zlj-粉噴樁技術(shù)在高速公路軟土路基中的應(yīng)用解析

1、 序號(hào)：粉噴樁技術(shù)在高速公路軟土地基中的應(yīng)用作者名稱： 10粉噴樁技術(shù)在高速公路軟土地基中的應(yīng)用摘要：粉噴樁是一種快速處理公路軟土路基、減少工后沉降較為合理的方法，因而在處理公路軟土地基施工中得到廣泛的運(yùn)用。高速公路軟土地基，經(jīng)粉體攪拌樁處理后，樁體范圍內(nèi)土體沉降減少較多，路基土側(cè)向位移量很少，能承受較快的加荷速率，對(duì)解決軟土地基高填路基的穩(wěn)定、沉降及加快施工進(jìn)度等很有碑益。文章結(jié)合同源高速公路的施工實(shí)例，詳細(xì)介紹了水泥粉噴樁的施工工藝和質(zhì)量控制措施。實(shí)踐證明，用水泥粉噴樁處理高填方路基軟基是一種有效的方法。關(guān)鍵詞：水泥粉噴樁；高填方路基；軟基施工技術(shù)近年來(lái),隨著改革開放的逐步深化和社會(huì)主義市

2、場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,我國(guó)公路建設(shè)的規(guī)模日益擴(kuò)大,難度不斷提高公路建設(shè)對(duì)軟土處治提出了更高的要求。軟土從廣義上講,就是強(qiáng)度低、壓縮性高的軟弱土層。在軟土地基上修筑路基,若不加處理,往往會(huì)發(fā)生路基失穩(wěn)或過(guò)量沉陷,導(dǎo)致公路破壞或不能正常使用。習(xí)慣上常把淤泥、淤泥質(zhì)土、軟黏性土總稱為軟土。由于其成因類型不同,厚度不一,性質(zhì)各異,因此不能一律對(duì)待,首先應(yīng)查明各地區(qū)特點(diǎn)和地質(zhì)、土質(zhì)條件,有針對(duì)性地采取有效對(duì)策,作出合理的處理。水泥粉噴樁是加固處理軟土地基的一種好方法，該種方法施工簡(jiǎn)便、快捷，施工中噪聲低、污染小，對(duì)周圍環(huán)境影響小，而加固后的地基承載力提高較明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著，因而得到廣泛應(yīng)用。地基處理對(duì)高速

3、公路高填方路基的重要性不言而喻，而施工方法的好壞及施工過(guò)程的控制在地基處理中又起著關(guān)鍵的作用。0 前 言大同至渾源高速公路全長(zhǎng)43.59km,設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬26m路線位于大同市東部.本文介紹的同源高速二合同段中的一段軟土地基處理，中心樁號(hào)為K11+497-K12+110，設(shè)計(jì)為高填路基，且為桑干河特大橋34#橋臺(tái)后600m范圍內(nèi)路基，填土高度為10-12m。此段工程地質(zhì)處位于河漫灘沖積地，屬桑干河沖積平原，地表覆蓋層為第四系全新統(tǒng)的沖積層，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，一般上覆為低液限軟塑的粘性土層，下伏為厚度較大的砂層。部分地段存在片狀和透鏡狀分布的淺埋型淤泥或淤泥質(zhì)土層，且其隱伏于表

4、層硬層之下，厚度一般在 2m-4 m。此類地層嚴(yán)重影響了上部路基填方的質(zhì)量和安全，必須對(duì)其進(jìn)行有效的增強(qiáng)加固處理。針對(duì)軟土具有高含水量、高孔隙比、低強(qiáng)度、固結(jié)緩慢、沉降大、穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，考慮到本地材料供應(yīng)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及路基穩(wěn)定性，采用噴粉樁加固可以取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。1 工程地質(zhì)條件軟土地基原始地貌該段地質(zhì)地層結(jié)構(gòu)為： 種植土，厚度約0.3m，灰褐色，飽和，軟塑，有較多的植物根系； 亞砂土，厚度0.5m-2m，黃褐色，濕，軟塑，土質(zhì)松散，含較多的粉細(xì)砂等。根據(jù)取樣及類比法地貌單元內(nèi)橋位鉆探測(cè)試結(jié)果，其容許承載力為=160kPa-180kPa 。 亞粘土，厚度0.5m-2m，黃褐色，濕軟

