邊好強(qiáng)
(中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司,河南 鄭州 450000)
某國道高速公路工程起自天津?yàn)I海新區(qū)大神堂附近,止于京滬高速石各莊鎮(zhèn)東南,遠(yuǎn)期西延京津高速公路三線,途徑薊運(yùn)河、潮白河、青龍灣故道、北京排污河、引灤明渠、永定河泛區(qū)、北運(yùn)河等,二期工程全線采用全封閉、全立交雙向8車道的高速公路標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h,路基寬度42m。
本工程地表溝渠較多,淺層地下水主要是空隙潛水,受降水及河水補(bǔ)給等影響較大。經(jīng)勘測,揭示了全新統(tǒng)(Q4)及上更新統(tǒng)(Q3)部分地層,地基土層按時(shí)代、成因和工程地質(zhì)性質(zhì)綜合分析,可劃分為9個(gè)地質(zhì)時(shí)代的土層,每層土根據(jù)物理力學(xué)指標(biāo)可進(jìn)一步分為若干亞層,具體如下:第一層:人工填土層(Qml);第二層:第Ⅰ陸相層(Q43al);第三層:第Ⅰ陸相層(Q43l+h);第四層:第Ⅰ海相層(Q42m);第五層:第Ⅱ陸相層(Q41h);第六層:第Ⅱ陸相層(Q41al);第七層:第Ⅲ陸相層(Q3eal);第八層:第Ⅳ陸相層(Q3cal);第九層:第Ⅴ陸相層(Q3aal);其中,第二層至第五層土質(zhì)均處于可塑-軟塑甚至流塑狀態(tài),中-高壓縮性,工程地質(zhì)較差,第五層層底標(biāo)高-13.73~-11.82m;第六層以后由亞粘土、砂土等組成,處于可塑-硬塑狀態(tài),中-低壓縮性,土質(zhì)轉(zhuǎn)好。
2.1.1 高壓旋噴樁概述
高壓旋噴施工,就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層預(yù)定的位置后,用高壓旋設(shè)備將水泥漿從噴嘴中噴射出,沖擊切削土體。當(dāng)能量大、速度快、呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),土粒便從土體中剝落下來,一小部分細(xì)小土粒隨漿液冒出地面,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力及重力等作用下,與水泥漿液攪拌形成混合漿液,并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小,有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后,便在土中形成一個(gè)有一定強(qiáng)度的圓柱狀固結(jié)體,這就是旋噴樁。
2.1.2 加固機(jī)理
⑴因?yàn)橛行龂姌兜拇嬖?,使得軟弱土層在荷載作用的下,由原來的無側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ㄟ吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài),從而提高了旋噴樁之間土的強(qiáng)度;⑵由于旋噴樁在自重作用下對其周圍有一定的擠密壓實(shí)作用,即樁的側(cè)壁摩擦阻力,也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高;⑶在旋噴施工中,由于高壓噴射流的沖擊,旋噴作用范圍內(nèi)的土體被切削、破壞,土體中的一小部分顆粒被噴射漿液置換出地表,其余的顆粒則重新排列分布,一般情況下,小顆粒在中部居多,而大顆?;蛲翀F(tuán)多分布在外側(cè)或邊緣,四周未被切削下來的土體被擠密、壓縮,從而提高了被處理斷面的承載力;⑷旋噴結(jié)束后,當(dāng)水泥土混合漿液尚未凝結(jié)時(shí),這種漿液由于初始壓力的作用,將對四周的土體存在一定的擠壓力,并產(chǎn)生壓密作用,并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙中,形成“脈”狀、“板”狀水泥結(jié)石體,這種情況在開挖檢查中比較明顯,同樣也提高了土體的承載力。
按照設(shè)計(jì)圖紙,通過對試驗(yàn)段試樁的總結(jié)、加固土的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果、被加固土的性質(zhì)及單樁承載力的要求等綜合因素,確定了以下設(shè)計(jì)參數(shù)和施工參數(shù)。
2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
⑴樁長:按區(qū)域10m-18m不等;⑵樁徑:0.60m;⑶布置形式:間距2m,梅花型布置;⑷水灰比:1:1;⑸樁芯無側(cè)限強(qiáng)度(28d):樁頂-2/3L:≥4.2MPa,2/3L-樁尖:≥3.3MPa。
2.2.2 單樁承載力:
