论文部分内容阅读
摘要：随着我国公路建设的迅猛发展,不可避免要穿过一些软土地段，所以关于软基加固的问题在公路设计及施工中已是个很重要的课题，本文重点介绍了粉喷桩在软基处理中的应用，通过分析其质量影响因素，提出施工控制要点，并通过实例验证了该方法的应用效果。
关键词： 粉喷桩；软基处理；影响因素；施工效果
Abstract: With the rapid development of highway construction in China, inevitably through some soft soil section, so on the soft foundation consolidation problem is a very important issue in the design and construction of highway, this paper introduces the application of cement injection pile in soft foundation treatment, through analysis of the factors affecting the quality of construction, put forward control points, and the application effect of this method was verified by examples.
Key words: powder spraying pile; soft foundation treatment; influence factors; construction effect
中图分类号：TU471.8文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1软基处理方法
随着我国经济的不断发展，公路建设进入一个突飞猛进的阶段,而公路又不可避免要穿过一些软土地段，所以关于软基加固的问题在公路设计及施工中已是个很重要的议题。目前软基的处理方法主要有：①换填土法：适用于深度<3m的淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土等的处理。②桩体挤密法:其中包括土及灰土桩、砂石桩、石灰桩。③砂井:适用于软土地基，特别是软基中存在连续薄砂层时。④强夯法：适用于地下水位以上的巨粒土、粗粒土及特殊土地基。⑤深层搅拌桩法：适用于加固粘质土和有机质土、软土层较厚，工期较短的地基。⑥高压喷射注浆法：适用于粘质土、有机质土和特殊土粗粒土的地基。⑦化学固化剂法：适用于被油脂和石油之类化合物污染之外的任何土类，对于地下水PH值>9的地区不适用。此外还有电渗法，振动水冲法，塑料排水板法等等。
粉喷桩具有施工工藝简单 ,施工方便,周期较短，承载力稳定可靠等优点,应用此法加固的软土地基能有效的减少地基的总沉降量，这对控制路堤的工后沉降和解决桥头“跳车”具有明显的效果。因而被广泛应用于公路和铁路桥梁等结构工程中。水泥搅拌桩是一项隐蔽工程,如能在桩基工程施工中规范施工,狠抓质量,可大大提高投资效益。
2 粉喷桩的质量影响因素
2.1地基土含水量对粉喷桩质量的影响
粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺入粉体的质量、施工工艺、地基土的性质有关，其中尤以含水量的关系甚为密切。规范规定，地基土的天然含水量在小于30％或大于70％时不宜采用。因为当土的含水量小于30％时，土中的水份不足以使粉体进行水化作用；当含水量大于70％时，含水量过高的土壤往往孔隙比大，若按常规掺入粉体数量，由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓掉桩或下沉，常为地表下1～2m。当发生掉桩或下沉时，只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅，就能克服这种现象，如果不作处理将会造成过大的路基沉降。
2.2桩土置换率及粉体掺入量对强度的影响
在实际设计运算时往往提供所要求达到的复合地基强度、拟定的粉喷桩强度及天然地基土的强度来求桩土的置换率，计算出桩数，然后布置桩位，再作有关的验算。实践证明若置换率过低，如小于10％往往达不到设计要求，甚至全功尽弃。某高速公路采用粉喷桩复合地基处理，置换率仅为6％～7％，当路堤填至设计标高后出现裂缝，不得不重新处理。这说明作为复合地基的桩土置换率必须大于一定值，否则起不到复合地基的作用，所以在规范中定为10％～20％，这是有道理的。同样粉体的掺入量也需控制在一定值，规范定为10％～15％。如前所述，当软土中含水量大于70％，必须加大粉体掺入量，否则将形成不了桩体或形成强度达不到要求的桩体，不能满足设计要求。
