粉喷桩法处理软土地基的施工工艺探讨

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1、1粉喷桩法处理软土地基的施工工艺探讨摘要:在公路工程施工中,软土地基的危害很大。路基处理不好,直接影响到路基的稳定性、公路工程的质量。本文详细介绍了用粉喷桩法软土地基的施工方法,希望对公路工程施工中,如何处理软土地基提供有益的借鉴。 关键词:软土地基;粉喷桩;施工方法 Abstract:Soft base disposal has very danger in the highway construction. If we can not deal with this problem with a right way, It willaffect the stabilization of th

2、e roadbed and the quality of the highway. This paper show the construction ways of disposaling soft base using powder gush stake, we hope it help to disposal soft base in the highway construction. Key words:soft base; powder gush stake; construction way 我国公路建设的规模日益扩大,难度不断增大,公路建设对软土处治也提出了更高的要求。软土地基是指

3、压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其它高压缩性土构成的地基。其承载能力很低,一般不超过 50 kN/m2。其特点是天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低,并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质,工程特性较差。在公路建设中,软基处理得好坏,直接影响到路基的稳定性、整体工程的营运质量及工程的经济性。目前,在公路工程中处理软土地基主要采用的方法有堆载预压法、真空预压法、反压护道法、水泥土搅拌桩法、换填垫层法、强夯法、加筋路基法等。 粉喷桩是以水泥为固化剂,利用深层搅拌机械对原状软土进行强制搅拌,经水泥与软弱土之间的离子交换作用、凝结作用、化学作用等一系列作用,而生成一种特殊的具有较高强度、较好特性和

4、水稳定性的混合柱状体。它与原位软土层组合成复合地基,对提高软土地基承载力,减少地基沉降具有明显效果。下面详细介绍粉喷桩法处理软土地基。 21 粉喷桩施工工艺优点 1.1 机械设备少,工作场地简单 粉喷桩施工所用机械主要是:钻机、粉体发送器、空气压缩机和搅拌钻头。钻机本身带液压步履,移动方便。钻机具有正向钻进、反转提升的功能。同时其动力大、扭矩大,适合于大直径成桩。粉喷桩施工场地较简单,只要场地平整不下陷即可。水泥存放有两种方法:一是采用散装水泥,可存放在水泥罐中;二是采用袋装水泥,按要求采取防潮措施,根据施工需要决定其场地大小及位置。 1.2 操作人员少,工作效率高 每台机械需要 34 名工人

5、即可。具体分工如下:司钻手一名、粉体发送器操作工一名、水泥倒送工 12 名。提前将桩位用小竹签插在需加固的地面上。竹签上用红漆或红塑料袋标识,以方便查找。开钻后,二、三名工作人员各负其责,相互配合。每根桩施工桩长、复搅深度、每米喷粉量等数据自动记录在粉体发送器上安装的一台喷粉记录仪上,并可通过打印机打印出来。 1.3 工序单一,外界干扰少 粉喷桩开工后,主要解决的问题是:材料供应和机械保养问题。每台钻机要确保工地随时有约 40 t/台的水泥。如果水泥供应不及时将直接影响钻机的正常、高效工作。每台粉喷桩施工机械的用电负荷量为 50 kW。为防止停电,可在工地上安装一台发电机。零配件的供应主要包括

6、钻头磨损的修补、备用钻杆及必要的小型配件。由于粉喷桩是深层搅拌,所以钻头的磨损很大。工地上可用 0.5 cm 厚的汽车钢板加工成 3 cm5 cm 宽,直接焊接在钻头的螺旋叶片上。粉喷桩钻机在场地上行走的接地压力约为 34kPa。当场地较差时,应铺设砂砾垫层或硬土层。 1.4 加固效果明显、经济效益显著 3软土地基加固 3 天后即可看出明显的效果。桩体基本形成,由于水泥的水化作用,桩体土中含水量明显减少,出现固结。用此法治理土层较厚的地段效果更加明显。相对于其他处理方法,如换填、抛石挤淤、挤密桩等,粉体桩具有见效快、投资省等特点。 2 施工前期准备 2.1 技术资料准备 粉喷桩施工前准备下列施

7、工技术资料:施工现场的工程土质报告、土工试验报告、室内配方试验报告(7d 期龄),粉喷桩设计桩位图,原地面高程,加固深度与停灰面高程以及测量资料。 2.2 材料准备 水泥用 32.5 级普通水泥要求新鲜无结块,入灌最大粒度不超过 5 mm,不含有纸屑塑料布垃圾等杂物。石灰用磨细生石灰,最大粒径应小于 0.2 mm,质地纯净无杂质。石灰中氧化钙和氧化镁的总和应不少于 85%,其中氧化钙的含量应不低于80%。 2.3 施工机具 主要机具设备包括喷粉桩机及配套水泥灌、储灰灌及喷粉系统空气压缩机等。喷粉桩机有液压步履式底架井架和导向加减压机构钻机传动系统、钻具液压系统、喷粉系统电气系统等部分组成,规格

8、技术性能要求见表 1。 2.4 室内配比实验 粉喷桩处理软基效果如何,很大程度上取决于配比的选择是否适合当地工程地质条件。在施工前,应根据设计单位提供的工程地质详细勘察报告,选取有代表性的土质,水泥用量一般按土样天然湿重的 15%20%掺入,由施工单位、监理组4共同按 50 kg/m、55 kg/m 水泥用量分别做配比试验,求得 R、RR 无侧限抗压强度。根据设计强度要求,确定施工时水泥用量为不小于 50 kg/m,同时要求满足强度和喷粉量双控指标。 2.5 现场工艺性试桩 根据室内配比进行工艺性试桩,试桩应达到以下要求:钻进速度 V1.5 m/min;平均提升速度 Vp0.8 m/min;搅

