李新蕾

(山東省聊城市公路勘測設(shè)計院)

特殊路基處理施工技術(shù)

李新蕾

(山東省聊城市公路勘測設(shè)計院)

介紹了幾種主要的軟基處理工藝的方法和原理。

生石灰樁;粉噴樁;塑料排水板;砂樁;土工聚合物處置;堆載預(yù)壓

淤泥、淤泥質(zhì)土及天然強度低、壓縮性高、透水性小的一般黏土統(tǒng)稱為軟土。大部分軟土的天然含水量為 30%～70%,空隙比 1.0～1.9,滲透系數(shù)為 10-8～10-7cm/s,壓縮性系數(shù)為 0.005～0.02,抗剪強度低,具有觸變性,流變性顯著。對于高速公路,標(biāo)準(zhǔn)貫擊次數(shù)小于 4,無側(cè)限抗壓強度小于 50 kPa且含水量大于 50%的粘土或標(biāo)準(zhǔn)貫擊次數(shù)小于4且含水量大于30%的砂性土統(tǒng)稱為軟土。修建在軟土地區(qū)的路基,主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動破壞的穩(wěn)定問題和量大且時間長的沉降問題。軟土地基處理的施工技術(shù)有很多種,常常是多種方法綜合應(yīng)用,主要介紹以下幾種方法及原理。

1 生石灰樁

生石灰與地基軟粘土通過強制攪拌均勻,很快產(chǎn)生水化作用,形成 Ca(OH)2。在這生石灰變?yōu)槭焓业倪^程中,產(chǎn)生的熱量促進水分蒸發(fā),使軟土地基的含水量降低,同時石灰體積產(chǎn)生膨脹,此時膨脹力的功能轉(zhuǎn)化為周圍土的變形位能,樁體體積增大,對周圍土起了壓密作用,是石灰對軟粘土的前期作用;熟石灰與粘土顆粒中的活性硅鋁礦物進一步產(chǎn)生化學(xué)作用,過程中又吸收石灰漿中的水分,形成結(jié)晶和鋁酸鹽和水化硅酸鈣,改變了粘土的結(jié)構(gòu)。這一反應(yīng)過程將持續(xù)數(shù)年,是石灰對軟粘土的后期作用。

1.1 材料要求

石灰應(yīng)選用新鮮塊灰,破碎過篩,粒徑 20～50mm,含粉量不得超過總重量的 10%;氧化鈣含量不得低于 80%。其中有機質(zhì)含量不大于 5%,不含石塊和有機雜質(zhì)。

1.2 作業(yè)條件

(1)巖土工程勘察報告、基礎(chǔ)施工圖紙、施工組織設(shè)計應(yīng)齊全。

(2)施工場地已進行平整,對樁機運行的松軟場地已進行預(yù)壓處理,周圍已做好有效的排水措施。

(3)樁軸線控制樁及水準(zhǔn)點樁已經(jīng)設(shè)置并編號,且經(jīng)復(fù)核;樁孔位置已經(jīng)放線并釘標(biāo)樁定位或撒石灰。

(4)已進行成孔、夯填工藝和擠密效果試驗,確定有關(guān)施工工藝參數(shù)(分層填料厚度、夯擊次數(shù)和夯實后的干密度、打樁次序),并對試樁進行了測試,承載力擠密效果等符合設(shè)計要求。

1.3 工藝流程

振動打樁機成樁工藝流程見圖 1。

圖1 振動打樁機成樁工藝流程圖

1.4 操作工藝

施工工序一般是先外排后內(nèi)排,先周邊后中間,單排樁應(yīng)先施工兩端后中間,并按每間 1～2孔的施工順序進行,不得由一邊向另一邊平行推進,以免樁擠向一邊。樁孔經(jīng)驗收合格,應(yīng)立即向樁孔內(nèi)分層填入要求粒徑的生石灰塊;用人工填料,每填 20～50 cm,用 10～15 kg的夾板錘或梨形錘進行夯實。因生石灰吸水膨脹,對各個方向都將產(chǎn)生很大的膨脹力,為減少向上膨脹力的損失,約束石灰樁的上舉力,夯填至距樁頂 20～30 cm,用 3∶7灰土或 C7.5素混凝土搗實封頂,其頂部標(biāo)高宜恰好為基礎(chǔ)的底部。

