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粉噴樁在橋頭軟基處理上的應(yīng)用論文
摘要：詳細(xì)敘述某公路橋梁橋頭路基的粉噴樁設(shè)計(jì)和試樁情況，提出對(duì)粉噴樁質(zhì)量控制和檢測(cè)的看法。
關(guān)鍵詞：軟土；粉噴樁；設(shè)計(jì)；檢測(cè)
一、概述
深層攪拌法加固軟土地基，就是在鉆孔過(guò)程中利用水泥、石灰等材料作為固化劑，使用深層攪拌機(jī)械將漿液狀或粉狀固化劑注入軟土地基的深層，經(jīng)機(jī)械攪拌，使原位土與固化劑均勻混合并發(fā)生一系列的物理化學(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)度的優(yōu)質(zhì)地基。在深層攪拌法中，固化劑的注入有兩種形式，一是漿液灌注，二是粉體噴射。前者由于有漏漿現(xiàn)象，工人操作條件較差，且對(duì)含水量較高軟土地基的加固效果尚待論證，而粉體噴射法以它具有的諸多優(yōu)點(diǎn)而后來(lái)居上，在工程中得到廣泛的應(yīng)用。
粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡(jiǎn)稱(chēng)，其加固地基的機(jī)理在于固化劑與原位土充分混合后，由于固化劑吸收周?chē)翆又械乃侄l(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使混合樁體凝結(jié)硬化，既提高了自身的強(qiáng)度，又穩(wěn)定了樁周?chē)翆�，從而使天然的軟土地基改變成�?yōu)質(zhì)的復(fù)合地基，大大提高了地基的承載能力。
固化劑可以采用水泥、石灰、石膏等材料，由于水泥樁的性能比較優(yōu)越，因此一般采用普通硅酸鹽水泥作為固化劑。從水泥與軟土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程分析，水泥與原位土攪拌越充分，混合越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)的離散性越小，地基的總體強(qiáng)度也越高。
粉噴樁有許多優(yōu)點(diǎn)，主要有以下幾方面。加固工藝合理。在制樁過(guò)程中僅向土層中噴射固化料干粉，無(wú)需注入附加的水分，使固化劑能充分吸收軟土中的水分，從而增強(qiáng)加固效果。施工簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠。國(guó)內(nèi)有多種粉噴樁施工成套機(jī)械，制樁過(guò)程完全機(jī)械化，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了成樁效率。制樁原料除原位土外，僅有適量的固化劑便可�？梢栽诤械叵滤牡貙又兄苯邮┕ぶ茦�，避免了水下施工的麻煩，大大簡(jiǎn)化了施工程序。
施工工期短，進(jìn)度快。經(jīng)粉噴樁處理的地基，路基填筑時(shí)可大大加快填筑速率，基本不需考慮由于填筑過(guò)快而導(dǎo)致路基失穩(wěn)的可能。保護(hù)環(huán)境。在制樁過(guò)程中無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染，對(duì)附近建筑物無(wú)影響。粉噴樁雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用上還有一些限制。
在理論上，粉噴樁群體范圍內(nèi)的壓縮變形量較小，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，一般可取2cm～5cm。而下臥軟弱土層壓縮變形量的確定，可以假定粉噴樁群體形成一種實(shí)體深基礎(chǔ)，按雙層地基計(jì)算該實(shí)體深基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，然后再進(jìn)行下臥軟弱土層壓縮變形量的計(jì)算。在附加應(yīng)力的確定上，有學(xué)者指出：室內(nèi)試驗(yàn)表明，水泥土的重度比原位土略有增大，增大量在1．2％～3．5％之間，加固樁身對(duì)下部未加固部分不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的附加應(yīng)力，也不會(huì)由于加固樁身附加荷重而引起地基附加沉降。但有些學(xué)者卻持相反觀(guān)點(diǎn)。目前，不同的軟土特征和施工實(shí)際情況對(duì)附加應(yīng)力的影響尚待研究。