2.3 复搅和转速对桩强度的影响
大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用，促使桩体的充分形成。同时，钻头喷出的粉体一般呈脉冲状，若不充分进行搅拌，粉体在桩中往往呈层状，形成一种夹生，对桩的强度不利。如承受水平推力截止水作用的话，应进行全程复搅，若作为路基加固只承受垂直向力作用，也可以只复搅上部1/3的桩体。为了提高工效，粉喷钻机下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升；否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。
2.4施工对搅拌桩质量的影响
施工时要根据试验结果采用的水灰比配置水泥浆，即将一定数量的水泥加入到相应体积的水中，用搅拌器械将其充分拌和，直至水泥浆均匀一致，用比重计检测水泥浆稠度，以控制水泥浆的质量。对每一根水泥搅拌桩，根据设计深度计算出水泥用量，根据选定的水灰比配制出水泥浆，用控制总浆量的办法保证每根搅拌桩达到设计要求的水泥用量。在钻机钻进或提升过程中，应保证喷浆的均匀性，不应出现局部喷浆过多，局部过少的现象。由于钻机在不同土层中的钻进能力不一，所以在硬土层中钻进速度慢时，应调低喷浆流量；而在淤泥质土层中钻进速度快时，应加大喷浆流量。桩身应在地面以下1/2~1/3桩长并不小于5m的范围内进行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和，大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。若不进行复搅，粉体在桩中往往形成层状 "夹生"，对桩的强度十分不利，施工时若发现喷粉不足，应全程复搅，复搅的喷粉量应不小于设计用量。应严格控制重复搅拌时的提升和下沉速度，以保证加固深度范围内得到均匀、充分的搅拌，否则将会严重影响搅拌桩的质量。
3 成型搅拌桩的检查
由于搅拌桩属隐蔽工程 ,以往桩基检测技术水平有限 ,但现在随着科学技术的发展,无损检测技术不断进步,隐蔽工程的透明度也越来越高 ,多种桩基检测技术相继出台 ,如高应变检测法 ,低应变检测法、超声波法 ,抽芯试验法等等 ,给人们对桩基成品进行检测带来极大的便利。根据桩基现场实际情况选择不同的检测方法。如下表:
当搅拌桩成桩28d后，进行取芯抽样检查，其抽样频率应按招标文件要求或当地交通部门有关规定执行。当无要求时，抽查3%~5%为宜。抽样检查内容包括桩长、水泥土强度、桩土搅拌均匀程度、桩身的完整性。对搅拌桩的强度检查应取上、中、下三个部分进行，只要桩体某一部分出现薄弱环节，该桩就失去了其使用性能。要求钻芯取样必须完整。随机抽查的桩位不宜小于总桩数的0.2%，并不得少于3根。对于特大桥和箱通地基最好每处必检。
4 实践效果
某高速公路试验段实践证明，采用粉喷桩方法加固软土地基能有效地减少地基的总沉降量，与排水固结法相比总沉降量能减少25％～49％，这对控制路堤的工后沉降和解决桥头跳车具有明显的效果，具体表现在地基加固深度内沉降量的大幅度减少。经加固后路基在填筑过程中侧向位移明显减少，实测的最大侧向位移仅6～7cm。与排水固结法在相同条件下相比，侧向位移减少60％～70％，而且在较短时间内即趋稳定。侧向位移的减少，不仅能增加路基的稳定，特别在桥涵与路堤连接处保护桥台桩基不受过大的侧向推力，而且也减少地基的沉降。粉喷桩复合地基能提高地基土的承载力，适应快速填筑施工，与排水固结法相比，可以允许有较高的填土速率。但是，粉喷桩法在实际应用中尚有一些问题需要进一步探讨，有一些缺点需要克服。
5 结束语
水泥搅拌桩加固软土地基效果明显，但存在临界桩长，桩长不宜超过12m。从单桩及复合地基静载荷试验可以看出，桩长对增加地基承载力的效果不如增加桩间距明显，故应在临界桩长范围内合理选择桩的布置形式及桩间距等参数。
水泥搅拌桩处理软土地基与其它软基处理手段相比虽然具有施工方便、工期短、工后沉降小（营运质量高）等显著优点。但其设计的合理与否将会对工程造价产生较大的影响，如何正确认识软土地基的危害，深入研究软土的性质，即经济又合理的设计水泥搅拌桩是值得我们不断探索和研究的。
参考文献
[1] 林炽皇.粉喷桩处理软弱地基施工技术分析[J].沿海企业与科技,2010,(4).
[2] 钟勇,祝友志,邓兴全,刘平,卓勤照.粉喷桩加固软土地基在公路房建上的应用[J].民营科技,2008,(1).