5、塑至軟可塑狀，含有較多的鐵錳質(zhì)物，容許承載力在180kPa-220kPa 。 淤泥，淤泥質(zhì)土，厚度不均勻，一般為2m-4m ，局部達(dá)至6m，其隱伏于地表硬殼層之下2m-4m處，呈片狀,塊狀和透鏡狀分布，灰色，濕至飽和，軟塑至流塑，有異味，根據(jù)路線地質(zhì)試驗(yàn)及類比結(jié)果，其容許承載力為80KPa-100KPa 。 細(xì),中砂，黃色，飽和松散，以細(xì)砂為主，含有較多的泥質(zhì)，其允許承載力為100KPa-120 Kpa。根據(jù)原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)分析，軟土物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。表1 軟土物理性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì) 指標(biāo) 項(xiàng)目含水量W（%）密度(g/3)密度(g/3)空隙 比e液限(WL%）塑限WP（%）塑限指數(shù)IP液限指

6、數(shù)IL飽和度Sr標(biāo)貫擊數(shù)N1范圍值31.0-42.11.83-2.061.28-1.680.61-1.0930.1-49.320.6-27.58.7-171.05-1.9998.7-1001.0-3.7平均值37.01.921.460.8539.325.313.91.5499.82.42 方案的實(shí)施攪拌法加固軟粘土技術(shù)是利用水泥等作為固化劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械在地基中將軟粘土和水泥強(qiáng)制拌和，使軟粘土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和足夠強(qiáng)度的地基土。加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此，本例主要注重實(shí)效，進(jìn)行沉降觀測(cè)，并與理論計(jì)算對(duì)比。清除草皮基底處理，開挖臨時(shí)排水溝填蓋砂礫墊

7、層80cm粉噴樁施工成樁承載力檢測(cè)鋪設(shè)砂礫墊層并碾壓路基土方填筑中間驗(yàn)收進(jìn)入路面施工鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位、整修、材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)選取土場(chǎng)路基整修土工室內(nèi)試驗(yàn)、配合比試驗(yàn)圖1 施工流程圖2.1 軟土基底處理準(zhǔn)備工作處理前，由于地處桑干河河槽區(qū)，地下水位高，事先開挖臨時(shí)排水溝，縱向開挖臨時(shí)降水溝，用以降低地表水，便于基底草皮清除施工，草皮清除完畢后，整個(gè)軟土處理區(qū)填筑80cm砂礫墊層，整平并輕度碾壓，以保證粉噴樁機(jī)及其配套設(shè)施的進(jìn)場(chǎng)，以及所需材料的進(jìn)場(chǎng)、堆放。然后根據(jù)設(shè)計(jì)需要，進(jìn)行處理面積等放樣和樁位布點(diǎn)。2.2粉噴樁施工根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁位呈等邊三角形布置，中心間距1.2m，樁徑為50cm，樁長(zhǎng)8.5m。設(shè)計(jì)

8、噴粉量為50kg/m，施工前首先要進(jìn)行成樁試驗(yàn)，數(shù)量不宜少于5根，以取得滿足設(shè)計(jì)噴入量的各種技術(shù)參數(shù)，掌握下鉆和提升的阻力情況。施工中要控制瞬時(shí)噴粉量和攪拌均勻性，且一氣呵成，每根樁開鉆后連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴粉。為滿足攪拌達(dá)到強(qiáng)度均勻性，上部3m進(jìn)行復(fù)攪，速度控制1.0-1.2m/min，樁頭攪拌時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，以保護(hù)樁頭均勻密實(shí)，地面80cm填筑砂礫不計(jì)入樁長(zhǎng)。2.1 試樁方案根據(jù)本工程的設(shè)計(jì)要求以及施工需要，為了確保工程質(zhì)量，特選K11+750-K11+760段進(jìn)行試樁試驗(yàn)。為了明確粉噴樁的最優(yōu)水泥摻入比和施工工藝操作參數(shù)，根據(jù)本段工程地質(zhì)勘察報(bào)告和施工設(shè)計(jì)圖紙要求，選用水泥摻入比13%（

