粉喷桩处理软基方法浅述

粉喷桩处理软基方法浅述
张春龙
(山西平阳路桥有限公司,山西
临汾
041000)
摘要:通过临侯高速公路某标段大中桥台背及地基粉喷桩处理的施工实践,总结水泥粉喷桩对处理软基施工的良好作用。

关键词:粉喷桩;软基;方法;处理中图分类号:TU472.36
文献标识码:A
文章编号:1006-3528(2008)02-0023-03
第2期(总第191期)山西交通科技No.2
2008年4月SHANXI SCIENCE &TECHNOLOGY of COMMUNICATIONS Apr.
收稿日期;修回日期3作者简介张春龙(3—
),男,山西乡宁人,五分公司副经理,工程师,6年毕业于重庆交通学院公路与城市道路工程
专业。

临侯高速公路某标段路线位于临汾盆地汾河西岸的黄土阶地上,工程地质为汾河漫滩及一级阶地。

对于这种天然含水量大于30%的淤泥质土、黏性土、粉土等地基的加固,特别适用粉喷搅拌法。

该方法是以粉体物质作为加固料与原状软土进行强制搅拌,经过物理化学作用生成一种特殊的、具有较高强度、较好变形特性和水稳定性的混合柱体。

因为它不需向地基注入附加水分,在软土中能充分吸收地下水有利于地基土密度的提高,它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量有明显的效果。

粉喷搅拌法初期强度高,对快速填筑路堤较有利。

粉喷桩是粉体喷射搅拌加固软土技术的简称,水泥粉体搅拌技术是基于钻机钻孔时,回转转盘和加压机构通过钻杆向钻头施加作用力,钻头在轴压力和回转扭矩作用下切入土层并切碎土体到达设计深度后,然后反向旋转提升钻头,同时利用压缩空气输入水泥粉体,通过钻头的搅拌作用,使水泥粉和土体进行强制搅拌混合,使土与加固材料产生化学反应,在改善土质性状的同时,提高其强度。

1施工要求
某大桥台背回填及地基处理:桩长5.0m,桩径
D=0.5m,采用三角形布桩(桩间列距在路基中线两侧15m 范围为2.0m,15~20m 范围为2.5m,桩间行距
均为2.0m)。

2材料要求
水泥采用普通425号硅酸盐水泥,掺量50kg/
延米,水泥土的28d 无侧限抗压强度为2.0M Pa.
3机械要求
粉体搅拌机的主机是一台能完成钻进及搅拌的
钻机,由于喷粉搅拌的施工特点,如成桩速度快,又要求不同的提升和旋转速度来满足不同的桩身强度要求,因此对钻机移位的灵活性和速度可变性又有较高的要求。

粉体搅拌机主要由步履底座、传动系统、加减压系统、塔架、钻头等组成。

4施工工艺4.1
工艺参数
钻进速度v ≯1m/min ,提升速度v ≯0.8m/min ,
搅拌速度R 为5~25r/min ,气体流量Q 为20L /s ,空气压力P 为0.2~0.4M Pa.
4.2施工工艺流程4.2.1
就位
移动钻进,使钻头对准桩位,校正井架的垂直
度。