[3] 公路工程软基处理[M].北京:人民交通出版社，2001.12.
[4] 赵媛媛.粉喷桩处理软基施工工艺和质量控制方法研究[J].西部探矿工程,2010,(2).
关键词： 粉喷桩；软基处理；影响因素；施工效果
Abstract: With the rapid development of highway construction in China, inevitably through some soft soil section, so on the soft foundation consolidation problem is a very important issue in the design and construction of highway, this paper introduces the application of cement injection pile in soft foundation treatment, through analysis of the factors affecting the quality of construction, put forward control points, and the application effect of this method was verified by examples.
Key words: powder spraying pile; soft foundation treatment; influence factors; construction effect
中图分类号：TU471.8文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1软基处理方法
随着我国经济的不断发展，公路建设进入一个突飞猛进的阶段,而公路又不可避免要穿过一些软土地段，所以关于软基加固的问题在公路设计及施工中已是个很重要的议题。目前软基的处理方法主要有：①换填土法：适用于深度<3m的淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土等的处理。②桩体挤密法:其中包括土及灰土桩、砂石桩、石灰桩。③砂井:适用于软土地基，特别是软基中存在连续薄砂层时。④强夯法：适用于地下水位以上的巨粒土、粗粒土及特殊土地基。⑤深层搅拌桩法：适用于加固粘质土和有机质土、软土层较厚，工期较短的地基。⑥高压喷射注浆法：适用于粘质土、有机质土和特殊土粗粒土的地基。⑦化学固化剂法：适用于被油脂和石油之类化合物污染之外的任何土类，对于地下水PH值>9的地区不适用。此外还有电渗法，振动水冲法，塑料排水板法等等。
粉喷桩具有施工工藝简单 ,施工方便,周期较短，承载力稳定可靠等优点,应用此法加固的软土地基能有效的减少地基的总沉降量，这对控制路堤的工后沉降和解决桥头“跳车”具有明显的效果。因而被广泛应用于公路和铁路桥梁等结构工程中。水泥搅拌桩是一项隐蔽工程,如能在桩基工程施工中规范施工,狠抓质量,可大大提高投资效益。
2 粉喷桩的质量影响因素
2.1地基土含水量对粉喷桩质量的影响
粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺入粉体的质量、施工工艺、地基土的性质有关，其中尤以含水量的关系甚为密切。规范规定，地基土的天然含水量在小于30％或大于70％时不宜采用。因为当土的含水量小于30％时，土中的水份不足以使粉体进行水化作用；当含水量大于70％时，含水量过高的土壤往往孔隙比大，若按常规掺入粉体数量，由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓掉桩或下沉，常为地表下1～2m。当发生掉桩或下沉时，只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅，就能克服这种现象，如果不作处理将会造成过大的路基沉降。
2.2桩土置换率及粉体掺入量对强度的影响
在实际设计运算时往往提供所要求达到的复合地基强度、拟定的粉喷桩强度及天然地基土的强度来求桩土的置换率，计算出桩数，然后布置桩位，再作有关的验算。实践证明若置换率过低，如小于10％往往达不到设计要求，甚至全功尽弃。某高速公路采用粉喷桩复合地基处理，置换率仅为6％～7％，当路堤填至设计标高后出现裂缝，不得不重新处理。这说明作为复合地基的桩土置换率必须大于一定值，否则起不到复合地基的作用，所以在规范中定为10％～20％，这是有道理的。同样粉体的掺入量也需控制在一定值，规范定为10％～15％。如前所述，当软土中含水量大于70％，必须加大粉体掺入量，否则将形成不了桩体或形成强度达不到要求的桩体，不能满足设计要求。
