成桩垂直度。

严格控制喷粉时间和喷粉的连续性。增强控制手段,使用计算机控制,确保喷粉量和均匀度,严禁在尚未喷粉的情况下提升钻杆作业,随时检查储粉罐内的储灰量,保证储灰量比一根桩的用量多 50 kg以上,以防喷粉中断。

如遇停电、机械故障等原因,喷粉中断时,及时记录中断深度和时间,在 12h内采取补喷措施,否则采取补桩措施。

3 塑料排水板施工

通过塑料排水板增加土的竖向排水途径,缩短排水距离,加速地基固结。对表土进行清理整平,在基底上铺设第一层砂砾垫层为减小对原地面的扰动,计算好砂砾垫层的方量,集中铺设砂道,然后推平碾压,再进行塑料排水板施工,同时安排土工格栅的施工,施工中要注意保证土工格栅的搭接长度,土工格栅施工结束后,铺设第二层砂砾层,同样铺设一条砂道然后推平碾压。该方法的实施被证明可以减少对已打设的塑料排水板的损坏并且不扰动地基。第一层砂砾填筑完毕后,在其上面按照设计图纸指示绘制方格网,在塑料排水板位置标设小竹签,然后在定位处将塑料排水板打入,再在上面铺设土工格栅和砂砾层。

塑料排水板施工采用链条式插板机施工,在插板机上装设有人工操作的机械平衡装置,保证设备的平衡度和垂直度,控制已完工塑料排水板的垂直度。

在钻机上做标志以控制深度,在塑料板的跟带问题上,对插板的头部作一改进,用竹签封头。保证了塑料排水板的有效深度。

打设后外露的排水板弯贴于铺筑好的下半层砂砾上,外露的长度视砂砾层的厚度而定,但保证塑料排水板的顶部伸入砂砾层不小于 20 cm,使其与砂砾石贯通,保证排水畅通,并尽快铺筑第一层土工格栅及上层砂砾,整平碾压,减少塑料排水板的外露污染,保证其排水性能。

对打设过程中,插板跟出的泥土随时带随时捡,确保砂砾层排水板的清洁。

4 砂桩施工

砂桩对软土的作用,一方面通过在软土中取代同体积的软土(置换作用)形成复合地基,使地基承载力提高,沉降量减小;另一方面,在软土地基中砂桩可以起到排水作用,从而加快地基的固结沉降速率。

恢复中线,放出路段的边线桩,清理平整作业现场,做好排水系统,保证路基内的水被挤出后能迅速的排出路基;测绘布设桩位平面图,准确放出桩位并编号;将装有振动器的多功能打桩机架在孔位就位,将装有桩尖的钢管对准孔位定位。起动振动器,使钢管下沉到要求深度后上拔 0.5～1.0m,清除桩尖真空吸力,并张开活瓣;提起振动器和桩帽,从钢管上口交替装入水、砂,同时徐徐提管敲击,使砂加速下落,并不断投料使之形成桩柱;灌砂数量和提管速度要紧密配合,通过计算确定每分钟灌砂数量和提管高度,保证砂桩连续、密实。移动桩机,平整砂桩顶地面,铺筑砂垫层。

(1)原材料用砂采用中、粗砂,大于 0.5mm砂的含量占总重 50%以上,含泥量不应大于 3%,渗透系数不小于5×10-3cm/s,并将其中植物、杂质除尽。

(2)因砂的含水量对桩体密实度有很大的影响,采用一次拔管法施工,并使用饱和砂。

(3)成桩后砂桩的相对密度大于 0.7,并根据砂的含水量控制填砂量,实际填砂量不应小于设计值,如果实际灌砂量未达到设计用量要求时,应在原桩位将桩管打入,补充灌砂后复打 1次,或在旁边补桩 1根。

(4)桩管就位应垂直,桩靴闭合,将桩管沉入规定深度的土层中,将料斗插入桩管斗口,向管内灌砂,边振动边拔出桩管。振动拔管 50 cm,停拔继振 20 s,如此重复进行至桩管拔出地面。

(5)砂桩大面积施工前进行成桩试验,取得施工工艺和技术参数,用以控制拔管速度和上覆压重。

(6)桩体在施工中应确保连续、密实。在软弱粘性土中成型困难时,可隔行施工,各行中也可间隔施工。

U 416.1

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1008-3383(2010)06-0018-02

2010-03-11