相對(duì)于國(guó)外多種多樣、五花八門(mén)的粉噴樁施工機(jī)械設(shè)備而言，國(guó)內(nèi)的機(jī)械設(shè)備可以說(shuō)是品種單一、類(lèi)型雷同，這直接制約了粉噴樁的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。比如在樁徑的確定上，由于國(guó)內(nèi)的機(jī)械設(shè)備均只能施工直徑為50cm的粉噴樁，因此在設(shè)計(jì)上也只能按該直徑考慮。又如在樁長(zhǎng)的確定上，理論上以穿透軟土層為最佳，但國(guó)內(nèi)配套鉆桿長(zhǎng)度絕大多數(shù)都在15m以?xún)?nèi)、12m左右，因此在應(yīng)用粉噴樁時(shí)，都以下臥軟土層的厚度不超過(guò)上述長(zhǎng)度為選擇依據(jù)之一，如果下臥軟土層的厚度超過(guò)上述長(zhǎng)度，則一般可以不考慮采用粉噴樁，轉(zhuǎn)而采用其他的軟基處理方法如塑料排水板等。
二、粉噴樁的應(yīng)用實(shí)例
�。ㄒ唬┕こ毯�(jiǎn)況及軟基處理方案
位于寧波東部某一級(jí)公路在建橋梁橋頭路基為典型的軟土路段，其原位土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。軟弱土基下為承載力較高的卵礫石層。路基填筑設(shè)計(jì)高度為4．2m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料，設(shè)計(jì)軟基采用粉噴樁進(jìn)行處理。橋頭路基粉噴樁處理示意設(shè)計(jì)采用425＃普通硅酸鹽水泥作為固化劑，樁直徑為50cm，噴粉量45kg?m，樁體28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求大于750kPa，樁長(zhǎng)10m，平面布置為梅花形。樁間距離B值根據(jù)處理段離橋臺(tái)的遠(yuǎn)近而變化：距離橋臺(tái)0～10m范圍內(nèi)的B值為1．2m，距離橋臺(tái)10m～25m范圍內(nèi)的B值為1．5m，距離橋臺(tái)25m～40m范圍內(nèi)的B值為1．8m。這樣設(shè)計(jì)的目的是使橋頭路段與一般路段之間有一個(gè)過(guò)渡，防止沉降的突變。
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第一次試樁分別按45kg?m、50kg?m和55kg?m的噴粉量進(jìn)行了施工。成樁16d和28d時(shí)，分別取芯進(jìn)行了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，可以看出：每延米噴粉量越多則試件的強(qiáng)度越高，這符合設(shè)計(jì)理論和一貫認(rèn)識(shí)。但問(wèn)題是如何在有限的投資內(nèi)使粉噴樁的施工質(zhì)量能夠得到保證并有所提高。
綜合施工情況和對(duì)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告的分析，認(rèn)為問(wèn)題的關(guān)鍵并不在于提高多少?lài)姺哿浚谟诿垦用讎姺哿康目刂坪蛷?fù)合土的攪拌均勻程度上。因此要求施工單位配備能自動(dòng)記錄每延米噴粉量的電腦設(shè)備，同時(shí)要求盡設(shè)備最大能力對(duì)復(fù)合土進(jìn)行全樁長(zhǎng)范圍內(nèi)復(fù)攪，以保證水泥與原位土的充分混合。在設(shè)計(jì)方面也同時(shí)調(diào)整樁長(zhǎng)至14．5m以充分適應(yīng)設(shè)備的鉆進(jìn)能力。
（三）第二次試樁情況
第二次試樁按45kg?m的噴粉量，按1．2m的樁間距進(jìn)行了三根樁的施工。2＃樁噴粉曲線(xiàn)，其鉆進(jìn)深度14．5m，停灰深度0．5m，復(fù)攪深度8．6m。復(fù)攪深度達(dá)到8．6m時(shí)，鉆桿電流突然增大，鉆桿無(wú)法下鉆，說(shuō)明該層土體經(jīng)過(guò)噴粉控制和一次攪拌后已達(dá)到了一定強(qiáng)度。成樁36d時(shí)，取芯進(jìn)行了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
每塊芯樣的攪拌程度均較均勻，上、中、下三層試件間的強(qiáng)度相差不大，樁身整體強(qiáng)度比第一次試樁時(shí)有大幅度地提高，除2＃樁強(qiáng)度稍低外，其他樁強(qiáng)度均高于設(shè)計(jì)推算值。
