软土地基采用粉喷桩处理的方法

粉喷桩处理软土地基的设计与施工 第 1 页 共 13 页 软土地基采用粉喷桩处理的方法 [摘要] 本文针对舟山市东港二期道路工程试验观测数据分析，探讨软基处理最适宜的方法。 本文先总结了目前软基处理的主要方法：桩基、搅拌（粉、浆）桩、强夯法和真空预压、超载预压等加固方法。但由于我国软土多分布在江河湖海等处，但也在丘陵低洼和山区谷地赋存。由于其成因类型不同，厚度不一，性质各异，因此不能一律对待，首先应查明各地区特点和地质、土质条件，有针对性地采取有效对策，作出合理的处理。因此讨论一下什么情况下该用什么方法，在引用舟山市东港二期道路工程设计的基础上，对其的试验数据进行了分析，说明粉喷桩的优点和缺点。 [关键词] 粉喷桩；承载力；复合地基

The pile of the way to deal with soft soil Abstract：According to the date analysement of road engineering experiment for Donggang,,zhoushan, searching for the most suitable method for treatment for soft groud.The text sum up the general method : pile foundation, stirring(powder, pulp),heavy tamping, vacuum preloading,surcharge preloading of these reinforcing methoad. But because the soft soil is distributed around the yellow revier and the west lake,also those distributed in hills and in valleys. For the different style formation, different nature,varying thickness, we can not treat the same. First,it should identify the characteristics of each region and the geology, soil conditions,then take effective measures, and make a reasonable deal.so the text is about in which Circumstances and use which method, Analysis of its experimental data, Explain the advantages and disadvantages of DJM. Key words: DJM, Carrying Capacity , composite foundation

1前言 1.1 研究背景及意义 随着我国国民经济的飞速发展，在软土地基上修建公路的数量是越来越多。人们对软土的种类及其性质有了比较统一的认识，当天然地基相对较为软弱，亦即是软土地基时，地基不能满足工程设计要求和变形要求或在地震作用下而有可能产生液化，震陷及失稳时，则先要经过人工加固处理后再修建路基。这种对软土地基进行补强加固的过程称为地基处理。 随着工程建设的飞速发展,地基处理手段日趋多样化。而粉体喷射水泥搅拌桩具有就地搅拌原状土成桩效率高、成本低, 施工占地小, 施工过程中无噪音、无震动, 环境污染小等特点，以成为高速公路处理软土路基的有效方法。以深层搅拌法所形成的水泥加固土与软土未加固土联合形成一个抗压、抗剪强度高、压缩变形小的符合地基, 能满足高速公路强度、稳定和沉降的要求, 一般情况下工后一个月即可填筑路堤, 可以满足连续施工的需要。粉喷桩也可以选择石灰、粉煤灰或混合成分为固化剂, 具有设计灵活, 使用方便的优点。 粉喷桩处理软土地基的设计与施工 第 2 页 共 13 页 1.2 粉喷桩的发展 粉喷桩的发展历史可追溯到1824年英国人阿斯皮琴制造出硅酸盐水泥并取得了专利，利用水泥灌浆止水，利用水泥和土拌合作为土木工程材料在工程中得到了应用，但主要是作为浅层处理。粉体喷射搅拌桩则是于20世纪60年代后期，首先由瑞典和日本分别提出、开发、推广和应用。1967年瑞典工程师Kjeld Paus提出使用石灰搅拌桩加固15m深度范围内的软土地基的设想，并于1971年在现场制成第一根用生石灰和软土拌制成的搅拌桩，次年在瑞典岩土工程研究所的试验场地进行了石灰搅拌桩的载荷试验，1974年在瑞典首都斯德哥尔摩以南约10km处的呼定(Hudding)用石灰粉体搅拌桩作为路堤和深基坑边坡稳定措施。瑞典Linden—Alimat公司还制造出专用的粉体搅拌施工机械，桩径可达500mm，最大加固深度10～15m。后来，粉喷桩在北欧(Scandinavia)地区推广使用，并且固化剂由最初的纯石灰发展到石灰+水泥，以及水泥十其他工业废料等。目前北欧所打设的石灰粉喷桩和石灰—水泥粉喷桩已达数千万延米。

1.3 粉喷桩的施工原理 粉体喷射搅拌桩是利用水泥作为固化剂, 通过特制的搅拌机械将粉状固化剂喷入软土地中强制搅拌, 利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应, 使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体, 并与桩间土共同作用组成复合地基。这种方案适用于加固软土特别是淤泥类土。可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%, 对控制路堤的工后沉降和解决桥头“跳车”具有明显效果。在杭州湾大桥余慈连接线（冶山～329国道段）工程第三合同段处理软弱地基时就采取了此种方法。本文杭州湾大桥余慈连接线（冶山～329国道段）工程第三合同段的实际应用, 对粉喷桩的特性、作用、施工方法以及质量控制等做简单阐述,以供处理类似地基中加以借鉴。

