粉喷桩在公路软基处理中的应用

粉喷桩在公路软基处理中的应用

摘 要:简单地介绍了粉喷桩的施工方法及粉喷桩的优点,探讨了影响粉喷桩强度的因素,详细地阐述了粉喷桩的施工质量管理,以提高粉喷桩的施工质量,保证粉喷桩处理公路软基的施工效果。

关键词: 软基处理 粉喷桩 公路 质量管理

1 影响粉喷桩强度的因素

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,土中的水分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,桩体在成型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 m～2

m。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,如果不做处理将会造成过大的路基沉降。

2) 桩土置换率及粉体掺入量对复合地基强度的影响。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,再做有关的验算。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。

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”,对桩的强度很不利。如承受水平推力截止水作用,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勿快速旋转和提升,否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。

2 粉喷桩的施工质量管理

2. 1 施工单位选择

1) 对所有粉喷桩施工单位,各施工标段承包人要先审查其施工资质、信誉和业绩;各承包人将经初步筛选合格的施工单位,写成书面推荐报告,经驻地监理审核后,上报业主,由业主批准后方可进场。

2) 进场设备必须配备性能良好,设备上的气压表、转速表、电流表、电子秤必须经过标定,不合格的仪表必须更换。严禁使用非定型产品或自行改装设备。

2. 2 室内配比试验

粉喷桩的质量好坏,很大程度上取决于各施工标段承包人和监理单位在施工前根据设计文件提供的地质资料,按有关规范要求所做的室内配比试验是否适合当地工程地质条件。

1) 粉喷桩加固料宜采用32. 5 级普通硅酸盐水泥,要依据施工时间选用水泥初终凝时间合适的水泥,防止未成型即已凝固的发生,不得使用受潮结块的变质水泥。试验室应重点对水泥剂量监控,重点保证均匀性。水泥用量按土的天然含水量不同而变化。参考值为: W土≤50 % ,水泥用量为50 kg/ m; 50 % 70 %时,水泥用量为60 kg/ m～65 kg/ m。 2) 加固处理土的强度,应以无侧限抗压强度衡量,试件养护龄期为7 d ,28 d ,90 d。要求R28

≥0. 8 MPa , R90 ≥1. 2 MPa。

2. 3 现场工艺性试桩

为了确定各种操作技术参数,粉喷桩施工前施工单位必须考虑到不同的地质情况,根据工程地质报告、土工试验报告、室内配比试验报告、粉喷桩设计桩位图等,进行工艺性试桩,试桩应达到下列要求:

1) 满足设计水泥喷入量的各种技术参数。钻进速度:参考值V ≤1. 5 m/ min ;平均提升速度:参考值V p ≤0. 8 m/ min ;搅拌速度:参考值R≈30 r/ min ;钻进、复搅与提升时管道压力:0.

1 MPa≤P ≤0. 2 MPa ;喷灰时管道压力:0. 25 MPa ≤P ≤0. 40 MPa。

2) 成桩试验的桩数不宜少于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,确定合适的技术处理措施。

2. 4 现场施工管理

粉喷桩属地下隐蔽工程,其质量控制应贯穿在施工的全过程,并应坚持全方位、全过程的施工监理。各施工标段承包人必须对粉喷桩质量、进度负责,每台钻机必须有专人操作。

2. 4. 1 材料供应

粉喷桩所用的水泥(32. 5 级普通硅酸盐水泥) 应符合设计要求,由承包人负责统一提供,并有产品合格证,经室内检验合格和监理签证后才能使用,严禁使用受潮、结块变质的加固料。

2. 4. 2 施工工艺

进行粉喷桩施工的场地,事先应预平整,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。施工机具准备,进行机械组装和试运转。主要机械设备钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和动力设备(发电机组) 等是否已检验正常运转。 水泥粉喷桩的主要施工顺序为:施工准备→钻机就位→钻进→提升喷粉搅拌→升到设计标高后再复钻→提升复拌→升到设计标高后停机→下一桩循环施工。

各主要工序的质量控制要点如下:

