浅谈粉喷桩在公路软土地基处理中的应用

浅谈粉喷桩在公路软土地基处理中的应用

摘要:本文通过某高速公路粉喷桩处理软基的施工实践,总结了粉喷桩应用于高速公路软基处理中的施工工艺与质量检测方法,介绍了粉喷桩施工注意事项及经验,供同行们参考。粉喷桩有效地克服了路基沉降现象,并且施工速度快、较经济。

关键词:软土地基 粉喷桩 施工

1、 前言

某高速公路一填方段位于沟塘区,属软土地基路段,根据地质资料及现场实际考察,沉积有淤泥质土,地下水位浅,其土层状态基本是表层1~2m厚硬塑层,下5~12m厚为软、流塑层,再下为硬塑层。为了提高路基的承载能力,保证路基的填筑质量,减少路基的工后沉降量,对该段软基采用水泥粉喷桩(干法)进行加固处理,即以水泥作为固化剂,利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩,并吸收周围水分,经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较高刚度和水稳性良好的混合柱状体,同时也使桩周土质得到改善,桩体与桩间土形成复合地基共同承担外荷载。它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量及保证填土路基稳定性具有明显的效果,下面结合工程实际对粉喷桩处理公路软土地基施工工艺与检测方法进行探讨。

2、工程概况

该段软基粉喷桩按梅花形布置,设计桩径为50cm,桩距为1.2 m,桩长以穿透软、流塑层进入硬塑层不少于50cm为原则,桩长为6.5m~12.5m,采用425#普通硅酸盐水泥,水泥喷入量为不少于60Kg/m。水泥粉喷桩处理后,设计要求水泥土28天无侧限抗压强度≥1.2Mp,地基承载能力要求大于250Kpa。

3、施工准备

3.1 粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料:施工场地的工程地质报告,土工试验报告,配合比试验报告,粉喷桩设计桩位图,原地面高程数据表,加固深度与停灰面高程以及其它测量资料等。

3.2 场地平整、清除障碍。如场地低洼,应回填粘性土。施工场地不能满足机械行走要求时,应铺设砂土或碎石垫层。若地表过软,则应采取防止机械失稳措施。

3.3 施工机具准备,进行机械组装和试运转。

3.4 粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配合比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。试桩一般为5根,通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。

3.5 粉喷桩所用的水泥应符合设计要求,并有产品合格证,并经室内检验合格才能使用,严禁使用受潮、结块变质的加固料。

4、施工工艺

4.1 粉喷桩施工工艺流程

采用粉喷桩专用机械设备及PH-A或B型粉喷桩机,打深能力不少于13m,成桩直径50cm,施工工艺流程图见下图。

 

粉喷桩施工工艺流程图
4.2 施工工序

在大规模施工前,我们通过PH-A桩机进行了工艺性试验桩施工,其目的在于取得满足设计要求的各种技术参数,通过采用小应变及钻芯取样检测各试验桩体质量,最后确定:储灰罐的送灰压力控制在0.2~0.4 Mpa,复搅深度不小于6m,每米喷灰量控制在60kg,并保证瞬时喷灰的均匀性。

按设计桩距测量放样,严格按粉喷桩施工规范施工,具体施工工序如下:

(1)测量放样:施工前先平整场地,根据设计桩位进行施工放样,在桩位处用细竹桩设立标记,以便进行桩基对位。

(2)钻机就位:对正桩位,调平桩机机身,保证钻杆的垂直度,倾斜度小于1%,桩位偏差小于5cm。启动主电机下钻,待搅拌钻头接近地面时,启动空压机送气,继续钻进。

(3)钻进:钻机正转给进状态,钻头边旋转边钻进(喷入压缩空气而不喷入粉体)边搅拌。

(4)停钻:钻到设计孔深时,停止钻进,钻头反转,但不提升。

(5)喷粉提升:当确认水泥粉料到达桩底后打开送料阀门,关闭送气阀门,反转提升喷送水泥粉料,边旋转边提升,使水泥粉料和原位的软土充分拌和。

(6)停喷:当钻头升至距原地面50cm时停止喷料。

(7)复拌:根据设计要求在设计地面以下6m桩长需重复搅拌一次,搅拌头下沉、再重复上下搅拌一次,形成桩体,复搅时停止喷水泥。复搅完毕后继续提升钻头直至离开地面,移动钻机到下一个桩位。