1.4 本文主要内容 通过引用设通过舟山市东港二期道路工程工程设计图集进行设计，跟试验观测数据进行对比，进行粉喷桩加固软基的受力与变形规律分析： 1、高速路堤在荷载作用下的粉喷桩加固软基的沉降规律和应力分析。 2、粉喷桩加固地基设置土工织物和盖板后的加固效果分析，设计粉喷桩。 3、粉喷桩的施工，施工机械与施工步骤，及粉喷桩的质量检测。

2 粉喷桩设计 2.1设计依据 本次设计引用舟山市东港二期道路工程合同段设计图集。2.2设计路段地质情况 舟山市东港二期道路工程的软土地段地质情况, 根据浙江省工程勘察院提供的工程地质报告，该场地地层为滨海相沉机，各土层物理力学性质见表2-1，土层情况自上而下分述如下： 耕土：灰褐色，松散，顶部含植物根茎，十分疏松。 粘土：灰绿色，灰黄色，硬塑，厚层状，土质均一，含铁锰质斑点，整层土层物理性质尚可。 淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，高压缩性，含有机腐植质，厚层或薄层状，底部含少量贝壳，局部粉质含量较高，，夹薄层粉上，上质疏软，物理性质较差。 粉喷桩处理软土地基的设计与施工 第 3 页 共 13 页 粉质粘土：灰色，软塑和流塑，高压缩性，含有机腐植质，含腐植质，粉粒含量高，夹薄层粉上，上质疏软，物理性质较差。 表2-1 地表土基本物理力学性质指标

编号 土层名称 层厚（m） 含水量 （%） 重度（KN/m3） 孔隙比 塑性指数 液性 指数 快 剪 地基土承载力（δkpa） 桩侧阻力（kpa）

C(kpa) θ

（o）

1 耕 土 0.5 28.4 19.7 0.786 17.5 0.337 21.00 17 90 20 2 粘土 1.8 35.2 18.6 0.984 14.2 1.049 100 25

3-1 淤泥质粉质粘土 34.07 54.6 16.6 1.57 24.8 1.097 11.00 7 50 10

3-2 粉质粘土 16.40 42.0 17.50 1.231 19.2 0.958 12.00 9 130 30

2.3粉喷桩设计 粉喷桩的设计,主要是确定搅拌桩的置换率和长度。竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定,并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。竖向承载粉喷桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。其中单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。本设计按照规范进行,首先按式(1)估算,并同时满足式(2)的要求,应使桩身材料强度确定桩承载力大于(或等于)由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力: 设计计算步骤

１）单桩承载力特征值的确定

单桩承载力特征值Ra，宜通过现场荷载试验确定，也可按下式进行估算： Ra=η*fcu*Ap （1） Ra= Up*∑qsi*li+a*Ap*qp （2） 取其中小值作为单桩承载力 η———桩身强度折减系数，干法取0.2～0.3，湿法取0.25～0.33 fcu-水泥加固土在标准养护条件下90d龄期立方体试块抗压强度粉喷桩处理软土地基的设计与施工 第 4 页 共 13 页 平均值(kPa) Ap———桩的截面积(m2) qsi———第i层桩周土的侧阻力特征值(kPa) Up———桩的周长(m) li———桩长范围内第i层土的厚度(m) a———桩端土支承力的折减系数，一般可取0.4~0.6，承载力高时取低值 qp———桩端土未经修正的承载力特征值(kPa) ２）复合地基承载力特征值的确定 fspk=m*Ra/Ap+β(1-m)fsk fspk———复合地基承载力特征值(kPa) β———桩间土承载力折减系数(0.75～0.95) m———桩土的面积置换率(%) fsk———处理后桩间土承载力特征值(kPa) 3）在基础底面范围内，桩的面积置换率的确定 m=d2/de2 d———桩身平均直径 de———一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径 4）沉降计算 粉喷桩加固后的地基沉降估算，可参照天然地基进行，地基内的附加应力近似采用弹性理论计算，在地基压缩层深度范围内，地基土的变形由粉喷桩加固复合土层的平均压缩变形ｓ1与桩端下未加固土层的压缩变形ｓ2两部分组成。 地基沉降计算公式为ｓ=ｓ1+ｓ2 ｓ———为地基总沉降量 沉降计算中的压缩模量，桩下未加固土层部分采用勘察报告书提供天然土层模量Es。在粉喷桩加固深度范围内采用复合地基压缩模量，可由复合地基荷载试