高速公路水泥粉煤灰桩设计与施工分析

2011-08-15张良

黑龙江交通科技 2011年5期

张良

(河北唐山公路建设总公司)

1 工程概况

该工程穿越路段工程地质情况为上覆第四系全新统冲洪积层粉质黏土，路基下为淤泥、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。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 加固机理

2.1 水泥的水化反应

在水泥等同化剂与软土充分搅拌之后，很快与软土中的水发生水化反应生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等化合物。

2.2 挤密作用

粉喷桩在施工过程中对土体的振动或挤压使土体得到挤密，利用横向挤紧作用，提高了桩间土的强度和桩侧法向应力，使得桩侧摩阻力得到增加，桩体的承载力得到加强，使路基土粒彼此靠紧，空隙减少，提高复合地基的承载力，有利于满足路基压实度的要求。

2.3 加速固结作用

地基同结不仅与地基土的排水性能有关，而且还与地基土的变形特性有关。这可从固结系数计算式中反映出来。虽然水泥土类桩会降低地基土的渗透系数K，但它同样会减小地基土的渗透系数，而且通常后者的减小幅度要较前者大，由此，使加固后水泥土的同结系数大于加固前原地基土的系数，也起到加速固结的作用。

3 设计参数

3.1 平面设计

根据对施工现场勘测，结合本地区设计经验，采用梅花桩布置。

3.2 水泥粉煤灰桩设计参数

桩长、桩径、桩体强度、褥垫层厚度及材料设计参数。根据场地勘察设计采用较大桩距、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％。

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12.9m，有效桩长11.4m;桩径取决于所采用的成桩设备，本工程中桩径为40cm;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160mm×160mm，呈正方形布孔;本工程设计桩体混凝土强度等级为30;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。

4 施工工艺

对进入现场水泥进行质量检测。根据设计中水泥掺量，取土平均容重为1.845kN/m3，计算每米桩喷粉量为54kg;指定专人负责现场施工及质量控制，做好原始记录及过程控制。清理并整平施工场地，使现场做到三通一平;放样定位，每个粉喷桩中心位置洒上石灰并插一根木筷确保施工时对位快速且准确;对钻机进行检测，主要有钻头尺寸是否符合要求;空压机、喷粉机、仪表是否能正常工作;喷粉记录器显示数据和实际钻进深度和喷粉量是否一致等;移动钻机，准确对孔。对孔误差不得大于50mm。施工时对各孔进行编号，从一边按照顺序进行施工;利用支腿液压缸调平钻机，钻机主轴垂直度误差不大于1％;起动主电动机，根据施工要求以I、Ⅱ、Ⅲ档逐级加速顺序正钻预搅下沉。钻至接近设计深度时用低速慢钻，且钻机应原位钻动1～2min。为保持钻杆中间送风通道的干燥，从预搅下沉开始直到喷粉为止，在轴杆内连续输送压缩空气;粉体材料，水泥材料按照设计要求选用425#普通硅酸盐水泥;提升喷粉、搅拌。在确认水泥已喷至孔底时按0.48m/min速度反钻提升。当提升到设计停灰标高后慢速原地搅拌1～2min，重复搅拌。为保证粉体搅拌均匀，再次将搅拌头下沉到设计深度。提升搅拌时速度控制在0.5～0.8m/min;为防止空气污染，在提升喷粉距地面0.5m处减压喷粉。施工中孔口设喷灰防护装置;提升喷灰过程中，配自动计量装置。喷粉记录器由控制箱、称重器、供粉泵和深度测量器四部分组成。它能自动打印不同深度处喷入水泥粉的重量，有效地控制和检验水泥土桩的质量;钻具提升至地面后，钻机移位对孔。按上述步骤进行下一根桩的施工。