針對(duì)2＃樁強(qiáng)度低于其他樁的情況，進(jìn)行豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，以測(cè)定其單樁復(fù)合地基承載力。試驗(yàn)結(jié)果：最大試驗(yàn)荷載為260kN，對(duì)應(yīng)的沉降量為20．35mm，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)提出的160kN要求。
三、粉噴樁的檢測(cè)
�。ㄒ唬┮�(guī)范規(guī)定內(nèi)容
國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《粉體噴攪法加固軟弱土層技術(shù)規(guī)范》（TB10113—96）規(guī)定全數(shù)檢查加固料質(zhì)量、成樁深度及復(fù)攪長(zhǎng)度、加固料用量、樁身強(qiáng)度等四項(xiàng)保證項(xiàng)目，按10％頻率（但不少于3根）檢測(cè)樁軸線(xiàn)偏移、鉆桿傾斜度、樁長(zhǎng)、單樁噴粉量等四項(xiàng)允許偏差項(xiàng)目。
國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017—96）和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ071—98）規(guī)定按2％頻率檢查樁距和樁徑，根據(jù)施工記錄檢查樁長(zhǎng)、豎直度和單樁噴粉量，按5％頻率檢查樁身強(qiáng)度，上述五項(xiàng)均為允許偏差項(xiàng)目。
�。ǘ┕こ虣z測(cè)方案
根據(jù)省內(nèi)外其他幾條公路的檢測(cè)實(shí)例來(lái)看，上述規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容已不適應(yīng)當(dāng)前公路建設(shè)的實(shí)際需要。比如，規(guī)范對(duì)粉噴樁單樁承載力和復(fù)合地基承載力的檢測(cè)沒(méi)有規(guī)定，而對(duì)樁身強(qiáng)度檢查頻率的要求偏高，影響了工程的進(jìn)度，也增加了工程的投資。因此，必須對(duì)規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容加以修改和補(bǔ)充。
根據(jù)工程實(shí)際情況，工程建設(shè)指揮部制定了《粉噴樁檢測(cè)方案》，并報(bào)請(qǐng)了上級(jí)主管部門(mén)的批準(zhǔn)同意。該方案對(duì)規(guī)范進(jìn)行修改和補(bǔ)充的主要內(nèi)容如下。
樁身強(qiáng)度檢測(cè)頻率取總樁數(shù)的1％，對(duì)于檢測(cè)不合格的樁應(yīng)進(jìn)行等量補(bǔ)樁。不合格率超過(guò)10％時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大檢測(cè)范圍按相同頻率繼續(xù)檢測(cè)。當(dāng)不合格率超過(guò)30％時(shí)，應(yīng)對(duì)整個(gè)處理路段進(jìn)行補(bǔ)樁。
在大橋、特大橋兩端橋頭各做兩處?kù)o載荷試驗(yàn)。單樁靜載試驗(yàn)加載到承載力設(shè)計(jì)值的1．7倍，復(fù)合地基靜載試驗(yàn)加載到承載力設(shè)計(jì)值的1．7倍。同時(shí)對(duì)每個(gè)施工標(biāo)段有代表性區(qū)域進(jìn)行天然地基的靜載荷試驗(yàn)。
四、結(jié)論
粉噴樁能大大提高軟弱地基的承載能力，其復(fù)合地基承載力可比原位土天然承載力提高約2倍。提高粉噴樁樁身強(qiáng)度的關(guān)鍵在于每延米噴粉量的控制和復(fù)合土的攪拌均勻程度，應(yīng)要求施工單位配備能自動(dòng)記錄每延米噴粉量的電腦設(shè)備，同時(shí)在規(guī)范要求深度以外對(duì)樁身進(jìn)行復(fù)攪。在認(rèn)為有必要的地點(diǎn)，如高填土的橋頭，應(yīng)進(jìn)行復(fù)合地基承載力或單樁承載力的檢測(cè)。若有每延米噴粉量的施工記錄，則粉噴樁的樁身強(qiáng)度檢測(cè)頻率可適當(dāng)降低，這樣既可加快工程進(jìn)度，又可減少工程的投資。
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