水泥粉噴樁在高速公路軟土地基處理中的應用

1、水泥粉噴樁在高速公路軟土地基處理中的應用黃和平1 羅利芳2 杜鵬廣3（1江西省交通科學研究院 南昌 330038）(2 江西公路開發(fā)總公司 南昌 330008)(3 江西省公路橋梁工程局 南昌 330008) 摘 要：本文結(jié)合利用水泥粉噴樁處理國道主干線南昌繞城公路樂化至溫家圳段高速公路軟土地基的施工實際，介紹了水泥粉噴樁處理軟土地基的原理、特點、適用范圍、施工、質(zhì)量檢驗與控制，說明水泥粉噴樁是保證高速公路軟土地基的穩(wěn)定、減少地基沉降及加快施工進度等的一種行之有效方法。關(guān)鍵詞：道路工程；水泥粉噴樁；處理；軟土地基；應用0 前 言在高速公路建設過程中，軟土地基處理是否成功是保證工程建設質(zhì)量的關(guān)鍵

2、因素。目前通常采用：墊層及淺層自治、反壓護道、粉噴樁、漿噴樁、擠密碎石樁、塑料排水板、土工合成材料加筋、等（超）載預壓等處理方法對天然軟土地基進行補強或加固處理，保證路基穩(wěn)定，減少路基沉降以及加快施工進度。然而每一種處理軟土地基技術(shù)都有其各自的適用范圍和局限性，因此在利用不同的技術(shù)時，必須根據(jù)不同的工程地質(zhì)狀況，合理地選擇一種或幾種技術(shù)對軟土地基進行加固處理，使路基滿足強度、變形和穩(wěn)定性要求。本文結(jié)合國道主干線南昌繞城公路樂化至溫家圳段高速公路K22+970-K24+000段利用水泥粉噴樁處理軟土地基的實際情況，說明水泥粉噴樁是保證高速公路軟土地基的穩(wěn)定、減少地基沉降及加快施工進度等的一種行之

3、有效方法。1 工程概況本工程路線主要位于1個地貌單元，贛江西支至終點為贛撫沖積平原，地形平坦開闊，區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，湖泊、水塘眾多，主要有贛江西、中、南支及瑤湖、老撫河等。 K22+970-K24+000路段位于樂溫高速公路A7標，地表覆蓋層為第四系全新統(tǒng)的沖積（Q4al）層，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，上部粘土層一般為黃褐色、灰褐色的低液限粉土、低液限粘土層，濕、軟塑，厚度一般為2m-6m，局部達到8m，經(jīng)土樣試驗和檢測，其物理和力學性能指標如下：含水量（W）=35.2%-68.8%孔隙比（e）=1.139-1.650塑性指數(shù)（IP）=11.2-36液性指數(shù)（Il）=1.006-1.823壓縮系數(shù)（a1

4、-2）=0.41-1.69MPa壓縮模量（ES）=1.69-5.0MPa凝聚力（C）=0.2-13.3KPa內(nèi)摩擦角（）=3.9-11.1水平方向固結(jié)系數(shù)（Ch）=（0.34-3.16）10-3cm2/s以上物理力學指標表明，該土層地基屬于不良軟弱地基，其承載力基本值較小僅為30kPa -60kPa，它具有高壓縮性，承載能力低，透水性差，對路基危害大，不宜作為持力層。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標準要求，本工程水泥粉噴樁設計樁徑為50cm，間距1.5m，按梅花型布置，樁長以穿透軟、流塑層進入硬塑層不少于50cm為原則，通常為6m-12m，水泥（32.5級普通硅酸鹽水泥）為干粉。根據(jù)地基含水量的大小，采用水泥

5、噴入量為45 kg/m-60kg/m。含水量在40%以下時，水泥用量為45kg/m；含水量在40%-60%之間，水泥用量為50kg/m；含水量在60%-70%之間，水泥用量為55 kg/m；含水量70%時，水泥用量為60kg/m。設計要求樁體28天無側(cè)限抗壓強度1.2MPa。本工程自2003年12月開始施工，軟土地基處理于2004年5月結(jié)束。2 水泥粉噴樁處理軟土地基2.1原理水泥粉噴樁處理軟土地基，是以水泥作為固化劑，將水泥用機械拌入軟粘土中，當水泥拌入軟粘土遇到土中的水，即發(fā)水化和水解反應。水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架，有的則與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生離