1.5 施工中應(yīng)注意的問題

(1)頸縮或坍孔。

石灰樁應(yīng)打一孔填一孔,若土質(zhì)較差,夯填速度較慢,宜采用間隔打法,以免因振動、擠壓,造成相鄰樁孔出現(xiàn)頸縮或坍孔。

(2)生石灰失效影響擠密。

石灰樁不宜雨期施工,現(xiàn)場存料不得超過 2 d,應(yīng)隨運隨施工。樁位按梅花形布置;出現(xiàn)軟心應(yīng)重復(fù)灌注石灰或加打砂樁;供應(yīng)新鮮石灰,不得受潮;適當(dāng)控制加荷時間,應(yīng)使石灰樁達到一個月左右的硬化期。

2 粉噴樁

粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基的方法,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強制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基,粉噴樁與樁間土組成復(fù)合地基,改善并提高軟土地基土層的物理化學(xué)性質(zhì),使之成為優(yōu)良的地基,此法由于具有加固效果明顯,且施工過程中無振動、無污染,對周圍環(huán)境及建筑物無不良影響,經(jīng)濟廉價,施工簡便等優(yōu)點而很快被工程界接受,在軟土地基施工中得到廣泛應(yīng)用。

在施工粉噴樁前 7 d做好一切準(zhǔn)備工作,并將制定的施工技術(shù)措施,一切材料的樣品,試驗報告和機械設(shè)備情況提交監(jiān)理工程師審批同意后,開始施工。粉噴樁施工按照施工規(guī)范規(guī)定對表土進行清理平整,根據(jù)設(shè)計圖紙進行樁位放樣,然后安放粉噴樁機械就位,鉆進至樁底標(biāo)高,邊噴水泥邊攪拌,提升至離地面 50 cm處,重復(fù)攪拌下沉至樁底,重復(fù)攪拌提升至離地面 50 cm以下,關(guān)閉攪拌機械、移位進行下一樁施工。粉噴樁施工時采用帶計算機控制的粉噴樁機械施工,可以嚴(yán)格控制噴粉量,使之達到規(guī)范的要求。施工前先進行成樁試驗,數(shù)量不少于 5根,以掌握對該區(qū)段的成樁工藝及各項技術(shù)參數(shù)。

(1)滿足設(shè)計要求的噴粉量和施工工藝參數(shù),即鉆進速度、提升速度、攪拌速度和均勻度、氣體流量、空氣壓力等。

(2)掌握各種土質(zhì)下鉆進下沉和鉆桿提升的困難程度及噴粉情況,以確定合適的技術(shù)措施。

(3)成樁 7 d后進行開挖檢查,用目測法、輕便觸探、取芯試驗檢查樁體成型情況,攪拌均勻程度,檢查深度 1.0m,28 d后進行無側(cè)限抗壓強度檢驗,取樣深度在樁頂下0.5m、1.5m處截取。

在確定原定施工工藝和水泥土配合比可以滿足設(shè)計要求時,試樁完畢,原則應(yīng)重復(fù)試驗,直至合格。

(4)粉噴樁施工過程中應(yīng)當(dāng)注意如下事項。

隨時復(fù)核樁位和樁架垂直度,以確保樁位和成樁垂直度。

嚴(yán)格控制噴粉時間和噴粉的連續(xù)性。增強控制手段,使用計算機控制,確保噴粉量和均勻度,嚴(yán)禁在尚未噴粉的情況下提升鉆桿作業(yè),隨時檢查儲粉罐內(nèi)的儲灰量,保證儲灰量比一根樁的用量多 50 kg以上,以防噴粉中斷。

