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摘 要: 交通的发展和进步让城市更美，下文作者根据工作经验，结合市政路基施工的工程实际，详细介绍了粉喷桩施工技术。以下仅供参考，共同学习和指正。
关键词: 市政工程；粉喷桩；地基处理
1 工程概况
江苏省内某市政道路工程地势低洼，而且地下水位高，土质松软,土体含水量大，经过综合考虑和安排，施工时不宜用作路基填筑材料。本工程在软基路段使用粉喷桩处理方法,主要应用于桥头部位,由于设计要求其工后沉降量较小(<10 cm),故采用粉喷桩处理措施来减小软土地基的总沉降量,达到满足工程设计的需要。
2 粉喷桩对地基的加固
2.1 置换作用
复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减小了桩间土承担的荷载。这样由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小。这一作用称为置换作用或桩体效应。
2.2 挤密、振密作用
水泥粉喷桩对桩间土没有挤密、振密作用,对于松散填土、松散粉细砂、粉土,采用非排土和振动成桩工艺可使桩间土孔隙比减小,密实度增加,提高桩间土的强度和模量。如振动沉管挤密碎石桩、振冲碎石桩、振动沉管CFG桩,对上述类型的土具有挤密效果。
2.3 排水作用
复合地基中的桩体很多具有良好的透水性,如碎石桩、砂桩等。水泥粉喷桩本身的透水性差,不具备排水作用,但水泥粉可以吸收一定数量的土中水,使土的含水量有所降低,从而提高桩间土的强度。
2.4 减载作用
水泥粉喷桩体重度略大于天然土重度,因此不仅没有减载作用,反而还会增加少量荷载,这是粉喷桩地基设计和施工中必须注意的问题。一般都要求粉喷桩穿透软土层,如果不能穿透,则必须考虑自重的增加对下层软土沉降量的影响。
2.5桩对土的约束作用
在群桩复合地基中,桩对桩间土具有阻止土体侧向变形的作用。相同荷载条件下,无侧向约束时土的侧向变形大,从而使竖向变形加大;由于桩对土体侧向变形的限制,减小了侧向变形,使复合地基沉降变形明显降低。
3 粉喷桩施工技术
3.1 施工机械
工程开工现场，主要需要以下施工机械1)钻机。钻机是粉体喷射搅拌法施工的主要承抗机械,它必须满足的条件是:动力大,扭矩大,适合大直径钻头承抗,钻头直径一般为500 mm;具有正转钻进,反转提升的功能;提升力大,并能实现匀速提升。2)粉体发送器。粉体发送器是定时定量发送粉体材料的设备,是粉体喷射搅拌法加固软土地基施工机械的关键设备,粉体的定量输出由控制转鼓的转速来实现,施工前必须按照加固工程的地质条件,通过室内试验,得出最佳粉体掺入量。根据施工时钻机的提升速度,钻机的转速,搅拌钻头的类型选用合理的粉体发送量。3)空气压缩机。粉体喷射法的粉体喷出,是以空气压缩机作为风源,空压机的类型,主要受加固的地质条件和加固深度的控制。粉体喷射搅拌法是以机械预制搅拌气粉混合法。需克服喷灰口处及地下水的阻力而喷入土中,通过搅拌叶中的机械搅拌作用,使灰土混合,形成加固抗体,因此粉体喷射搅拌法所用空压机的压力不需要很高。4)搅拌钻头。粉体喷射搅拌法凭借搅拌作用使灰粉与软土混合,因此,搅拌钻头的形状直接影响灰土的搅拌效果。钻头的形式应保证反向旋转提升对桩周土体有压密作用,而不是使灰土向地面翻升而降低抗体质量。
3.2 主要施工工艺
3.2.1 施工前准备
