粉噴樁加固地基技術工程應用案例研究
2015-12-03
一、技術簡介：
粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，也叫加固土樁。深層攪拌法是加固飽和軟粘土地基的一種新穎方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的攪拌機械就地將軟土和固化劑(漿液狀和粉體狀)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理一化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地墓。
二、應用案例：
公路項目：滬寧高速公路昆山試驗段實踐證明，采用粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優(yōu)點：如能有效地減少地基的總沉降量，與排水固結法相比總沉降量能減少25％～49％，這對控制路堤的工后沉降和解決橋頭"跳車"具有明顯的效果，具體表現(xiàn)在地基加固深度內(nèi)沉降量的大幅度減少。經(jīng)加固后路基在填筑過程中側(cè)向位移明顯減少，實測的最大側(cè)向位移僅6～7cm。與排水固結法在相同條件下相比，側(cè)向位移減少60％～70％，而且在較短時間內(nèi)即趨穩(wěn)定。側(cè)向位移的減少，不僅能增加路基的穩(wěn)定，特別在橋涵與路堤連接處保護橋臺樁基不受過大的側(cè)向推力，而且也減少地基的沉降。粉噴樁復合地基能提高地基土的承載力，適應快速填筑施工，與排水固結法相比，可以允許有較高的填土速率。
鐵路項目：京廣線武廣電化改造工程粉噴樁加固軟基主要集中在新建京廣上行線J2K1214+680～J2K1215+700段。施工組織方案設計考慮新建京廣上行線與既有京廣上行線緊鄰，兩線間距僅5.0m，且京廣線已提速，軟基處理對既有路基會產(chǎn)生較大的牽引沉降。為保證工期要求，減少沉降量，及保證既有京廣上行線路基的穩(wěn)定，設計采用粉噴樁加固。方案重點強調(diào)三個方面：①粉噴樁按正三角形布置：樁徑0.5m,間距1.4m,排距1.2m，平均深10m，單樁豎向承載力標準值為80kn，復合地基承載力標準值為100kpa，共計15246米/1498根。 ②粉噴樁加固料采用325號水泥，噴灰量應保證每延米45kg±5kg，距地面0.5m為停灰面。 ③粉噴樁竣工28天后，應采用單樁復合地基靜載試驗確定復合地基承載力，抽檢頻率為0.5%，試驗完成后方可填土施工。
該段軟基經(jīng)粉噴樁加固前后通過實驗得出的強度及變形特征:詳見下表
強度齡期及變形指標 天然地基 7天 28天 3月
無側(cè)限抗壓強度qu(Kpa) 27 454 785 1209
剪強度指標 C(kpa) 8 101 178 330
∮(°) 7°41ˊ 1°59ˊ 38°53ˊ 35°45ˊ
壓縮系數(shù)a(MPa) 0.6 0.07 0.07 0.05
側(cè)限變形模量 Eo(MPa) 3.2 27.4 27.4 37.7
從表中可以看出,采用粉噴樁加固大大提高了地基強度和減少了地基沉降變形。
三、粉噴樁施工主要工藝與流程
粉噴樁施工采用粉噴樁專用機械設備，成樁直徑遵照設計。
1、 施工現(xiàn)場的準備工作
?。?）施工現(xiàn)場配備各種計量儀器設備，做好計量裝置的標定工作。
?。?）對現(xiàn)場的水泥等原材料進行試驗工作, 施工前根據(jù)每個斷面的實際狀況進行室內(nèi)配比試驗，確定每延米的噴粉量。
?。?）根據(jù)施工圖紙畫出樁位平面布置圖，并報請測量工程師批準。
?。?）根據(jù)樁位平面布置圖，在施工現(xiàn)場用鋼尺定出每根粉噴樁的樁位，并用竹簽插入土層做好標記，每根樁的樁位誤差不得大于5cm。同時做好復測工作，在以后的施工中應經(jīng)常檢查樁位標記是否被移動，確保粉噴樁樁位的準確性。
?。?）在施工現(xiàn)場搭設水泥棚，水泥棚的底部用土填高，使之比周圍地面高出30cm～50cm，并鋪設一層木板，然后鋪設一層彩條布，最后再鋪設一層塑料薄膜，以確保水泥不受潮變硬。
?。?）對進場的機具設備進行組裝和調(diào)試，確保機具的完好率，保證滿足施工要求。