9、38kg/m）、14%（42kg/m）、15%（46kg/m）、15%（50kg/m）成樁4組，樁長(zhǎng)3.0m，每組3根；另外，針對(duì)地層情況做一組15%（50kg/m），樁長(zhǎng)8m，并對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的電流作了詳細(xì)記錄。在成樁7d后進(jìn)行抽芯試驗(yàn)，芯樣送到實(shí)驗(yàn)室做7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（見表2）；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反映情況，對(duì)試樁進(jìn)行開挖觀測(cè)。2.2 試樁結(jié)果及結(jié)論根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)成樁參數(shù)、抽芯試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及樁體開挖觀測(cè)，結(jié)合以往同類工程的經(jīng)驗(yàn)，作出以下結(jié)論：表2 粉噴樁芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件編號(hào)水泥摻入比%外觀檢測(cè)樁 號(hào)抗 壓 試 驗(yàn)芯樣完整情況密實(shí)度芯樣深度（m）原位樁號(hào)K11+750試件尺寸比（厚度/直徑）極限荷

10、載（N）抗壓強(qiáng)度（kPa）備注A113(38kg/m)不完整差0.3-0.601-300.934300834.97dA2有空隙差0.8-1.00.932800543.4A3不完整差1.5-1.80.931600312.8B114(50kg/m)完整好0.0-0.301-270.9380001377.27dB2完整好0.8-1.30.966100980.5B3完整好1.3-2.00.932400413.2C115(46kg/m)完整好0.5-1.001-311.0098001648.528dC2完整好1.5-2.00.9886001351.8C3完整差2.5-3.00.9971001116.0D

11、115(50kg/m)完整好0.3-0.602-210.93128002546.528dD2完整好4.1-4.60.8676001474.9D3完整好4.9-5.32.0092001830.32.2.1樁體取樣試壓 由于7d強(qiáng)度較小，在抽芯取樣中，水泥摻入比14%的樁取不到完整的芯樣，由表2可以看出，15%的水泥摻入量均可以滿足設(shè)計(jì)施工的要求。但考慮到地層地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)開挖觀測(cè)結(jié)果，在實(shí)際施工中要求上部土層段的送灰量小一點(diǎn)，下部淤泥層段送灰量大一些，總量控制在15%以內(nèi)。2.2.2鉆進(jìn)電流控制 根據(jù)對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中鉆機(jī)電流大小的分析，充分證明了地質(zhì)勘察報(bào)告中的有關(guān)地層二元結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。地基承載力較低

12、，鉆進(jìn)電流僅有30Ma -40Ma。另外，淤泥層段的厚度不易確定，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)并不能滿足樁體進(jìn)入持力層。為了確保樁體進(jìn)入持力層，可以通過(guò)電流控制。通過(guò)對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告和鉆進(jìn)電流的分析對(duì)比，當(dāng)電流達(dá)到3檔75mA時(shí)，可以滿足樁體進(jìn)入持力層0.5m-1.0m。2.2.3對(duì)試樁進(jìn)行開挖觀測(cè) 對(duì)15%兩組試樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開挖觀測(cè)，結(jié)果表明：樁體強(qiáng)度較好，樁體完整，但樁端仍未進(jìn)入持力層。為了確保工程質(zhì)量，建議增加樁長(zhǎng)。2.2.4 7d的強(qiáng)度并不適合于鉆進(jìn)取芯 根據(jù)研究鉆芯取樣會(huì)降低水泥土強(qiáng)度，但齡期相同對(duì)重塑土樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高于鉆孔取芯的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，一般情況下存在擾動(dòng)系數(shù)k=2.5。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的開挖觀測(cè)和試

13、驗(yàn)可以證明，對(duì)于芯樣是散體狀或不完整的試樁，其未擾動(dòng)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于擾動(dòng)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。3 施工工藝及參數(shù)3.1 施工參數(shù)本工程采用PH-5A型噴粉機(jī)，鉆頭直徑500mm，根據(jù)試樁結(jié)果，采用水泥摻入比aw為13%（49kg/m），實(shí)際水泥用量通過(guò)人工操作電機(jī)流量計(jì)觀測(cè)記錄。根據(jù)設(shè)計(jì)和理論(2、3)計(jì)算出的單位時(shí)間粉體噴出量q值，進(jìn)行參數(shù)調(diào)試，確定鉆機(jī)攪拌軸轉(zhuǎn)速為50r/min，提升速度為0.5m/min -0.8m/min，空壓機(jī)風(fēng)量為0.5m3/min，灰罐料斗壓力為0.4MPa-0.5MPa。3.2 施工工藝要點(diǎn)3.2.1施工放樣 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙施工放樣，在樁位上插上明顯的標(biāo)記桿，且樁位