4.2.2钻进
启动钻机,使之处于正转状态。

同时,启动空压
机,通过送气管路向钻具内喷射压缩空气。

一是防止钻头喷口堵塞,二是减少钻进阻力。

钻至设计标高后停钻,关闭送气管路,打开送料管路和给料机开关。

4.2.3提升
操纵钻机,使之处于反转状态,确认水泥粉料到
达钻头后开始提升。

边旋转、边提升,使水泥粉和原位的软土充分拌和。

4.2.4成桩
当钻头提升至设计桩顶标高后,停止喷粉,形成
:2007-12-19:2008-0-19:197199
山西交通科技2008年第2期
桩体。

继续提升钻头直至离开地面,移动钻机到下一个桩位。

4.3施工技术
喷粉搅拌施工过程中,其技术关键是根据设计要求喷灰量如何选择好有关施工参数,并在操作工艺上完全实现。

4.3.1钻机提升档数
钻机提升档数分2档。

由于钻机设计中已考虑到提升速度与转盘的匹配,因此各档速度时的水泥粉和原位土的搅拌效果相同。

施工中可不改变其他操作参数,利用不同档次来达到桩长不同喷粉量的要求。

这种方法比较简单,特别适用与地层变化较多,要求不同喷粉量的场合。

由于机械上的特点,喷粉的速度在快档时稍有提高,这是因为提升和搅拌速度加快造成搅拌叶片的背侧会产生大量的空隙,形成较大的负压而使粉体易于排出。

4.3.2喷粉机叶轮转速和供料压差的控制
调节喷粉机叶轮的转速,可以得到不同的出粉量。

供料压差是指叶轮泵进料口和出料口的压差,也就是料斗内部与输送管道的压差。

这是保证连续均匀出料的关键。

施工实践证明:叶轮转速在5~25r/min范围内使用,可以达到喷粉量的要求。

由于叶轮构造上的原因,当每分钟的转速超过30r/min时,反而不能出料,供料差控制在20kPa以上,即可顺利喷出水泥粉料。

4.3.3空压机的流量和压力
在气力输送过程中,粉料的运动状态主要受气流的支配,理想的运动状态为均匀悬浮状态运动。

因此,必须使空压机维持一定的流量,形成一定的气流速度,使粉料顺利输送。

气流速度过低,容易造成粉料的不稳定移动,最终造成管道堵塞。

所以施工前,应通过多加固料输送量及输送管道的要求,选取合适的配合比(单位时间内通过输送管道截面粉料的质量与所需空气的质量之比),从而计算出需要的空气流量,保证合适的气流速度。

施工实践证明,由于粉喷搅拌桩的长度一般不超过20m,不同地层对空气流量要求不是很大,一般需要1m/min左右就能使管道中保持一定的压力,以克服管道及喷粉的阻力损失,使粉料在管道中顺利输送到搅拌钻头。

从而保证粉料顺利输送。

4.3.4搅拌钻头
喷粉量相同的情况下,相同土层中水泥土桩身强度及承载力的大小,取决于水泥粉与原位土体搅拌均匀程度,从搅拌加固过程分析,由于钻头叶片在切削土体时,受土软硬不均匀影响,会形成一些较大的土团,干粉就不易拌入,形成水泥土桩身的软弱夹层。

现场的实际开挖也发现:在截面中心部分的强度较低,截面颜色的变化呈同心环状,剖面呈锅底状层理,即“千层饼”状结构。

因此增加搅拌次数是克服喷粉搅拌桩桩身强度不均匀的关键。

常用的钻头形式为双头短螺旋叶片形式。

4.3.5常见的机械故障和消除
喷粉搅拌加固软基施工中高压粉体水泥除了对发送管路系统磨损之外,对搅拌器叶轮泵叶片上密封橡胶垫磨损而漏灰,影响粉喷器调节灰量,更严重的是胶垫撕裂后随压缩空气吹入管路堵塞管道。

还有水泥粉受潮在管壁、喷灰口孔壁凝结,缩小管径和孔壁等问题,此外,水泥粉体借助压缩空气无孔不入,易使压力仪表失灵,空气压缩机储器罐进灰,阀门磨损漏气。

上述这些故障和问题的出现会给正常施工带来困难,随时都有可能影响桩体实际的掺粉量,因此保证不了施工质量和加固效果。

所以,在施工阶段机械应维修保养好,并及时拆换易损件,经常清管和喷灰口。

4.3.6硬地层中的喷粉搅拌施工
适于喷粉搅拌施工的软土层的地表,经常会分布着一层硬壳层,土质为黏土或亚黏土,含水量较低,不易被切削粉碎,因此,当搅拌头经过这种地层时,喷灰口喷出的高压水泥粉体因土体的吸附性差和地表垂直方向透气性强,而造成水泥粉混合高压空气沿钻杆向上喷粉,既造成环境污染,又使该层中掺水泥不足。