1) 桩基就位:根据设计,确定加固放置机体位置的基础(即加垫砂层) ,使搅拌桩机机轴保持垂直,以防打斜桩,影响桩基承载力。

2) 下钻:启动搅拌桩机,钻头边旋转边钻进。为不至于堵塞喷射口,此时并不喷射加固材料,而是喷射压缩空气,可使钻进顺利,减小负载扭矩。随着钻进,准备被加固的土体在原位受到搅动。

3) 提升钻头并反转:在提升过程中喷粉搅拌,通过粉体发送器将水泥粉喷射入搅拌的土体中,使土体和水泥沿深度方向充分拌和。要根据地质情况,决定提升速度,以得到较均匀的水泥土桩,提升速度根据试桩参数确定。

4) 提升结束:当钻头提升到距地面30 cm～50 cm 时,发送器停止向孔内喷射粉料,成桩结束。这时由于装置的回路是封闭的,粉体不会向空中喷射和飞散。在向土体喷射过程中的最后阶段,在搅拌钻头距地面30 cm 处停止喷粉,粉粒不会溢出地面。一般在设计桩顶预加50

cm 桩长作为破除桩头用。

5) 复拌:停止喷粉,钻头边旋转边钻进,直至设计深度的1/ 3处,再边提升边反向旋转,使土体和粉体充分拌和,土体被充分粉碎,水泥粉被均匀地分散在桩土中,复拌的深度一般为设计桩长的1/ 3 ,复拌是保证成桩均匀和提高桩体强度的有效措施。

2 4. 3 加强施工质量管理

要根据工艺试桩确定的各种操作技术参数制定施工要点,供现场操作人员遵守。严格控制钻孔下钻深度、喷粉高程及停灰面,确保粉喷桩长度和喷粉量达到规定要求。深度误差不得大于5 cm ,水泥损耗量平均不得大于1 kg/ m。粉喷桩要穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层,并深入硬土层50 cm ,持力层深度除根据地质资料外,还应根据钻进时电流表的读数值来确定,当钻杆钻进时电流表的读数明显上升,说明已进入硬土层,如能持续50 cm 以上则说明已进入持力层。

搅拌机每次下沉或提升的时间必须有专人记录,时间误差不得大于5 s ,提升前要有等待送粉到达桩底的时间,防止出现提升却未喷粉的情况,具体时间随机械类型与送灰管长度而变化。

在桩上部1/ 3 范围内应重复搅拌一次,并且复搅长度不足5 m 的,按5 m 施工。特别需要指出的是,对于软土天然含水量大于70 %的地段,要求复搅长度应贯穿软土层。

钻进提升时管道压力不宜过大,以防钻孔淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。

在成桩过程中,如发生意外影响桩身质量时,应在12 h 内采取补喷措施,补喷重叠长度以不小于1. 0 m 为宜。特别困难时以电流表读数明显变化为准。否则应重新打设,新桩距报废桩的距离不能大于桩距的15 %。

对输灰管要经常检查,不得泄漏及堵塞,管道长度以60 m 左右为宜,不得超过80 m。对使用的钻头要定期检查,其直径磨耗量不得大于1 cm ,但也不宜采用直径过大的钻头(以小于53

cm为宜) 。

2. 5 质量检测

1) 在施工过程中,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。

2) 成桩7 d 内浅部开挖桩头,其深度宜为0. 5 m ,目测检查搅拌的均匀性,测量成桩直径。检查频率为10 %。

3) 在成桩7 d 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 %。

4) 成桩28 d 后在桩体上部(桩顶以下0. 5 m ,1. 0 m ,1. 5 m)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 ‰,每一工点不少于两根。

5) 成桩28 d 后,按1 ‰频率或每一工点不少于两根采用钻孔取芯法对其进行终检。

3 结语

粉喷桩具有施工速度快、加固深度大、效果好、对周围环境污染少等特点,因此被广泛而行之有效地应用于公路建设中。然而从施工质量管理等方面来看,技术难度比较大,如果掌握不好,极易出现偏差,且因其为隐蔽工程,易留下隐患。但是,只要以科学的态度,及时有效地采取措施解决好各种影响桩强度问题,严格施工质量管理,就一定能得到满意的工程质量。

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