14、誤差5cm。3.2.2確保施工機(jī)械、電氣設(shè)備、儀器儀表及機(jī)具正常運(yùn)轉(zhuǎn)3.2.3鉆桿提升速度和噴粉速度必須密切配合，不應(yīng)出現(xiàn)中斷現(xiàn)象 合理選擇噴粉、壓力和鉆桿提升速度，是確保每延米樁身水泥噴灰量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的保障。3.2.4在成樁期間，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，必須及時(shí)檢查，排除故障 若因事故停機(jī)而影響樁體質(zhì)量的，需對(duì)樁體進(jìn)行接樁或補(bǔ)樁。4 載荷試驗(yàn)成果分析載荷試驗(yàn)采用砂袋壓重平臺(tái)反力裝置，配以超高壓電動(dòng)油泵供壓，分離式油壓千斤頂加載，精密壓力表控制觀測(cè)的方法針對(duì)各段不同樁長(zhǎng)、不同施工工藝的單樁和復(fù)合地基進(jìn)行加載。根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)于粉噴樁加固后的軟土地基載荷應(yīng)至少在28d齡期后進(jìn)行，壓載重量總加載量的1.

15、2倍。為了有效反映復(fù)合地基承載力，采用能夠覆蓋3根粉噴樁處理面積的方形承壓板，壓板尺寸為2.42m×2.42m。單樁承載力采用與樁徑等同的50cm的剛性承壓板。4.1 單樁載荷試驗(yàn)成果分析由單樁試驗(yàn)成果圖(圖1)可以看出，對(duì)于樁長(zhǎng)為8.5m的粉噴單樁，當(dāng)加載至145kN時(shí)，總沉降量仍較小，曲線未出現(xiàn)陡降趨勢(shì)；繼續(xù)加載，沉降量明顯提高，依據(jù)規(guī)范及試驗(yàn)檢測(cè)方案要求，綜合考慮得出單樁承載力最大值為300KN。4.2 復(fù)合地基試驗(yàn)成果分析由復(fù)合地基載荷試驗(yàn)試驗(yàn)成果圖(圖2)可以看出，加載過(guò)程中，復(fù)合地基沉降量及穩(wěn)定時(shí)間均較正常，Q-S曲線未出現(xiàn)陡降段。依據(jù)檢測(cè)規(guī)范和試驗(yàn)要求，綜合評(píng)定復(fù)合地基

16、的承載力平均值為190kPa，滿足上部高填方的地基承載力設(shè)計(jì)要求。圖1 單樁靜載試驗(yàn)成果圖 圖2 復(fù)合地基靜載試驗(yàn)成果圖5 沉降和穩(wěn)定觀測(cè)在路基設(shè)計(jì)中心線和路肩基底同時(shí)埋設(shè)沉降杯，沉降和穩(wěn)定觀測(cè)同步進(jìn)行。在施工期間，每填筑一層，觀測(cè)一次，填土間歇期間每天觀測(cè)一次，每一區(qū)域填筑完畢后每周觀測(cè)二次，在整個(gè)觀測(cè)期間，要注意觀測(cè)樁的保護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性，觀測(cè)數(shù)據(jù)可直接用于計(jì)算由于沉降而補(bǔ)加的填方量。選定K11+750處路基中心和右側(cè)設(shè)計(jì)路肩位置。平面位置見下圖：28.4m中心線測(cè)I測(cè)II渾源K11+7506 結(jié) 語(yǔ)粉體攪拌樁可以有效地減少被加固土體的壓縮量，能有效地調(diào)整橫斷面差異沉降，有助于控制不均勻沉降。粉體攪拌樁有較高的剛度、抗側(cè)向變形能力較強(qiáng)，對(duì)本例中山間的軟基尤為適用。粉體攪拌樁處理過(guò)的路基能承受較快的加荷速率，能較好地滿足工期要求較嚴(yán)的工程。路基填土過(guò)程中，不