6、子交換、團?；饔?、硬凝反應和碳酸化反應，生成新的化合物，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體，并與樁間土共同作用組成復合地基。經(jīng)過處理后的土體壓縮性明顯減小，抗側(cè)向變形能力有所提高，從而提高樁土的強度，因此要求有一定的水泥噴入量。而隨著土質(zhì)與施工條件的差異，摻入比提高與樁土強度增加的百分比是不完全一致的。當摻入比5時水泥與土的反應過弱，固化程度偏低，強度就不能滿足設計要求，因而在實際工程中水泥摻入軟土中，吸收周圍水分，并經(jīng)過一系列物理化學作用生成一種特殊的具有較高強度、較好變形特征的復合地基，只有當水泥摻入比5才能取得處治的效果。它對提高軟土地基承載能力、減少地基的沉降量及保證橋

7、頭高填土路基穩(wěn)定性具有明顯的效果。2.2特點水泥粉噴樁與其他處理軟土地基的方法相比較，具有以下特點：1、由于該方法是以水泥作為加固料，不需向地基另加水分，可以充分地吸收地下水，因此加固后的地基柱體承載力與相類似的漿噴柱相比要高，其固結(jié)效果要好；2、該方法加固水泥土柱與周圍土體形成復合地基，不需要預壓即可獲得較高的復合地基承載力及復合變形模量，加固土柱體的壓縮量僅為0.6%左右，下臥層的沉降量一般情況下也能減少地基沉降總量的1/3至2/3；3、施工時低壓操作，安全可靠，無污染，無振動，無噪聲，對周圍環(huán)境及建筑物無不良影響；4、本方法可以根據(jù)不同土質(zhì)條件及設計要求，分別選擇其合理的配合比。2.3適

8、用范圍水泥粉噴樁適用于淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、雜填土等天然含水量在35-70的軟土地基。在噴粉量相同時，其強度隨土的天然含水量的降低而增大。大量試驗證明，地基土的含水量在50-85范圍內(nèi)變化時，含水量每降低10，強度可提高30以上。據(jù)研究表明水泥粉噴樁對含有多水高嶺石、蒙脫石等松土礦物的軟土，效果較好，對含有氯化物和水鋁英石等粘土礦物的粘性土、有機質(zhì)含量高、pH值低的粘土加固效果較差。3 水泥粉噴樁的施工3.1施工準備3.1.1準備施工資料 水泥粉噴樁施工前應準備下列施工技術(shù)資料：施工場地的工程地質(zhì)報告，土工試驗報告，室內(nèi)配比試驗報告，水泥粉噴樁設計樁位圖，原地面高程數(shù)據(jù)表，加固深度與水泥樁頂

9、面高程以及測量資料等。3.1.2場地平整、清除障礙 如場地低洼，應回填粘性土；施工場地不能滿足機械行走要求時，應鋪設砂土或碎石墊層。若地表過軟，則應采取防止機械失穩(wěn)措施。3.1.3施工機具準備 進行機械組裝和試運轉(zhuǎn)。3.1.4工藝 水泥粉噴樁的施工工藝應根據(jù)設計要求的配合比和實測的各項施工參數(shù)通過試樁來確定。試樁一般為根，通過試樁來確定滿足設計噴入量的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時間噴粉量；確定攪拌的均勻性；掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施；根據(jù)地層、地質(zhì)情況確定覆噴范圍等內(nèi)容。3.1.5水泥 水泥粉噴樁所用的水泥(32.5級普通硅酸鹽水泥)應符合設

10、計要求，并有產(chǎn)品合格證，并經(jīng)室內(nèi)檢驗合格才能使用，嚴禁使用受潮、結(jié)塊變質(zhì)的水泥作為加固料。3.2施工工藝流程3.2.1水泥粉噴樁施工可按圖流程進行圖1 粉噴樁施工工藝流程3.2.2操作步驟為 1、深層攪拌機械就位；2、預攪下沉(至設計標高)；3、攪拌提升，同時噴干水泥粉至地面以下0.5m處(設計樁頂)；4、在樁上部的3m-5m長范圍內(nèi)重復攪拌一次(1/3-1/2)樁長、樁上部強度要求較高；5、重復攪拌提升，直到離地面下0.5m，上部回填5%灰土(或水泥土)并壓實；6、關(guān)閉攪拌機械移位至下一樁位。3.3施工注意事項3.3.1控制 控制鉆機下鉆深度、噴粉高程及?；颐?，確保水泥粉噴樁長度。3.3.2

