粉喷桩处理软土路基的施工技术

粉喷桩处理软土路基的施工技术

陈梅初，王国艳

(中铁十六局四处，北京101400)

摘要：粉喷桩法是加固软土地基的较新、较普遍的方法，通过罗城一夏家营高速公路软土路基施工技术的介绍，对粉喷桩法加固软土地基进行进一步探讨，并为类似工程提

供参考。

关键词：粉喷桩；软土路基；施工方法

1 工程概况

罗城一夏家营高速公路位于太原盆地西部，是国道主干线二连浩特～河门公路山西省大运高速公路的重要组成部分。路线走向北起太原市晋源区罗城村东旧晋祠公路，与太原市规划拓宽建设40m道路相接，全长37．3,1km。

K8+054段位于晋祠南侧，东靠308国道，西临晋祠疗养院。该段位于冲积平原区，路基场地为稻田，地表潮湿，属于软弱路基，由于天然地基承载力低，不能满足上部结构承载力的设计要求，沉降量过大且不均匀，必须对拟建的钢筋砼空心板通道的桥头两侧各30m 进行软基处理，增加深处理以提高路基的承载力，减少土的侧向位移，防止施工过程中路基失稳。

2 工程地质条件

根据工作区工程地质勘察报告所述及地层剖面图所示，场区地层在主要受力层(7m以上)主要为第四系的粉土、粉质粘土层，局部地段有淤泥质粘土及粉细砂夹层，岩性以软～流塑黄±状亚粘土为主，下部呈饱和状态表层覆盖厚度不等的有机质±及有机质粘土。各层的物理力学性质指标见表1(表中数据综舌取值)。场地地下静止水位埋深为0．6～1．0m；场区平整。

表1 土层物理力学指标汇总表

3 方案的选择与设计

3.1 方案的选择

根据该区的地质条件，在主要受力层内主要为粉土、粉质粘土层，土的粘聚力大，透水性小，场地土为中软场地土，承载力较低，还考虑在填土时，防止路堤失稳，结合粉喷桩的特点，在桥头两侧与引桥的连接段在纵向30m、横向48m范围内的原路基土进行粉喷路基加固处理，并在路基底部铺设50cm砂砾。

粉喷桩(深层搅拌桩)加固地基原理：当水泥加固软土时，水泥表面的各种矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成的化合物中有些能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，使周围的水溶液达到饱和，新的生成物不能再溶解，形成胶凝体；当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生离子交换和团粒化作用硬粒反应，离子交换和团粒化作用形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从宏观上看也使水泥土的强度大大提高，硬凝反应生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度；碳酸化反应，生成新的化合物，从而提高水泥土的强度，达到提高地基承载力的要求。

粉体喷射搅拌法适用于加固淤泥。淤泥质土、地基承载力≤120kPa的粘性土和粉土等地基，有材料来源广泛、施工效率高、施工场地小、无环境污染等优点，但是该方法施工搅拌后形成、的水泥土均匀性相对较差，当天然地基含水量较低时，满足不了水泥水解水化反应的水量要求，达不到理想的处理效果，故在设计和施工时应慎重，处理好这些问题。·3．2 设计计算

粉喷桩直径为500mm，桩截面积Ap＝0．196m2，桩周长度Up＝1．571m，桩体强度要求达到2000kPa，水泥掺人比为12%(采用425#普通硅酸盐水泥)，即每延米桩身水泥掺人量为力12％，预计每米用水泥50kg。

根据公式：

R d k＝η·f cu,k·Ap

式中：R d k一一单桩竖向承载力标准值，kN；

η—一强度折减系数，可取0．35～0．5，本设计取0．35；

Ap——桩截面积，m2;

f cu,k——水泥土的无侧限抗压强度，kN。

计算得R d k＝137．2kN

根据公式：

R d k=q s·U p·+ Ap·q p

式中：q s——桩间土的平均摩擦力，对淤泥可取5～8kPa；对淤泥质土可取S—12kPa；对粘性土可取12~15kPa；

U p————桩周长，m；

q p————桩端天然地基土的承载力标准值，kPa；

L——桩长，m;

α——桩端天然地基土的承载力折械系数，取α＝9。

求得桩长1＝5．8m，取l＝6m

置换率为：

m= (f sp,k-β·f s,k)/[ (R d k/ Ap)- β·f s,k]=0.157

式中：f sp,k————复合地基承载力标准值，kPa；

f s,k——桩间天然地基土承载力标准值，取80kpa;

β——桩间土承载力折减系数，取0．4。

布桩方式采用梅花型布桩，桩间距沿纵向背离桥方向和路肩到坡脚范围内由1m渐变为3m，路基底部铺设50cm厚的砂砾，设计布桩1500根，总进尺为9000延米。

4 施工方法

4．1 施工设备

施工采用PH—5A型粉喷机配套设备，该设备地基加固深度≤16m，成桩直径≤600mm，灰灌容量1．3m3。

4．2 施工工艺

粉喷桩桩体正式施工前进行了成桩工艺试验，以确定钻进、提升、喷灰量等施工技术参数及应采取的相应技术措施。粉体喷射施工工艺流程见图1。

(1)施工：现场在测放桩位时，钻机准备到位，其桩位偏差≤5cra，调节钻机支腿油缸，使桩孔斜率≤1．5％；

图1 粉体喷射深层搅拌法施工工艺流程图

(2)关闭粉喷机灰路阀门．打开气路阀门；

(3)开启主电机，启动空压机并缓慢打开气路调节阀，根据施工要求，逐级加速，正循环回转预搅下沉至设计深度时，应低速慢转，原位转动1~2min；

(4)为保证钻杆中间的送风通道的干燥和畅通，从预搅下沉至粉喷完毕，启动空压机连续输送压缩空气，当钻至设计孔深1~2min后，即开启粉体发送器进行粉体喷射搅拌，这时喷粉、搅提升同步进行，搅拌杆提升·速度应控制在o．97m／Illin；

(5)当提升至设计停粉标高后，应慢速原位复搅1~2min，桩身上部1—3m范围内根据实际情况再进行二次复搅，以确保桩身质址；

(6)当提升粉喷距地面0．5m，应立即停止粉喷，利用管道余灰址喷入土中．以防止粉尘污染环境。在施工过程中设置自动计量装置，以检验和控制粉喷量，钻机移至新孔位，重复上述工艺进行下根桩的施工。

虽然采用了变桩间距进行不均匀沉降的调节，但为了增加路基刚度，有效减小路基的不均匀变形，实际施工中采用置换率为m=15．2％，梅花型布桩，施工工期历时15天。

5 质量检验

5．1 桩体轻型动力触探试验

轻型动力触探试验在成桩后3～7天进行，检验数量为总桩数的2％，试验结果表明，以软土为加固对象的水泥土桩每30cm的触探锤击数N10~50击，而原土层仅为15-20击．加固效果明显，满足了设计要求。

5．2 桩成形的开挖检测

工程施工结束?天，进行了基坑开挖检测，桩体外观连续匀称，表面成螺旋状，有一层坚硬的水泥色硬壳，石灰土搅拌均匀，桩径均符合设计要求，质地坚硬。轻敲有坚实感。

5．3 水泥土桩体取样试件的无侧限抗压强度试验

从水泥土桩采取的立方体试件，90天无侧限抗压强度平均值满足设计要求的2000kPa，试件体的养护温度较低，强度的试验结果可能偏低。后期强度仍将增长。

6 结论

粉喷桩法加固软基可更多的吸收软基中的水份，加固效果更为显著。而且输入软土中的

固化材料要少得多，无浆液排出，尤地面隆起现象。节约了造价。