5、施工注意事项

5.1 控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面,确保粉喷桩长度。

5.2 严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。

5.3 定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查,其直径磨耗量不得大于2cm。

5.4 当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉,在第二次喷粉接桩时,其喷粉重叠长度不得小于1m。若发现喷粉量不足时,应整桩复打,复打的喷粉量应不小于设计用量。

5.5 粉喷桩施工时,泵送水泥必须连续,其用量误差不得大于±1%。

5.6 为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度,每工作班检查不少于2次,使垂直度偏差不超过1%。

5.7 搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求,深度应达到设计要求,时间误差不得大于5秒,施工前应丈量钻杆长度,并标上明显标志,以便掌握钻入深度,复搅深度。

5.8 水泥粉入罐时必须过筛,以保证入罐水泥粉体最大粒径不超过0.5cm,无纸屑、木屑及石块等杂物,以防喷粉时堵管。储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50Kg,如储量不足时,不得对下一根桩开钻施工。

5.9 粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工,操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等。施工中出现问题应及时处理,做好记录,并应随时检查记录情况。

5.10 施工人员要按照工艺性试桩的参数控制搅拌时的提升、下沉速度,以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。复拌深度为6m桩长,复搅下钻、提钻速度同第一次。

5.11 喷粉提升到设计标高时,关闭送料阀,打开送气阀,原位慢速转动2min,以保证桩底喷灰均匀密实,避免桩底漏喷。

6、质量检测

6.1 粉喷桩属地下隐蔽工程,施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响,因而其质量控制要贯穿于施工的全过程,并坚持全方位的施工质量管理。

6.2 施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况,记录其处理方法及措施。

6.3 成桩7天内浅部开挖桩头,其深度宜为0.5m,目测检查搅拌的均匀性,测量成桩直径。检查频率为10%。

6.4 在成桩7天内采用轻便触探仪检查桩的质量,触探点应在桩径方向1/4处,抽检频率为2%。

6.5 成桩28天后在桩体上部(桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m)分别截取3段桩体进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验,检查频率为2‰,每一工点不少2根。

6.6 成桩28天后,按1‰频率或每一工点不少于2根采用钻孔取芯法对其进行终检。

6.7 粉喷桩施工质量允许偏差应符合下表规定。

序号 项 目 单 位 允许偏差

或规定值

检查方法

和频率

1 桩距 ±10 抽检5%
2 桩径 ≥500 抽检5%
3 桩长 不小于设计 查施工记录
4 竖直度 % 1.0 查施工记录
5 单桩喷粉量 Kg/m ≥60 查施工记录
6 强度 MPa ≥1.2 抽检5%

粉喷桩是一项比较难以控制的施工工艺,该标段在该段软基粉喷桩施工中,严格按照施工规范及设计要求施工,严格质量控制,通过对粉喷桩28天低应变及钻芯取样检测,桩体合格率100%,优良率达到95%。通过静荷载试验,检验复合地基承载力和单桩承载力,各项指标均达到设计要求。

7、结语

粉喷桩处理高等级公路软土地基是当前最常用的方法之一,经粉喷桩处理后的地基,承载力大大提高,工后沉降量大大减少,由于桩体作用,地基抗剪强度增强,提高了地基的稳定性,路基填土可以不受施工速度的限制,大大加快施工进度;粉喷桩用于软基中的涵洞、挡土墙等地基处理,还可有效地减少基础沉降、桥头跳车现象。在高路堤软基处理中,一般软土厚度在15m以内,使用粉喷桩打穿淤泥层,效果较好而且较经济。

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