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⑴噴嘴直徑:φ2.5mm;⑵注漿壓力:25-30MPa;⑶鉆桿旋轉(zhuǎn)速度:18-22r/min;⑷鉆桿提升速度:200-250mm/min;⑸水泥用量:不少于 200kg/m;⑹水灰比:1:1;⑺相對密度(灰漿比重):1.52;⑻水泥:P.O32.5(325普通硅酸鹽水泥)。
3.1.1 測量放線
定位軸線采用全站儀放樣,然后計(jì)算每根樁的偏角及距離坐標(biāo),用尺測放,樁位偏差不大于5cm。
3.1.2 鉆機(jī)就位
鉆機(jī)應(yīng)平穩(wěn)安放于設(shè)計(jì)孔位之上,并確保垂直,使用水平尺及機(jī)架上的垂線進(jìn)行雙向控制,傾斜率不得大于1%。
3.1.3 漿液配置
水泥和水在檢驗(yàn)合格后方可使用,應(yīng)嚴(yán)格按照1:1的設(shè)計(jì)水灰比配置水泥漿。根據(jù)各機(jī)組攪拌桶的體積大小準(zhǔn)確標(biāo)定每桶漿液水及水泥的用量,充分?jǐn)嚢杈鶆?,攪拌時(shí)間不少于3min。施工過程中應(yīng)定時(shí)、不定時(shí)的用比重計(jì)檢查漿液比重。
3.1.4 鉆孔
鉆孔時(shí)按照“先兩側(cè),后中間”相隔跳躍式成樁,以使兩邊強(qiáng)度平衡,減少偏移,防止竄孔。為了預(yù)防泥砂堵塞噴嘴,應(yīng)邊射水邊鉆進(jìn),水壓不超過1MPa。
3.1.5 噴射
當(dāng)噴管插入至預(yù)定深度后開始施壓,漿液噴出并達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后進(jìn)行旋噴,樁前端原地旋噴不少于30s,然后自下而上旋噴提升,提升至樁頭以下2m范圍內(nèi),重復(fù)旋噴下沉提升,進(jìn)行復(fù)攪。施工過程中應(yīng)檢查注漿壓力、旋轉(zhuǎn)速度、提升速度、漿液初凝時(shí)間等,并做好相關(guān)記錄。
3.2.1 孔口冒漿量少、不連續(xù)或不冒漿
此種情況的原因有兩種:一種為土質(zhì)過于松軟,可適當(dāng)進(jìn)行復(fù)噴處理;第二種為地層中可能有較大空隙,應(yīng)在漿液中摻入適量的速凝劑,縮短固結(jié)時(shí)間,或減少用水量,在不返漿地段進(jìn)行靜止灌漿,直至孔口返漿后,再正常旋噴注漿。
3.2.2 孔口冒漿量過大
冒漿量小于注漿量的20%,視為正?,F(xiàn)象,超過20%應(yīng)采取以下措施:可適當(dāng)增加旋轉(zhuǎn)速度,加快提升速度,增大噴射壓力,適量縮小噴嘴直徑。有時(shí)大量冒漿但壓力下降,可能是注漿管被擊穿或有孔洞,使噴射能力下降,此時(shí)應(yīng)拔出注漿管進(jìn)行檢查。
3.2.3 壓力上不去
可能是以下原因,應(yīng)逐項(xiàng)進(jìn)行檢查:安全閥壓力過低,或吸管內(nèi)留有空氣或密封圈泄漏;栓塞油泵調(diào)壓不夠;泵閥損壞,油管破裂漏油;安全閥和管路接頭處密封圈不嚴(yán);活(柱)塞或缸套損壞。
3.2.4 壓力驟然上升
原因有三,應(yīng)檢查修復(fù):泵體或出漿管路有堵塞;噴嘴堵塞;高壓軟管清洗不凈,漿液沉淀或其他雜物堵塞,影響管路通暢。
3.2.5 壓力不穩(wěn)定
出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)檢查:油管是否泄漏;泵體或吸漿管是否有泄漏或存在空氣;泵體注塞桿是否過長;泵體在安裝時(shí)是否嚴(yán)密。
3.2.6 注漿間斷后的處理
在施工過程中,若出現(xiàn)設(shè)備故障等情況造成注漿間斷,應(yīng)立即檢查修復(fù)或使用其他旋噴設(shè)備,在固結(jié)初凝之前繼續(xù)施工。為防止注漿間斷造成固結(jié)體內(nèi)出現(xiàn)軟弱夾層,影響固結(jié)體的均勻性和整體性,需要進(jìn)行搭接處理,搭接長度可按下式計(jì)算:
式中:A-注漿間斷后重新噴射注漿時(shí)要求的搭接長度,不得小于10cm;a-固結(jié)體收縮率,由現(xiàn)場試驗(yàn)確定;b-注漿間斷前噴射總高度(cm);△t-注漿間斷時(shí)間(h),大于2h時(shí)以2h計(jì)。
經(jīng)靜載和抽芯檢測,結(jié)果表明,所測4根樁的單樁豎向極限承載力值均不小于620kN,滿足設(shè)計(jì)要求。
檢測結(jié)果表明4根高壓旋噴樁芯樣呈柱狀,直徑均大于0.60m,噴灰量正常,噴灰均勻,樁長達(dá)到設(shè)計(jì)長度。對試件進(jìn)行的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),抗壓強(qiáng)度為4.32MPa-4.91MPa,滿足設(shè)計(jì)要求。
高壓旋噴樁應(yīng)用于公路建設(shè)中處理軟土地基和橋頭回填段,可增大地基剛性、改善地基結(jié)構(gòu)性能,有效防止和減少由于不均勻沉降及橋頭跳車現(xiàn)象。同時(shí),高壓旋噴樁施工方便,設(shè)備簡單,其主材為水泥,料源豐富,成本較低,質(zhì)量可靠,成功經(jīng)驗(yàn)很多,尤其在天津這樣地基較軟,土質(zhì)較差的海濱城市,值得推廣。
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