为了取得良好的地基加固效果,施工前须做好有关资料的收集。实地清理,室内配合此试验,地基加固设计计算和施工工艺性设计。在施工中要按工艺设计要求和操作规程严格控制。灰土的搅拌通常用土体中任一点经钻头搅拌次数N和单位时间内的喷出量q来表征,它是影响地基加固效果的重要因素。
1)室内配方试验。在加固的软弱地基,采用钻探等方法采集必要数量的代表性土样,试料土含水量应根据同一地压至少3处取样试验结果确定,试料土制备应满足下列要求:除去土中所夹有的贝壳,树枝,草根等杂物;以现场施工为目的的室内配合比试验应采集保证天然含水量的扰动土;当采用风干土试料时,土料应粉碎,过5 mm筛,室内加水至相当于天然含水量的试料土,放置24 h,并防止水分蒸发;水泥用量应按施工图设计文件要求取中值,55 kg/m和5 kg/m三个水泥用量进行试验。
2)工艺性试桩。根据室内配合比试验结果,应对不同的地质条件进行现场工艺性试桩,宜在室内配合比试验28 d强度确定的情况下进行。根据室内试验选定的配合比用量,每延米增减5 kg进行工艺性试桩,3种水泥用量各试打10根~15根,并对每种水泥用量的桩取2根进行取芯检测,根据检测结果确定施工用配合比等。
3.2.2 施工过程
1)机械就位。根据设计要求,首先确定加固桩体的位置,使搅拌轴保持垂直,并使搅拌钻头对准桩位,对孔误差不得大于50 mm,利用支腿液化缸调平钻机,钻机立轴垂直度误差不大于1%;将水泥装入小灰罐,利用压缩空气将水泥粉输入大灰罐待用。
2)搅拌下沉。启动粉喷搅拌钻头,钻头边正方向旋转边钻进,为了不堵塞喷射口,此时并不喷射固化粉体材料,而是开动空压机,在灌入时喷射压缩空气,这样做可使钻进顺利,负载扭矩小,随着钻进,准备加固的土体在原位受到搅动,下钻速度可根据土质的软硬分别使用快慢挡,必要时还可冲水下沉。
3)钻进结束。钻到接近设计深度时,应用低速慢钻,搅拌钻进至设计标高或原位时停止向下钻进,且钻机应原位钻动1 min~2 min。
4)提升喷粉搅拌。启动搅拌钻头和粉体发送器,使搅拌钻头一边反向旋转,一边提升,同时通过粉体发送器将固化粉体材料喷入被搅动的土体中,使土体和粉体固化料进行充分拌和,沿深度方向,加固材料的混合量,系根据发送器输出的加固材料数量与搅拌叶中提升速度的关系确定。在边粉喷边反向提升过程中,利用钻头反转时叶冲向下的压力将搅拌的水泥土压实。
5)提升结束。当提升到设计停灰标高时,关闭粉体发送器,停止喷射粉体材料,形成抗体,继续提升钻头,直至离开地面,移位于下一根桩。
为了加强桩头搅拌的均匀性,提高桩顶强度,一般在桩顶下2 m~3 m深度范围内再进行一次复搅,并按设计要求进行复喷复搅。如果遇土体含水量很高,强度低的软弱土,出现液化的粉土,可在向下搅拌的同时,喷射粉固化材料,改善土的稠度,防止由于压缩空气的脉动使粉土液化。
4 试验检测结果
对部分桩进行了三复合地基静载试验检测,结果见表1。
通过试检结果,从确保质量考虑确定粉体搅拌桩间距1.1 m~1.2 m时喷粉量按65 kg/m~80 kg/m控制,复合地基极限承载力要求达到200 kPa以上。
5 结语
粉体喷射搅拌技术是就地搅拌桩技术的一种,它具有振动小,噪声低,无污染,速度快,施工机械简单,施工效率高和造价相对较低等优点。在铁路,公路,市政工程,港口码头,工业与民用建筑等软土地基加固方面得到了大量推广应用。
参考文献
[1]刘松玉,钱国超,章定文.粉喷桩复合地基理论与工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2009