9、拌速度 R30 r/min;钻进、复搅与提升时管道压力:0.1 MPaP0.2 MPa;喷灰时管道压力:0.25 MPap0.40 MPa。确定合适的技术处理措施,掌握水泥搅拌的均匀程度,掌握下钻及提升的困难程度,成桩试验的桩数不少于 5 根。 3 施工流程 3.1 检查作业条件是否完备 做好前期准备后,对作业条件是否完备做好检查,具体包括:具备工程地质勘察报告基础施工图和施工组织设计;施工场地内的地上和地下障碍物已清除或拆迁;平整场地挖好排浆沟排水沟设置临时设施;测量放线并设置桩位标志;根据地质资料,通过原位测试及室内试验取得地基土、灰土物理力学及化学指标,选取最佳含灰量,作为设计掺灰量,决

10、定设置搅拌范围,选择桩长、截面及根数;机具设备已配齐进场并进行维修安装就位、进行试运转,进行现场试桩已确定成桩施工的各项施工参数和工艺。 3.2 工艺流程 流程顺序:放线定桩位就位钻桩孔至设计深度边搅拌、喷粉边提升钻杆至桩顶以上 50 cm停止搅拌喷粉全程或局部复搅复喷一次提杆至地面移至下一桩位继续施工。 5施工前应进行场地整平、桩位放线组装、架立喷粉桩机,检查主机正常各部分的连接,喷粉系统各部分安装试调情况及灰罐管路的密封连接情况是否正常,做好必要的调整和紧固工作;灰罐装满料后,进料口应加盖密封,排除异常情况后方可开始施工。 成桩时,先用喷粉桩机在桩位钻孔,至设计要求深度后(钻速为 0.57

11、0.97 m/min,一般钻一根 10 m 长桩约 1 525 min),将钻头以 0.97 m/min 速度边搅拌、边提升,同时边通过喷粉系统将水泥或石灰粉通过钻杆端喷嘴定时定量向搅动的土体喷粉,使土体和水泥或石灰进行充分搅拌,混合形成水泥、水、土或石灰粉混合体。 作业时,机械操作要熟练,喷粉要均匀,水泥剂量及复搅深度应满足要求。喷粉时最好一次性喷足喷粉量,不得中断,每根桩宜装一次灰,搅拌完一根桩。喷粉深度在钻杆上标线控制,喷粉压力控制在 0.50.8 MPa。对于桩长较长的桩,应采取措施,保证桩身下端每米的水泥剂量达标。同时,格控制钻孔下钻深度,喷粉高程及停灰面,确保粉喷桩深度和喷粉量达到

12、设计要求。深度误差不大于 5cm,水泥喷入量的误差应小于 1%。 钻进提升时的管道压力不宜过大,以防止钻孔淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。为确保粉喷桩的施工质量,当钻头提升至地面高程下 25 cm 时,应停止喷灰只搅拌,同时采取复搅措施。第二次搅拌时不喷粉,复搅深度以电流表达到 100 A 为准。复搅时钻头的下钻、提升速度同第一次。粉喷桩每次下钻和提升的时间有专人记录,时间误差不得大于 5 s,提升前要有等待粉到达桩底的时间,防止出现提升却未喷粉的情况。对出现的意外情况应在备注栏内注明。严格控制喷粉时的钻杆提升速度,确保每根桩的喷粉均匀性。如发生意外影响桩身质量时,应在 12 h 内采取补喷措施,

13、补喷重叠长度不小于 1 m,特别困难时以电流表读数明显变化为准。否则应重新打设,新桩距报废桩的距离不能大于桩距的 15%,并填在施工记录中备查。 6对输灰管要经常检查,不得泄露及堵塞,输灰管道的长度以 60 m 左右为宜,不得超过 70 m。对使用的钻头要定期检查,其直径磨耗量不大于 1 cm,但也不宜采用直径过大的钻头(以小于 53cm 为宜)。 4 质量检测及验收 桩长、复搅长度以及是否进入硬土层等,如施工中有异常情况,应记录其处理方法及措施。成桩 7 天内浅部开挖桩头,其深度宜为 0.5 m,目测检查搅拌的均匀性,测量成桩直径。检查频率为 10%;采用轻便触探仪检查桩的质量,触探点应在桩

14、径方向 1/4 处,抽检频率为 2%。成桩 28 天后在桩体上部(桩顶以下 0.5 m、1.0 m、1.5 m)分别截取 3 段桩体进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验,检查频率为 1%2。必要时由业主安排进行全桩长取芯,以检测粉喷桩的质量。粉喷桩施工允许偏差见表 2。 注:应在桩体三等分段各钻取芯样一个,一根桩取 3 个试块进行强度测试。 从已建和在建的高速公路来看,粉喷桩处理软土地基是一种行之有效且广泛应用的工艺手段,与其他软基处理手段相比,具有施工方便、工期短、工后沉降小(营运质量高)等显著优点。但从其设计方法及施工质量管理来看,技术难度较大,如果掌握不好,极易出现偏差,且因其为隐蔽工程,易留下隐患。只要以科学的态度,熟悉粉喷桩发的施工流程,掌握其技术标准,严格控制施工质量,就一定能取得满意的工程质量。