11、嚴禁 嚴禁使用沒有粉體計量裝置的噴粉機。3.3.3定時檢查 定時檢查粉噴樁的成樁直徑及攪拌均勻程度。對使用的鉆頭定期復核檢查，其直徑磨耗量不得大于2cm。3.3.4停止噴粉 當鉆頭提升至地面以下0.5時，噴粉機應停止噴粉。3.3.5遇有故障 當噴粉成樁過程中遇有故障而停止噴粉，在第二次噴粉接樁時，其噴粉重疊長度1m。3.3.6專人記錄 粉噴樁施工時，泵送水泥必須連續(xù)，水泥的用量以及泵送水泥的時間應有專人記錄，其用量誤差%。3.3.7垂直度 為保證攪拌機的垂直度，應檢查起吊設備的平整度和導向架對地面的垂直度，每工作班檢查次，使垂直度偏差不超過%。3.3.8符合施工工藝 攪拌機噴粉提升的速度和次數(shù)

12、必須符合預定的施工工藝要求，攪拌機每次下沉或提升的時間應有專人記錄，深度應達到設計要求，時間誤差不得大于秒，施工前應丈量鉆桿長度，并標上明顯標志，以便掌握鉆入深度，復攪深度。施工中出現(xiàn)問題應及時處理、做好記錄。3.3.9儲灰罐容量 儲灰罐容量應一根樁的用灰量加50kg，如儲量不足時，不得對下一根樁開鉆施工。3.3.10水泥粉噴樁必須根據(jù)試驗確定的技術(shù)參數(shù)進行施工 操作人員應如實記錄壓力、噴粉量、鉆進速度、提升速度、鉆入深度及每根樁的鉆進時間等，監(jiān)理人員應隨時檢查記錄情況。4 質(zhì)量檢驗與控制公路工程質(zhì)量檢驗評定標準（第一冊 土建工程）(JTG F80/1-2004)對粉噴樁的基本要求是：1、水泥

13、應符合設計要求；2、根據(jù)成樁試驗確定的技術(shù)參數(shù)進行施工；3、嚴格控制噴粉時間、停粉時間和水泥噴入量，確保粉噴樁長度；4、樁身上部范圍內(nèi)必須進行二次攪拌，確保樁身質(zhì)量；5、發(fā)現(xiàn)噴粉量不足時，應整樁復打；6、噴粉中斷時，復打重疊孔段應1m。實際檢測項目應符合表1中的要求。表1 粉噴樁實測項目項次檢查項目允許偏差檢查方法和頻率權(quán)值1樁距（mm）100抽查2%12樁徑(mm)不小于設計抽查2%23樁長(m)不小于設計查施工記錄34豎直度(%)1.5查施工記錄15單樁噴粉量符合設計要求查施工記錄36強度(MPa)不小于設計抽查5%3根據(jù)以上要求,通過對水泥粉噴樁按一定比例進行抽芯取樣檢測驗證水泥粉噴樁的

14、工程質(zhì)量。從外觀來看，呈淺灰青灰色，樁柱表面光滑圓順、垂直，樁芯完整，固結(jié)性能良好；樁距、樁體豎直度均在允許偏差范圍內(nèi)；樁徑、樁長、單樁噴粉量均符合設計要求；樁體試件28天后的無側(cè)限抗壓強度均大于設計強度1.2MPa，本分項工程為合格工程。5 結(jié) 語從我省已建和在建的高速公路來看，水泥粉噴樁處理軟土地基是一種行之有效且廣泛應用的方法，與其它軟基處理相比，具有施工方便、工期短、工后沉降小（營運質(zhì)量高）等顯著優(yōu)點，適用于淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、雜填土等天然含水量在35-70的軟土地基的處理。但是也存在著許多不足之處，從其設計方法及施工質(zhì)量管理來看，技術(shù)難度比較大，如果掌握不好，極易出現(xiàn)偏差，且因其為隱蔽工程，易于留下隱患；對于天然含水量85的軟土地段，使用此種軟土地基其效果并不很理想；一般地段軟土地基常含有機質(zhì)和腐植質(zhì)，對于有機質(zhì)含量較高的軟粘土，用粉噴樁加固后的強度一般較低；目前國內(nèi)生產(chǎn)的粉噴樁機械處理層最深達17m，處理效果明顯的應在15m以內(nèi)；若粉噴樁未穿透軟土層會造成未處理部分軟土層的沉降量增加，沉降速度變慢。