[2]陈明 .公路地基处理[M].南京:东南大学出版社,2008
关键词: 市政工程；粉喷桩；地基处理
1 工程概况
江苏省内某市政道路工程地势低洼，而且地下水位高，土质松软,土体含水量大，经过综合考虑和安排，施工时不宜用作路基填筑材料。本工程在软基路段使用粉喷桩处理方法,主要应用于桥头部位,由于设计要求其工后沉降量较小(<10 cm),故采用粉喷桩处理措施来减小软土地基的总沉降量,达到满足工程设计的需要。
2 粉喷桩对地基的加固
2.1 置换作用
复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减小了桩间土承担的荷载。这样由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小。这一作用称为置换作用或桩体效应。
2.2 挤密、振密作用
水泥粉喷桩对桩间土没有挤密、振密作用,对于松散填土、松散粉细砂、粉土,采用非排土和振动成桩工艺可使桩间土孔隙比减小,密实度增加,提高桩间土的强度和模量。如振动沉管挤密碎石桩、振冲碎石桩、振动沉管CFG桩,对上述类型的土具有挤密效果。
2.3 排水作用
复合地基中的桩体很多具有良好的透水性,如碎石桩、砂桩等。水泥粉喷桩本身的透水性差,不具备排水作用,但水泥粉可以吸收一定数量的土中水,使土的含水量有所降低,从而提高桩间土的强度。
2.4 减载作用
水泥粉喷桩体重度略大于天然土重度,因此不仅没有减载作用,反而还会增加少量荷载,这是粉喷桩地基设计和施工中必须注意的问题。一般都要求粉喷桩穿透软土层,如果不能穿透,则必须考虑自重的增加对下层软土沉降量的影响。
2.5桩对土的约束作用
在群桩复合地基中,桩对桩间土具有阻止土体侧向变形的作用。相同荷载条件下,无侧向约束时土的侧向变形大,从而使竖向变形加大;由于桩对土体侧向变形的限制,减小了侧向变形,使复合地基沉降变形明显降低。
3 粉喷桩施工技术
3.1 施工机械
工程开工现场，主要需要以下施工机械1)钻机。钻机是粉体喷射搅拌法施工的主要承抗机械,它必须满足的条件是:动力大,扭矩大,适合大直径钻头承抗,钻头直径一般为500 mm;具有正转钻进,反转提升的功能;提升力大,并能实现匀速提升。2)粉体发送器。粉体发送器是定时定量发送粉体材料的设备,是粉体喷射搅拌法加固软土地基施工机械的关键设备,粉体的定量输出由控制转鼓的转速来实现,施工前必须按照加固工程的地质条件,通过室内试验,得出最佳粉体掺入量。根据施工时钻机的提升速度,钻机的转速,搅拌钻头的类型选用合理的粉体发送量。3)空气压缩机。粉体喷射法的粉体喷出,是以空气压缩机作为风源,空压机的类型,主要受加固的地质条件和加固深度的控制。粉体喷射搅拌法是以机械预制搅拌气粉混合法。需克服喷灰口处及地下水的阻力而喷入土中,通过搅拌叶中的机械搅拌作用,使灰土混合,形成加固抗体,因此粉体喷射搅拌法所用空压机的压力不需要很高。4)搅拌钻头。粉体喷射搅拌法凭借搅拌作用使灰粉与软土混合,因此,搅拌钻头的形状直接影响灰土的搅拌效果。钻头的形式应保证反向旋转提升对桩周土体有压密作用,而不是使灰土向地面翻升而降低抗体质量。
3.2 主要施工工艺
3.2.1 施工前准备
为了取得良好的地基加固效果,施工前须做好有关资料的收集。实地清理,室内配合此试验,地基加固设计计算和施工工艺性设计。在施工中要按工艺设计要求和操作规程严格控制。灰土的搅拌通常用土体中任一点经钻头搅拌次数N和单位时间内的喷出量q来表征,它是影响地基加固效果的重要因素。