如遇停電、機械故障等原因,噴粉中斷時,及時記錄中斷深度和時間,在 12h內(nèi)采取補噴措施,否則采取補樁措施。

3 塑料排水板施工

通過塑料排水板增加土的豎向排水途徑,縮短排水距離,加速地基固結(jié)。對表土進行清理整平,在基底上鋪設(shè)第一層砂礫墊層為減小對原地面的擾動,計算好砂礫墊層的方量,集中鋪設(shè)砂道,然后推平碾壓,再進行塑料排水板施工,同時安排土工格柵的施工,施工中要注意保證土工格柵的搭接長度,土工格柵施工結(jié)束后,鋪設(shè)第二層砂礫層,同樣鋪設(shè)一條砂道然后推平碾壓。該方法的實施被證明可以減少對已打設(shè)的塑料排水板的損壞并且不擾動地基。第一層砂礫填筑完畢后,在其上面按照設(shè)計圖紙指示繪制方格網(wǎng),在塑料排水板位置標(biāo)設(shè)小竹簽,然后在定位處將塑料排水板打入,再在上面鋪設(shè)土工格柵和砂礫層。

塑料排水板施工采用鏈條式插板機施工,在插板機上裝設(shè)有人工操作的機械平衡裝置,保證設(shè)備的平衡度和垂直度,控制已完工塑料排水板的垂直度。

在鉆機上做標(biāo)志以控制深度,在塑料板的跟帶問題上,對插板的頭部作一改進,用竹簽封頭。保證了塑料排水板的有效深度。

打設(shè)后外露的排水板彎貼于鋪筑好的下半層砂礫上,外露的長度視砂礫層的厚度而定,但保證塑料排水板的頂部伸入砂礫層不小于 20 cm,使其與砂礫石貫通,保證排水暢通,并盡快鋪筑第一層土工格柵及上層砂礫,整平碾壓,減少塑料排水板的外露污染,保證其排水性能。

對打設(shè)過程中,插板跟出的泥土隨時帶隨時撿,確保砂礫層排水板的清潔。

4 砂樁施工

砂樁對軟土的作用,一方面通過在軟土中取代同體積的軟土(置換作用)形成復(fù)合地基,使地基承載力提高,沉降量減小;另一方面,在軟土地基中砂樁可以起到排水作用,從而加快地基的固結(jié)沉降速率。

恢復(fù)中線,放出路段的邊線樁,清理平整作業(yè)現(xiàn)場,做好排水系統(tǒng),保證路基內(nèi)的水被擠出后能迅速的排出路基;測繪布設(shè)樁位平面圖,準(zhǔn)確放出樁位并編號;將裝有振動器的多功能打樁機架在孔位就位,將裝有樁尖的鋼管對準(zhǔn)孔位定位。起動振動器,使鋼管下沉到要求深度后上拔 0.5～1.0m,清除樁尖真空吸力,并張開活瓣;提起振動器和樁帽,從鋼管上口交替裝入水、砂,同時徐徐提管敲擊,使砂加速下落,并不斷投料使之形成樁柱;灌砂數(shù)量和提管速度要緊密配合,通過計算確定每分鐘灌砂數(shù)量和提管高度,保證砂樁連續(xù)、密實。移動樁機,平整砂樁頂?shù)孛?鋪筑砂墊層。

(1)原材料用砂采用中、粗砂,大于 0.5mm砂的含量占總重 50%以上,含泥量不應(yīng)大于 3%,滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s,并將其中植物、雜質(zhì)除盡。

(2)因砂的含水量對樁體密實度有很大的影響,采用一次拔管法施工,并使用飽和砂。

(3)成樁后砂樁的相對密度大于 0.7,并根據(jù)砂的含水量控制填砂量,實際填砂量不應(yīng)小于設(shè)計值,如果實際灌砂量未達到設(shè)計用量要求時,應(yīng)在原樁位將樁管打入,補充灌砂后復(fù)打 1次,或在旁邊補樁 1根。

(4)樁管就位應(yīng)垂直,樁靴閉合,將樁管沉入規(guī)定深度的土層中,將料斗插入樁管斗口,向管內(nèi)灌砂,邊振動邊拔出樁管。振動拔管 50 cm,停拔繼振 20 s,如此重復(fù)進行至樁管拔出地面。

(5)砂樁大面積施工前進行成樁試驗,取得施工工藝和技術(shù)參數(shù),用以控制拔管速度和上覆壓重。

(6)樁體在施工中應(yīng)確保連續(xù)、密實。在軟弱粘性土中成型困難時,可隔行施工,各行中也可間隔施工。

U 416.1

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1008-3383(2010)06-0018-02

2010-03-11