韓洪興 姜玉松 聶 瓊

1 工程概況

黃陵—延安高速公路是西部大通道包頭—西安—重慶—北海在陜西境內(nèi)的重要組成部分。在HY1793+365～HY1794+440,HY1798+000～HY1798+480和HY1799+000～HY1799+580三段均為天然濕地,出露地層主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土、黏土、含黏性土碎石。為減少對(duì)濕地自然環(huán)境的破壞和防止水污染,設(shè)計(jì)采用粉噴樁處理地基,樁徑0.8 m,按正三角形布置,樁中心距2.0 m,排距1.75 m,樁長(zhǎng)8 m～12 m,打穿淤泥黏土層至底下0.6 m為處理范圍,共制樁18 140根,進(jìn)尺194 420 m。

2 粉噴樁加固軟基的原理

2.1 粉噴樁在軟土地基的力學(xué)和變形特征

粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡(jiǎn)稱,就是利用專用的噴粉攪拌鉆機(jī)將水泥、石膏等粉體固化劑噴入軟土地基中,并將軟土與固化劑強(qiáng)制攪拌,利用固化劑與軟土之間所產(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)定性和一定強(qiáng)度的樁體,并與周圍的土體一起形成復(fù)合地基,使樁土共同作用以提高地基承載力。粉噴樁可分為兩種形式,即端承型和摩擦型,原則上粉噴樁應(yīng)穿透軟弱土層到達(dá)強(qiáng)度較高的土層(簡(jiǎn)稱硬土層)。用粉噴技術(shù)形成的復(fù)合地基,其沉降變形應(yīng)為粉噴樁群體范圍內(nèi)的壓縮變形和粉噴樁群體底部未被加固土體的壓縮變形之和。粉噴樁群體范圍內(nèi)的壓縮變形量根據(jù)荷載、樁長(zhǎng)、樁身強(qiáng)度、天然地基土強(qiáng)度、置換率、復(fù)合地基的變形模量等估算。

2.2 復(fù)合地基的抗剪性能

復(fù)合地基形成過程中粉噴樁對(duì)周圍的土體進(jìn)行了一系列的物理、化學(xué)過程,形成復(fù)合地基后,復(fù)合地基中存在的粉噴樁本身強(qiáng)度遠(yuǎn)大于軟基強(qiáng)度,并且粉噴樁與原地基組成的復(fù)合材料強(qiáng)度也遠(yuǎn)大于軟土地基,因此形成的復(fù)合地基比原軟土地基的抗剪強(qiáng)度有較大幅度的提高。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

粉噴樁施工工藝流程見圖1。

3.2 技術(shù)要求

1)施工準(zhǔn)備:按設(shè)計(jì)文件要求及施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況編制施工方案,安排施工順序流程。用人工配合推土機(jī),挖掘機(jī)進(jìn)行清表,整平場(chǎng)地,同時(shí)建立相應(yīng)的測(cè)量網(wǎng),準(zhǔn)確放出粉噴樁樁位。2)機(jī)械進(jìn)場(chǎng),鉆機(jī)就位:機(jī)械進(jìn)場(chǎng)后,移動(dòng)攪拌主機(jī),使鉆頭對(duì)準(zhǔn)所標(biāo)定的樁位,調(diào)整機(jī)身井架及鉆桿垂直度,將深度計(jì)調(diào)零,試機(jī)檢查管線是否暢通,儲(chǔ)灰量是否大于一根樁用灰量加50 kg,丈量好鉆桿長(zhǎng)度,標(biāo)上明顯標(biāo)志,以便掌握鉆桿鉆入深度、復(fù)攪深度,保證設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。3)鉆進(jìn)、送氣:鉆機(jī)就位經(jīng)檢查無誤后開始下鉆,待鉆頭接近地面時(shí)啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)送氣,繼續(xù)鉆孔至堅(jiān)硬土層,確保工程質(zhì)量。4)噴粉、攪拌:鉆頭鉆進(jìn)至加固深度后,停止鉆進(jìn),鉆頭反轉(zhuǎn)但不提升,打開送料閥門噴送水泥粉,從水泥計(jì)量器讀數(shù)上確認(rèn)送粉后開始提升鉆桿。整個(gè)噴粉制樁過程為邊噴粉、邊攪拌、邊提升的連續(xù)作業(yè)。5)停灰、復(fù)攪:當(dāng)攪拌鉆頭提升離地表30 cm時(shí),關(guān)閉噴粉系統(tǒng),鉆頭在原位旋轉(zhuǎn)1 min后,再鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底處,復(fù)攪一次,即將鉆頭再邊攪拌邊提升至地面。在噴粉過程中,每延米的噴粉量與設(shè)計(jì)配比的誤差不得大于3 kg,總的噴粉量與設(shè)計(jì)誤差不得大于8%。在確認(rèn)成樁的其他指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后方可移動(dòng)鉆機(jī),進(jìn)行下一根樁施工,否則應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)打。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 施工前準(zhǔn)備階段的控制

4.1.1 加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的檢驗(yàn)

