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談粉噴樁處理軟基的處理與施工
摘要:結(jié)合路基軟圭埋置厚度大于三米的軟土路段粉噴樁處理實例,對軟基加固的機理、地基設(shè)計、施工工藝流程以及效果檢驗加以探討。關(guān)鍵詞:粉噴樁;處理;軟土地基;施工工藝
1 概述
路基不均勻沉降是造成水泥砼路面斷裂破壞的主要因素之一。某路多處位于淤泥質(zhì)粘土,土質(zhì)松軟,承載力極低。在這樣的地質(zhì)條件下修筑路堤,路基沉降量大,穩(wěn)定性差。若不對其進行有效地整治,將來勢必造成水泥混凝土路面破壞。某路勘察設(shè)計階段勘探鉆孔19個,人工挖孔7個,且孔點位置大都分布于橋位處,對線路的地質(zhì)情況勘探極少。工程開工后,發(fā)現(xiàn)原路基軟基段與施工設(shè)計圖相差甚遠。因此對該路基重新進行勘探,共鉆孔96個,總進尺638米,基本掌握了軟土路基的分層、埋深以及物理力學性質(zhì)等。根據(jù)軟土路基土的分布情況,經(jīng)專家與設(shè)計代表共同討論決定:軟土埋置厚度小于3m處,采用“清淤換填透水性材料”;軟土埋置厚度大于3m的深層軟土地段,采用粉噴樁復(fù)合地基進行加固處理。這樣,既消除了工程隱患,又縮短施工工期,保證了施工的正常進行。
2 粉噴樁加固軟基的機理
粉噴樁加固軟土技術(shù)是利用水泥作為固化劑,通過專用的深層攪拌噴射機械,將粉狀的膠凝材料噴入地層深部,憑借鉆機回轉(zhuǎn)鉆頭葉片與原位軟土均勻攪拌混合并吸收地下水,經(jīng)一系列的物理化學反應(yīng),隨著時間的推移,形成具有整體性強、水穩(wěn)性好和高強度的柱體(即粉噴樁)。使軟粘土硬結(jié)形成具有一定的強度、壓縮性和滲透性較低的水泥土固體,從而達到加固路基的目的。
當水泥和軟土拌和后,水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng),形成水化物。這些水化物有的進一步硬化,形成能吸收大量自由水的水泥石骨料;有的則與周圍具有一定活性的軟土顆粒發(fā)生反應(yīng),其中鈣離子與軟土礦物表面所帶的鈉離子、鉀離子等進行離子交換,通過離子交換作用和團;饔檬馆^小的土顆粒形成較大的土團粒。通過凝硬反應(yīng),逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物,從而使土的強度不斷提高。
通過離子交換作用和碳酸化作用形成了一定范圍的樁周土硬殼層,從而形成了剛度和強度相對較高的水泥土柱體。由于土和水泥水化物之間的物理化學反應(yīng)過程進行緩慢,因此水泥土柱體的強度隨時間增長而不斷增加。
3 粉噴樁復(fù)合地基設(shè)計
該路深層軟土地基基礎(chǔ)設(shè)計為粉噴樁復(fù)合地基,樁徑D=500mm;相鄰樁的凈距1.3m,并采用梅花式布置,有效樁長平均約為5m(至持力層);固化劑采用425#普通硅酸鹽早強水泥,因地層中有機物含量和含水量較高,為保證樁身質(zhì)量,經(jīng)取樣配方試驗,擬定水泥摻合比為15%~18%(即58kg±5kg/m);施工結(jié)束后進行動測試驗,以檢查樁的完整性和樁長;樁的抗壓強度須滿足825KPa(28天)或1100KPa(90天)。
4 影響樁體強度的主要因素
影響樁體強度的主要因素有:水泥摻合比、水泥標號、齡期、土的含水量、土中有機質(zhì)含量等。其中以齡期、水泥摻合比、土的含水量影響最為顯著。
4.1水泥土的強度隨齡期的增長而增長,其強度增長規(guī)律既不同于水泥砼,也不同于石灰土。水泥土的齡期在1~28天內(nèi),強度增長較快;超過28天后,強度仍有較大增長,但增長速度已明顯減緩;90天齡期后強度略有增長,但長幅已很小。在實際工程中,一般以7天或28天齡期的無側(cè)限抗壓強度作為水泥土的強度設(shè)計標準值。
4.2水泥摻合比對水泥土的強度影響較大。施工前,應(yīng)取所用水泥和有代表性的對水泥土強度影響最不利的軟土,按設(shè)計要求進行水泥土標準試驗,以求取最佳的摻合比。當實際摻合比小于最佳摻合比時,水泥土固化反應(yīng)弱,水泥土比原狀土強度增長甚微,加固效果不明顯;當摻合比大幅超過最佳摻合比時,水泥土強度增長隨摻合比增加增幅而減緩,費用與效果比不合理,導(dǎo)致成本加大,或產(chǎn)生浪費。規(guī)范規(guī)定的摻合比范圍為7%≤aw≤15%。在實際工程中摻合比的選用還應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和加固土的含水量,通過室內(nèi)試驗確定。本工程采用水泥摻合比為18%。
4.3加固土含水量對水泥土的強度有明顯影響,含水量愈小,無側(cè)限抗壓強度愈大,反之則愈小。當含水量達到一定值后,按規(guī)范推薦的最大摻合比已不能保證達到設(shè)計強度要求,因此,從經(jīng)濟、合理、有效的角度,在保證水泥土樁強度滿足設(shè)計、規(guī)范要求的前提下,對于含水量較小的軟土可適當降低摻合比;而對軟土含水量過大的地段宜增大摻合比。具體摻合比的選用應(yīng)根據(jù)試驗確定。
5 施工流程
5.1做好粉噴樁開工前的施工組織設(shè)計,機械、人員、原材料必須準時到位,對技術(shù)人員、機械操作人員進行上崗前培訓(xùn),設(shè)計人員進行技術(shù)交底,對水泥批量進行抽查試驗合格后才能使用,制定操作機手的崗位職責及操作規(guī)程。
5.2施工前應(yīng)做好場地的平整工作。該路軟土地基加固區(qū)皆為稻田或洼地,且部分已開挖,場地很軟,自重10T的樁機在其上施工會導(dǎo)致陷機,嚴重影響施工進度,故施工前應(yīng)在場地表面回填50cm厚穩(wěn)定性好的砂礫土。復(fù)核好測量基線、復(fù)測樁位高程。為準確控制鉆桿深度,應(yīng)在基臺上做控制深度標尺,以便施工中進行觀測、記錄。
5.3做好工藝性試驗樁(不少于10根),樁的位置在有代表性的軟土段。通過試驗樁掌握機械性能、地層情況、鉆機下鉆和提升速度、各操作手的配合、下鉆和提升遇到的阻力、單位時間噴灰量、復(fù)攪工藝等因素對成樁質(zhì)量特別是樁強度均勻性的影響,通過檢測認可后確定其技術(shù)參數(shù),作為正式施工依據(jù)。
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