1)室内配方试验。在加固的软弱地基,采用钻探等方法采集必要数量的代表性土样,试料土含水量应根据同一地压至少3处取样试验结果确定,试料土制备应满足下列要求:除去土中所夹有的贝壳,树枝,草根等杂物;以现场施工为目的的室内配合比试验应采集保证天然含水量的扰动土;当采用风干土试料时,土料应粉碎,过5 mm筛,室内加水至相当于天然含水量的试料土,放置24 h,并防止水分蒸发;水泥用量应按施工图设计文件要求取中值,55 kg/m和5 kg/m三个水泥用量进行试验。
2)工艺性试桩。根据室内配合比试验结果,应对不同的地质条件进行现场工艺性试桩,宜在室内配合比试验28 d强度确定的情况下进行。根据室内试验选定的配合比用量,每延米增减5 kg进行工艺性试桩,3种水泥用量各试打10根~15根,并对每种水泥用量的桩取2根进行取芯检测,根据检测结果确定施工用配合比等。
3.2.2 施工过程
1)机械就位。根据设计要求,首先确定加固桩体的位置,使搅拌轴保持垂直,并使搅拌钻头对准桩位,对孔误差不得大于50 mm,利用支腿液化缸调平钻机,钻机立轴垂直度误差不大于1%;将水泥装入小灰罐,利用压缩空气将水泥粉输入大灰罐待用。
2)搅拌下沉。启动粉喷搅拌钻头,钻头边正方向旋转边钻进,为了不堵塞喷射口,此时并不喷射固化粉体材料,而是开动空压机,在灌入时喷射压缩空气,这样做可使钻进顺利,负载扭矩小,随着钻进,准备加固的土体在原位受到搅动,下钻速度可根据土质的软硬分别使用快慢挡,必要时还可冲水下沉。
3)钻进结束。钻到接近设计深度时,应用低速慢钻,搅拌钻进至设计标高或原位时停止向下钻进,且钻机应原位钻动1 min~2 min。
4)提升喷粉搅拌。启动搅拌钻头和粉体发送器,使搅拌钻头一边反向旋转,一边提升,同时通过粉体发送器将固化粉体材料喷入被搅动的土体中,使土体和粉体固化料进行充分拌和,沿深度方向,加固材料的混合量,系根据发送器输出的加固材料数量与搅拌叶中提升速度的关系确定。在边粉喷边反向提升过程中,利用钻头反转时叶冲向下的压力将搅拌的水泥土压实。
5)提升结束。当提升到设计停灰标高时,关闭粉体发送器,停止喷射粉体材料,形成抗体,继续提升钻头,直至离开地面,移位于下一根桩。
为了加强桩头搅拌的均匀性,提高桩顶强度,一般在桩顶下2 m~3 m深度范围内再进行一次复搅,并按设计要求进行复喷复搅。如果遇土体含水量很高,强度低的软弱土,出现液化的粉土,可在向下搅拌的同时,喷射粉固化材料,改善土的稠度,防止由于压缩空气的脉动使粉土液化。
4 试验检测结果
对部分桩进行了三复合地基静载试验检测,结果见表1。
通过试检结果,从确保质量考虑确定粉体搅拌桩间距1.1 m~1.2 m时喷粉量按65 kg/m~80 kg/m控制,复合地基极限承载力要求达到200 kPa以上。
5 结语
粉体喷射搅拌技术是就地搅拌桩技术的一种,它具有振动小,噪声低,无污染,速度快,施工机械简单,施工效率高和造价相对较低等优点。在铁路,公路,市政工程,港口码头,工业与民用建筑等软土地基加固方面得到了大量推广应用。
参考文献
[1]刘松玉,钱国超,章定文.粉喷桩复合地基理论与工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2009
[2]陈明 .公路地基处理[M].南京:东南大学出版社,2008