1)每臺(tái)鉆機(jī)必須配置可以控制樁身每米噴粉量的記錄器,且記錄器上的任何一個(gè)可操作的按鈕和開關(guān)不得用于設(shè)定和操作時(shí)間、深度、噴粉重量、樁位編號(hào)、復(fù)攪深度、復(fù)攪次數(shù)等參數(shù),防止偽造施工記錄。2)樁機(jī)上的氣壓表、轉(zhuǎn)速表、電流表、電子稱必須經(jīng)過標(biāo)定,不合格的儀表必須更換。3)每臺(tái)樁機(jī)鉆架相互垂直,兩面上分別設(shè)置兩個(gè)0.5 kg重的吊線錘,并畫上垂直線。4)在每臺(tái)樁機(jī)的鉆架上畫上鉆進(jìn)刻度線,標(biāo)寫醒目的深度。5)鉆頭直徑的磨損量不得大于1 cm。

4.1.2 加強(qiáng)對(duì)原材料的檢驗(yàn)

1)粉噴樁所用水泥必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室抽檢,滿足規(guī)范的要求,并盡量不采用那些產(chǎn)量較小,質(zhì)量不穩(wěn)定的水泥廠生產(chǎn)的水泥。

2)水泥的堆放應(yīng)該符合防雨、防潮的要求,嚴(yán)禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的水泥。

4.1.3 施工前必須進(jìn)行工藝試樁

不同地段具有不同的地質(zhì)條件,為了克服盲目性,確保粉噴樁加固地基收到預(yù)期的效果,在粉噴樁施工前必須進(jìn)行工藝試樁,試樁數(shù)量不少于5根。

4.2 施工中的質(zhì)量控制

1)樁機(jī)就位檢查:樁機(jī)就位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)樁位及規(guī)范要求,用全站儀或經(jīng)緯儀定位,檢查樁位、平面偏差、樁軸線偏移(縱橫方向)、鉆桿傾斜度,平面尺寸直接用鋼尺丈量,傾斜度可采用鉆架正面與側(cè)面兩面掛重線錘控制,或在不受機(jī)械施工影響范圍內(nèi)成90°方向各設(shè)置一架經(jīng)緯儀控制。2)成樁深度、孔徑的檢查:粉噴樁機(jī)一般都配有深度計(jì),對(duì)使用的鉆頭應(yīng)定期復(fù)核檢查,其直徑磨耗量不得大于10 mm,大于10 mm的應(yīng)換鉆頭,以保證樁徑滿足設(shè)計(jì)要求,樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的標(biāo)高調(diào)整,以保證有效樁長(zhǎng)和樁頂標(biāo)高的準(zhǔn)確性。3)粉體計(jì)量控制:粉噴樁的質(zhì)量好壞與水泥摻入量的多少和噴粉的均勻性有直接的關(guān)系。保證噴粉均勻性的關(guān)鍵是掌握好鉆頭的提升速度,從開始噴灰到鉆頭出灰有一定的時(shí)間,鉆機(jī)鉆至樁底后,必須預(yù)噴停留一段時(shí)間,方可提鉆。停留時(shí)間由管道長(zhǎng)度等確定。4)復(fù)攪長(zhǎng)度的檢查:在正常施工情況下,規(guī)范要求復(fù)攪長(zhǎng)度應(yīng)為有效樁長(zhǎng)的1/3,以求得最佳經(jīng)濟(jì)效果和加固效果。一方面,可通過電腦顯示器看出;另一方面,可通過觀察鉆桿鉆入的長(zhǎng)度來檢查。

4.3 成樁后的質(zhì)量控制

1)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的檢測(cè):成樁28 d后在樁體上部(樁頂以下0.5 m,1.0 m,1.5 m)應(yīng)截取三段樁體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),檢查頻率為1‰～2‰,必要時(shí)應(yīng)安排進(jìn)行全樁長(zhǎng)取芯,以檢測(cè)粉噴樁的質(zhì)量。

2)復(fù)合地基承載力的檢測(cè):粉噴樁成樁28 d后對(duì)形成的復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)方法采用單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn),按總樁數(shù)的0.2%抽檢,復(fù)合地基承載力的計(jì)算按下式進(jìn)行:

其中,Nq為復(fù)合地基承載力;Nd為水泥土單樁豎向承載力,,K為總安全系數(shù),Up為樁身截面周長(zhǎng),fi為樁周第i層土的極限摩阻力,li為第i層土的厚度,Ap為樁端的截面積,fp為樁端處天然土的承載力;m為面積置換率,n為軟基加固區(qū)總樁數(shù),A為軟基加固區(qū)總面積;Ad為水泥土單樁截面積;Nt為樁間天然地基土承載力。

5 結(jié)語

黃延高速公路共三段軟基處理采用粉噴樁,共制樁18 140根,成樁后對(duì)樁身密度和復(fù)合地基承載力等檢測(cè)項(xiàng)目分別按規(guī)范要求的檢測(cè)頻次進(jìn)行抽檢,樁身密度檢測(cè)373根,復(fù)合地基承載力檢測(cè)36根,結(jié)果均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。通過施工和檢測(cè)結(jié)果證明:粉噴樁在處理軟基上具有施工作業(yè)簡(jiǎn)便,速度快,效果好,工后沉降小等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)能有效防止“塌孔”“縮徑”“斷樁”等質(zhì)量事故的發(fā)生。在施工中根據(jù)其施工工藝,采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施,對(duì)于處理大面積的淤泥、淤泥質(zhì)黏土、黏土、含黏性土碎石相結(jié)合的地質(zhì)構(gòu)造是相適應(yīng)的,具有推廣價(jià)值和意義。

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