2.3 复搅和转速对桩强度的影响
大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用，促使桩体的充分形成。同时，钻头喷出的粉体一般呈脉冲状，若不充分进行搅拌，粉体在桩中往往呈层状，形成一种夹生，对桩的强度不利。如承受水平推力截止水作用的话，应进行全程复搅，若作为路基加固只承受垂直向力作用，也可以只复搅上部1/3的桩体。为了提高工效，粉喷钻机下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升；否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。
2.4施工对搅拌桩质量的影响
施工时要根据试验结果采用的水灰比配置水泥浆，即将一定数量的水泥加入到相应体积的水中，用搅拌器械将其充分拌和，直至水泥浆均匀一致，用比重计检测水泥浆稠度，以控制水泥浆的质量。对每一根水泥搅拌桩，根据设计深度计算出水泥用量，根据选定的水灰比配制出水泥浆，用控制总浆量的办法保证每根搅拌桩达到设计要求的水泥用量。在钻机钻进或提升过程中，应保证喷浆的均匀性，不应出现局部喷浆过多，局部过少的现象。由于钻机在不同土层中的钻进能力不一，所以在硬土层中钻进速度慢时，应调低喷浆流量；而在淤泥质土层中钻进速度快时，应加大喷浆流量。桩身应在地面以下1/2~1/3桩长并不小于5m的范围内进行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和，大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。若不进行复搅，粉体在桩中往往形成层状 "夹生"，对桩的强度十分不利，施工时若发现喷粉不足，应全程复搅，复搅的喷粉量应不小于设计用量。应严格控制重复搅拌时的提升和下沉速度，以保证加固深度范围内得到均匀、充分的搅拌，否则将会严重影响搅拌桩的质量。
3 成型搅拌桩的检查
由于搅拌桩属隐蔽工程 ,以往桩基检测技术水平有限 ,但现在随着科学技术的发展,无损检测技术不断进步,隐蔽工程的透明度也越来越高 ,多种桩基检测技术相继出台 ,如高应变检测法 ,低应变检测法、超声波法 ,抽芯试验法等等 ,给人们对桩基成品进行检测带来极大的便利。根据桩基现场实际情况选择不同的检测方法。如下表:
当搅拌桩成桩28d后，进行取芯抽样检查，其抽样频率应按招标文件要求或当地交通部门有关规定执行。当无要求时，抽查3%~5%为宜。抽样检查内容包括桩长、水泥土强度、桩土搅拌均匀程度、桩身的完整性。对搅拌桩的强度检查应取上、中、下三个部分进行，只要桩体某一部分出现薄弱环节，该桩就失去了其使用性能。要求钻芯取样必须完整。随机抽查的桩位不宜小于总桩数的0.2%，并不得少于3根。对于特大桥和箱通地基最好每处必检。
4 实践效果
某高速公路试验段实践证明，采用粉喷桩方法加固软土地基能有效地减少地基的总沉降量，与排水固结法相比总沉降量能减少25％～49％，这对控制路堤的工后沉降和解决桥头跳车具有明显的效果，具体表现在地基加固深度内沉降量的大幅度减少。经加固后路基在填筑过程中侧向位移明显减少，实测的最大侧向位移仅6～7cm。与排水固结法在相同条件下相比，侧向位移减少60％～70％，而且在较短时间内即趋稳定。侧向位移的减少，不仅能增加路基的稳定，特别在桥涵与路堤连接处保护桥台桩基不受过大的侧向推力，而且也减少地基的沉降。粉喷桩复合地基能提高地基土的承载力，适应快速填筑施工，与排水固结法相比，可以允许有较高的填土速率。但是，粉喷桩法在实际应用中尚有一些问题需要进一步探讨，有一些缺点需要克服。
5 结束语
水泥搅拌桩加固软土地基效果明显，但存在临界桩长，桩长不宜超过12m。从单桩及复合地基静载荷试验可以看出，桩长对增加地基承载力的效果不如增加桩间距明显，故应在临界桩长范围内合理选择桩的布置形式及桩间距等参数。
水泥搅拌桩处理软土地基与其它软基处理手段相比虽然具有施工方便、工期短、工后沉降小（营运质量高）等显著优点。但其设计的合理与否将会对工程造价产生较大的影响，如何正确认识软土地基的危害，深入研究软土的性质，即经济又合理的设计水泥搅拌桩是值得我们不断探索和研究的。
参考文献
[1] 林炽皇.粉喷桩处理软弱地基施工技术分析[J].沿海企业与科技,2010,(4).
[2] 钟勇,祝友志,邓兴全,刘平,卓勤照.粉喷桩加固软土地基在公路房建上的应用[J].民营科技,2008,(1).
[3] 公路工程软基处理[M].北京:人民交通出版社，2001.12.
[4] 赵媛媛.粉喷桩处理软基施工工艺和质量控制方法研究[J].西部探矿工程,2010,(2).