（7）一切準備工作結束后，提出書面開工申請，并請監(jiān)理人員到場進行試樁，以確定成樁的各項技術參數(shù)。一般試樁應達到以下要求：
a、 工藝試樁：每臺粉噴樁機施工前應按規(guī)定進行工藝試樁，確定好各項技術參數(shù)（鉆進速度、噴粉提升速度、提升時的管道壓力、復攪下沉速度等），并將試樁報告上報監(jiān)理組。
b、水泥攪拌的均勻程度，掌握下鉆及提升的困難程度，確定合適的技術處理措施。成樁試驗的樁數(shù)不應少于5根。當遇到新的施工段落時應重新進行試樁工作。
?。?）在試樁5～7天后隨機選擇樁位進行全程取芯，取芯時有業(yè)主及監(jiān)理工程師在場。工藝性試樁結束后時整理各種技術參數(shù)，資料上報至監(jiān)理工程師，得到認可后再全面開工。
2、施工方法
?。?）定位：按設計圖紙（樁位平面布置圖），現(xiàn)場用鋼尺定出粉噴樁樁位，并用竹簽插入土層作標記，誤差不大于5cm，機具移至樁位處并使鉆頭正對竹簽，復核機架的垂直度使鉆桿傾斜度不大于1%，鉆尖對準樁位。
?。?）啟動空壓機送氣，鉆機正轉(zhuǎn)并垂直鉆進。當控制雙螺旋攪拌頭到達設計樁底標高后停止鉆進，鉆頭原地旋轉(zhuǎn)，嚴禁停鉆。鉆機反向轉(zhuǎn)動，啟動送灰機送灰，待水泥送至噴灰口（一般約一分鐘）后再提升鉆頭，根據(jù)電子稱重裝置顯示的噴灰量調(diào)節(jié)調(diào)速電機，這樣邊噴粉，邊攪拌，邊提升，使軟土和固化材料充分混合。
（3）當鉆頭提升至設計標高上0.5米時停止送灰，鉆頭正向旋轉(zhuǎn)，進行復攪并復噴，復攪深度及復噴深度應按圖紙設計要求。當鉆頭提升到距地面30～50cm時，發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料，成樁結束。這時由于裝置的回路是封閉的，粉體不會向空中噴射和飛散。在向土體噴射過程中的最后階段，在攪拌鉆頭距地面30cm處停止噴粉，粉粒不會溢出地面。
（4）復攪結束后，關閉空壓機，消散所有管道壓力，鉆機主電機停機。
?。?）鉆機移位，重復上述過程進行下一個樁位施工。
四、粉噴樁法加固軟基的比較優(yōu)勢與不足
1、粉噴樁法加固軟基的比較優(yōu)勢
軟土路基加固方法，主要有沙井法、水泥漿攪拌法、旋噴法等，粉噴樁加固法在近年得到普遍應用，技術成熟，成為設計、監(jiān)理、建設及施工單位優(yōu)先選擇的方法。相比于其它方法，粉噴樁加固法有其自身的優(yōu)勢。
（1）與沙井法比較：粉噴樁能有效控制建（構）筑物過大沉降問題，而沙井法不能做到，同時沙井法施工速度慢，施工中容易出現(xiàn)不連續(xù)、頸縮等現(xiàn)象。
?。?）與水泥漿攪拌法比較：水泥漿攪拌法在攪拌時需加水，而水泥水化時僅需總水量的5～10%，故多余水份將流入樁間土中，而降低樁強度。而粉體攪拌法施工過程中不須加水，與水泥發(fā)生水化作用的水是從天然狀態(tài)的土中吸取，故使加固體及其周圍的土強度增加。
?。?）與旋噴法比較：旋噴法不能起排水固結作用，且成樁直徑不固定，設備要求壓力高（20～30MPa），成本高。而粉噴法沒有這些缺點。
2、粉噴樁法存在的問題與不足
粉噴樁法已在工程實踐中得到普遍應用，但在實際應用中尚有一些問題需要進一步探討，有一些缺點需要克服。
?。?）粉噴樁的支承式與懸浮式對沉降的影響。目前高速公路不斷向沿海近海地區(qū)延伸，遇到的深厚軟土越來越多，而且是現(xiàn)有粉噴樁機所達深度遠遠不及的。如何來解決這個問題，除了進一步提高機械設備的性能外，在設計理論上也需要有一個突破。
（2）地基土含水量對粉噴樁質(zhì)量的影響。粉噴樁質(zhì)量的優(yōu)劣主要反映在粉噴樁的強度指標上，這不僅與摻入粉體的質(zhì)量、施工工藝、地基土的性質(zhì)有關，其中尤以含水量的關系甚為密切。
?。?）粉噴樁復合地基承載力和粉噴樁單樁承載力的關系。只有當天然土的強度也增強時，整個復合地基的強度才會增加。所以樁的強度應適度，要和天然土的強度相互匹配。
（4）樁土置換率及粉體摻入量對復合地基強度的影響。軟土中含水量大于70％，必須加大粉體摻入量，否則將形成不了樁體或形成強度達不到要求的樁體，不能滿足設計要求。
