粉噴樁加固地基技術(shù)工程應(yīng)用案例研究
2015-12-03
一、技術(shù)簡(jiǎn)介：
粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，也叫加固土樁。深層攪拌法是加固飽和軟粘土地基的一種新穎方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械就地將軟土和固化劑(漿液狀和粉體狀)強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理一化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地墓。
二、應(yīng)用案例：
公路項(xiàng)目：滬寧高速公路昆山試驗(yàn)段實(shí)踐證明，采用粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優(yōu)點(diǎn)：如能有效地減少地基的總沉降量，與排水固結(jié)法相比總沉降量能減少25％～49％，這對(duì)控制路堤的工后沉降和解決橋頭"跳車"具有明顯的效果，具體表現(xiàn)在地基加固深度內(nèi)沉降量的大幅度減少。經(jīng)加固后路基在填筑過(guò)程中側(cè)向位移明顯減少，實(shí)測(cè)的最大側(cè)向位移僅6～7cm。與排水固結(jié)法在相同條件下相比，側(cè)向位移減少60％～70％，而且在較短時(shí)間內(nèi)即趨穩(wěn)定。側(cè)向位移的減少，不僅能增加路基的穩(wěn)定，特別在橋涵與路堤連接處保護(hù)橋臺(tái)樁基不受過(guò)大的側(cè)向推力，而且也減少地基的沉降。粉噴樁復(fù)合地基能提高地基土的承載力，適應(yīng)快速填筑施工，與排水固結(jié)法相比，可以允許有較高的填土速率。
鐵路項(xiàng)目：京廣線武廣電化改造工程粉噴樁加固軟基主要集中在新建京廣上行線J2K1214+680～J2K1215+700段。施工組織方案設(shè)計(jì)考慮新建京廣上行線與既有京廣上行線緊鄰，兩線間距僅5.0m，且京廣線已提速，軟基處理對(duì)既有路基會(huì)產(chǎn)生較大的牽引沉降。為保證工期要求，減少沉降量，及保證既有京廣上行線路基的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用粉噴樁加固。方案重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)三個(gè)方面：①粉噴樁按正三角形布置：樁徑0.5m,間距1.4m,排距1.2m，平均深10m，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值為80kn，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為100kpa，共計(jì)15246米/1498根。 ②粉噴樁加固料采用325號(hào)水泥，噴灰量應(yīng)保證每延米45kg±5kg，距地面0.5m為停灰面。 ③粉噴樁竣工28天后，應(yīng)采用單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)確定復(fù)合地基承載力，抽檢頻率為0.5%，試驗(yàn)完成后方可填土施工。
該段軟基經(jīng)粉噴樁加固前后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的強(qiáng)度及變形特征:詳見(jiàn)下表
強(qiáng)度齡期及變形指標(biāo) 天然地基 7天 28天 3月
無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu(Kpa) 27 454 785 1209
剪強(qiáng)度指標(biāo) C(kpa) 8 101 178 330
∮(°) 7°41ˊ 1°59ˊ 38°53ˊ 35°45ˊ
壓縮系數(shù)a(MPa) 0.6 0.07 0.07 0.05
側(cè)限變形模量 Eo(MPa) 3.2 27.4 27.4 37.7
從表中可以看出,采用粉噴樁加固大大提高了地基強(qiáng)度和減少了地基沉降變形。
三、粉噴樁施工主要工藝與流程
粉噴樁施工采用粉噴樁專用機(jī)械設(shè)備，成樁直徑遵照設(shè)計(jì)。
1、 施工現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備工作
?。?）施工現(xiàn)場(chǎng)配備各種計(jì)量?jī)x器設(shè)備，做好計(jì)量裝置的標(biāo)定工作。
（2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的水泥等原材料進(jìn)行試驗(yàn)工作, 施工前根據(jù)每個(gè)斷面的實(shí)際狀況進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)，確定每延米的噴粉量。
?。?）根據(jù)施工圖紙畫出樁位平面布置圖，并報(bào)請(qǐng)測(cè)量工程師批準(zhǔn)。
?。?）根據(jù)樁位平面布置圖，在施工現(xiàn)場(chǎng)用鋼尺定出每根粉噴樁的樁位，并用竹簽插入土層做好標(biāo)記，每根樁的樁位誤差不得大于5cm。同時(shí)做好復(fù)測(cè)工作，在以后的施工中應(yīng)經(jīng)常檢查樁位標(biāo)記是否被移動(dòng)，確保粉噴樁樁位的準(zhǔn)確性。
（5）在施工現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)水泥棚，水泥棚的底部用土填高，使之比周圍地面高出30cm～50cm，并鋪設(shè)一層木板，然后鋪設(shè)一層彩條布，最后再鋪設(shè)一層塑料薄膜，以確保水泥不受潮變硬。
（6）對(duì)進(jìn)場(chǎng)的機(jī)具設(shè)備進(jìn)行組裝和調(diào)試，確保機(jī)具的完好率，保證滿足施工要求。
?。?）一切準(zhǔn)備工作結(jié)束后，提出書面開工申請(qǐng)，并請(qǐng)監(jiān)理人員到場(chǎng)進(jìn)行試樁，以確定成樁的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。一般試樁應(yīng)達(dá)到以下要求：