解决办法是在上提钻杆时充分注水,增加土层的含水量。

4.4施工质量控制及检测
4.4.1保证垂直度
为使桩体垂直于地面,要特别注意深层搅拌机的平整度和导向架对地面的垂直度,应控制机械的垂直度不超过1%.
4.4.2保证桩位准确度
布桩位置与设计误差不得大于2cm,而成桩桩位偏差不应超过5cm.
4.4.3水泥要求
所使用的水泥要严格控制入贮灰罐前的含水量,严禁受潮结块。

不同水泥不得混用。

4.4.4确保搅拌施工的均匀性
严格按设计确定的参数控制水泥粉的喷出量和搅拌提升速度。

水泥的供应必须连续,一旦因故中断,必须将搅拌头下沉到停粉面以下5处,待恢复供粉后再搅拌提升,以防断桩。

另外,还应控制重复搅拌时的下沉和提升速度,以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。

24
0.m
2008年第2期The Application and Analysis of
Safety Evaluation Index to Expressway Route Design
YU Hong-ming
(Guangdong H ighway Design Institute,Gua ngzhou,Gua ngdong 510507,China)
f x y G ,y yz f f y x f f K y f y ;;y f ;The Application of Impact Compaction to Treatin
g wit
h Collapsible Loess Subgrade
WANG Jiang-long
(Shanxi Pr ovincia l Resear ch Institute of Communications,Taiyuan,Shanxi 030006,China)
Abstract:Combined w ith the practice,the paper discussed the application of impact compaction to collapsible lo ess treatment.
Key wor ds:impact compaction;collapsible lo ess;subgrade;application
张春龙:粉喷桩处理软基方法浅述4.4.5
桩身强度的检测
施工时按要求取桩体试件,进行室内标准养护,检测其强度,成桩7d 内采用轻便触探仪检查桩的质量,触探点设在桩径方向1/4处,抽查频率为2%,另外,从开挖外露的桩体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样,直接测定工程桩的桩身强度,观察搅拌均匀程度。

4.5工后沉降量控制
地基沉降量经过粉喷桩处理后,地基的总沉降
明显减小,但土层的渗透系数会降低,工后沉降稳定较慢,不过总的工后沉降小,仍能满足设计要求。

最终沉降量大小是评价地基处理质量的主要指标,粉喷桩桩身的压缩变形量很小,粉喷桩加固处理软土地基的沉降量一般为5~15mm.
粉喷桩处理软基优于其他方法处理软基,它具有就地利用原位土、成本低、施工占地少、无噪音、无振动、环境污染少等特点,可形成一个抗压抗剪、强度高、压缩变形小的复合地基,能满足高速公路的强
度、稳定性和工后沉降的要求,一般情况下完工后
1个月即可填筑路堤,可以满足连续施工的需要。

5
体会
粉喷桩处理软土地基,不仅满足了地基承载力的要求,而且使桥台和路堤之间形成一段桥头过渡区,使桥台和路堤的工后沉降差均摊在这一长度内,从而缓解了高路堤沉降造成的桥头跳车现象。

实践证明粉喷桩施工技术是目前高速公路建设中处理软土地基较有效的方法,粉喷固结材料也可选择石灰、粉煤灰或混合料作为固化剂,具有设计灵活,使用方便等优点,因而被大量采用。

参考文献:
[1]交通部第一公路工程总公司.JTJ034—2000公路路基
施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.
[2]
吴九懿,粉喷桩加固软土路基的施工[J].中南公路工程,2003,28(4):90-91.
The Study on the Method of Flyash Spr aying Pile Tr eating with Soft Subgrade
ZHANG Chun-long
(Shanxi Pingyang Road &Br idge Co.,Ltd,Linfen,Shanxi 041000,China )
Abstract:Combined w ith the co nstruction practice of L inho u Expressw ay ,the paper discussed the better action
of cement flyash spray ing pile treating w ith so ft subgrade.
Key wor ds:f lyash spraying pile;soft subg rade;metho d;treatment
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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Abstract:C om bined with the characteristies o so me e presswa in uang do ng Prov ince the paper m ainl discussed and anal ed the applicatio n o sa et ev aluation inde to route design o r re erence.
e wor ds:sa et evaluatio n o perating speed consistenc o operating speed route desig n。