a、 工藝試樁：每臺(tái)粉噴樁機(jī)施工前應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行工藝試樁，確定好各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)（鉆進(jìn)速度、噴粉提升速度、提升時(shí)的管道壓力、復(fù)攪下沉速度等），并將試樁報(bào)告上報(bào)監(jiān)理組。
b、水泥攪拌的均勻程度，掌握下鉆及提升的困難程度，確定合適的技術(shù)處理措施。成樁試驗(yàn)的樁數(shù)不應(yīng)少于5根。當(dāng)遇到新的施工段落時(shí)應(yīng)重新進(jìn)行試樁工作。
?。?）在試樁5～7天后隨機(jī)選擇樁位進(jìn)行全程取芯，取芯時(shí)有業(yè)主及監(jiān)理工程師在場(chǎng)。工藝性試樁結(jié)束后時(shí)整理各種技術(shù)參數(shù)，資料上報(bào)至監(jiān)理工程師，得到認(rèn)可后再全面開工。
2、施工方法
（1）定位：按設(shè)計(jì)圖紙（樁位平面布置圖），現(xiàn)場(chǎng)用鋼尺定出粉噴樁樁位，并用竹簽插入土層作標(biāo)記，誤差不大于5cm，機(jī)具移至樁位處并使鉆頭正對(duì)竹簽，復(fù)核機(jī)架的垂直度使鉆桿傾斜度不大于1%，鉆尖對(duì)準(zhǔn)樁位。
?。?）啟動(dòng)空壓機(jī)送氣，鉆機(jī)正轉(zhuǎn)并垂直鉆進(jìn)。當(dāng)控制雙螺旋攪拌頭到達(dá)設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后停止鉆進(jìn)，鉆頭原地旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁停鉆。鉆機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，啟動(dòng)送灰機(jī)送灰，待水泥送至噴灰口（一般約一分鐘）后再提升鉆頭，根據(jù)電子稱重裝置顯示的噴灰量調(diào)節(jié)調(diào)速電機(jī)，這樣邊噴粉，邊攪拌，邊提升，使軟土和固化材料充分混合。
?。?）當(dāng)鉆頭提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高上0.5米時(shí)停止送灰，鉆頭正向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行復(fù)攪并復(fù)噴，復(fù)攪深度及復(fù)噴深度應(yīng)按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。當(dāng)鉆頭提升到距地面30～50cm時(shí)，發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料，成樁結(jié)束。這時(shí)由于裝置的回路是封閉的，粉體不會(huì)向空中噴射和飛散。在向土體噴射過(guò)程中的最后階段，在攪拌鉆頭距地面30cm處停止噴粉，粉粒不會(huì)溢出地面。
（4）復(fù)攪結(jié)束后，關(guān)閉空壓機(jī)，消散所有管道壓力，鉆機(jī)主電機(jī)停機(jī)。
?。?）鉆機(jī)移位，重復(fù)上述過(guò)程進(jìn)行下一個(gè)樁位施工。
四、粉噴樁法加固軟基的比較優(yōu)勢(shì)與不足
1、粉噴樁法加固軟基的比較優(yōu)勢(shì)
軟土路基加固方法，主要有沙井法、水泥漿攪拌法、旋噴法等，粉噴樁加固法在近年得到普遍應(yīng)用，技術(shù)成熟，成為設(shè)計(jì)、監(jiān)理、建設(shè)及施工單位優(yōu)先選擇的方法。相比于其它方法，粉噴樁加固法有其自身的優(yōu)勢(shì)。
（1）與沙井法比較：粉噴樁能有效控制建（構(gòu)）筑物過(guò)大沉降問(wèn)題，而沙井法不能做到，同時(shí)沙井法施工速度慢，施工中容易出現(xiàn)不連續(xù)、頸縮等現(xiàn)象。
（2）與水泥漿攪拌法比較：水泥漿攪拌法在攪拌時(shí)需加水，而水泥水化時(shí)僅需總水量的5～10%，故多余水份將流入樁間土中，而降低樁強(qiáng)度。而粉體攪拌法施工過(guò)程中不須加水，與水泥發(fā)生水化作用的水是從天然狀態(tài)的土中吸取，故使加固體及其周圍的土強(qiáng)度增加。
?。?）與旋噴法比較：旋噴法不能起排水固結(jié)作用，且成樁直徑不固定，設(shè)備要求壓力高（20～30MPa），成本高。而粉噴法沒(méi)有這些缺點(diǎn)。
2、粉噴樁法存在的問(wèn)題與不足
粉噴樁法已在工程實(shí)踐中得到普遍應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用中尚有一些問(wèn)題需要進(jìn)一步探討，有一些缺點(diǎn)需要克服。
?。?）粉噴樁的支承式與懸浮式對(duì)沉降的影響。目前高速公路不斷向沿海近海地區(qū)延伸，遇到的深厚軟土越來(lái)越多，而且是現(xiàn)有粉噴樁機(jī)所達(dá)深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的。如何來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，除了進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備的性能外，在設(shè)計(jì)理論上也需要有一個(gè)突破。
?。?）地基土含水量對(duì)粉噴樁質(zhì)量的影響。粉噴樁質(zhì)量的優(yōu)劣主要反映在粉噴樁的強(qiáng)度指標(biāo)上，這不僅與摻入粉體的質(zhì)量、施工工藝、地基土的性質(zhì)有關(guān)，其中尤以含水量的關(guān)系甚為密切。
?。?）粉噴樁復(fù)合地基承載力和粉噴樁單樁承載力的關(guān)系。只有當(dāng)天然土的強(qiáng)度也增強(qiáng)時(shí)，整個(gè)復(fù)合地基的強(qiáng)度才會(huì)增加。所以樁的強(qiáng)度應(yīng)適度，要和天然土的強(qiáng)度相互匹配。
（4）樁土置換率及粉體摻入量對(duì)復(fù)合地基強(qiáng)度的影響。軟土中含水量大于70％，必須加大粉體摻入量，否則將形成不了樁體或形成強(qiáng)度達(dá)不到要求的樁體，不能滿足設(shè)計(jì)要求。
