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1、石家庄铁道学院毕业设计（论文）粉喷桩进行软土路基处理的应用及施工绪论粉喷桩是在软土地基中输入粉粒体加固材料(水泥粉或石灰粉),通过搅拌机械和原位地基土强制性地搅拌混合,使地基土和加固材料发生化学反应,在稳定地基土的同时提高其强度的方法。由于粉喷桩采用粉体作为固化剂,不再向地基中注人附加水分,反而能充分吸收周围软土中的水分,因此加固后地基的初期强度高,对含水量高的软土,加固效果尤为显著。该技术已在国、内外得到广泛地应用。粉喷桩是为软土地基加固技术开拓的一种新方法,在铁路、公路、市政工程、港口、码头、工业与民用建筑等软土地基加固方面广泛使用。粉喷桩加固地基具有如下的特点： 使用的固化材料（干燥状态
2、）可更多地吸收软土地基中的水分,对加固含水量高的软土、软土地基,效果更为显著。 固化材料全面地被喷射到靠搅拌叶片旋转过程中产生的空隙中,同时又靠土的水分把它粘附到空隙内部,随着搅拌叶片的搅拌,使固化剂均匀地分布在土中,不会产生不均匀的散乱现象,有利于提高地基土的加固强度。(3).与高压喷射注浆和水泥浆深层搅拌法相比,输入地基土中的固化材料要少得多,无浆液排出,无地面隆起现象。(4).粉喷桩施工可以加固成群桩,也可以交替搭接加固成壁状、格栅状或块状。使用的固化材料是干燥状态的直径为0.5mm以下的粉状体,如水泥、生石灰、消石灰,也可以掺入矿石碎渣、干燥砂和粉煤灰等,材料来源广泛,并可使用两种以上
3、的混合材料。因此,对地基土加固适应性强,不同的土质要求都可以找出与之相适应的固化材料。粉喷桩(干法)由深层搅拌法(湿法)改进而来。在原地基承载力高时,湿法施工比干法施工搅拌可能性大,且搅拌效果更理想。若采用于法施工,搅拌后形成的水泥土均匀性相对较差。另外,当天然地基土的含水量较低时,满足不了水泥水解水化反应的水量要求,从而达不到理想的结果。粉体喷射搅拌法施工使用的机械和配套设备有单搅拌轴和双搅拌轴的二种机型,二者的施工工艺相似,都是利用压缩空气通过固化材料供给机的特殊装置,携带着粉体固化材料,经过高压软管和搅拌轴输送到搅拌叶片的喷嘴喷出。借助搅拌叶片旋转,在叶片的背面产生空隙,安装在叶片背面的
4、喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一起喷出二喷出的混合气体在空隙中压力急剧降低,促使固化材料就地粘附在由旋转产生空隙的注中j旋转到半周,另一搅拌叶片把土与粉体固化材料搅拌混合在一起。与此同时,这只叶片背后的喷嘴将混合气体喷出这样周而复始地搅拌、喷射;提升(有的搅拌机安装二层搅拌叶片,使土与粉体搅拌混合得更为均匀)。与固化材料分离后的空气传递到搅拌轴的四周,上升到地面释放掉。如果不让分离的空气释放出将影响减压效果,因此,搅拌轴外形一般多呈四方、六方或带棱角形状。粉喷桩复合地基是以水泥作固化材料，通过深层搅拌机将软土和固化材料强制拌和，使软土结硬提高地基强度，成为桩土共同承担外部荷载的复合地基。因此，
5、复合地基承重的水平荷载也是由桩和桩间土共同承担的，但分担的比例不但与桩和桩间土的条件有关，还与复合地基的滑动形式、接触形式有很大关系。复合地基的水平荷载试验仍可按天然地基的水平荷载试验方式进行。水工建筑物在垂直及水平荷载共同作用下，如果沿地基表面滑动时，则其垂直压力与抗剪强度的临界状态符合库仑定律。因此，只要施加一定范围的法向压力，测出在各法向应力作用下的荷载板滑动临界状态的抗剪强度，就可以得出混凝土底板与复合地基间的摩擦系数及黏聚力，也可以观察到粉喷桩复合地基在竖向及水平荷载作用下的滑动形式。第一章1.1 粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响昆山段试验表明，在桩长11m范围内的沉降量与桩尖以下
6、沉降的比值达11.5。查阅其他资料也证明，当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层沉降很少；若未打穿软土层，成为悬浮式时沉降就大。地基的过大沉降，说明桩尖下卧软土层的沉降还相当大，而且持续时间较长，将不得不重新进行处理甚至报废。目前高速公路不断向沿海近海地区延伸，遇到的深厚软土越来越多，而且是现有粉喷桩机所达深度远远不及的。如何来解决这个问题，除了进一步提高机械设备的性能外，在设计理论上也需要有一个突破。对下卧层软土的沉降有一个正确的评估，同时在实践中探索解决的方法。1.2 地基土含水量对粉喷桩质量的影响粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺入粉体的质量、施工工艺、地基土的性质有关
7、，其中尤以含水量的关系甚为密切。规范规定，地基土的天然含水量在小于30或大于70时不宜采用。因为当土的含水量小于30时，土中的水份不足以使粉体进行水化作用；当含水量大于70时，含水量过高的土壤往往孔隙比大，若按常规掺入粉体数量，由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓掉桩或下沉，常为地表下12m。当发生
8、掉桩或下沉时，只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅，就能克服这种现象，如果不作处理将造成过大的路基沉降。1.3 施工机械和设备粉体喷射搅拌机械一般由搅拌主机、粉体固化材料供给机、空气压缩机、搅拌翼和动力部分等组成。1.3.1 国外几种粉体喷射搅拌施工机械性能国外几种粉体喷射搅拌施工机械性能见表1.3.2 GPP-5型粉体喷射搅拌机它是一种步履式移位的钻机,是铁道部第四勘测设计院于1984年利用Dpp-100汽车钻机改制的,技术性能见表粉体喷射搅拌机械技术参数汇总分类项目类型与规格搅拌机搅拌机型号DJM1037DJM1070DJM2050DJM2070DJM2090搅拌轴直径（mn）800100
9、0100010001000搅拌轴根数（根）11222轴间距（mn）-12002000（间距200）1000、120015001000、12001500搅拌轴回转速度（r/min）55055016.55424.48(50Hz)32.63(50Hz)搅拌轴最大扭矩（KN.m）10.020.017.620.025.2加固深度（m）10（最大15）15（最大20）15（最大20）20（最大23）25（最大30）钻进、提升速度（m/min）07.007.004.00.53.00.53.0搅拌驱动方式电动机-油压电动机-油压柴油发动机-油压电动机电动机基础机械移动方式附卧式滑动垫板附卧式滑动垫板覆带式覆带
10、式覆带式规格（长*宽*高）（mm）4320*3100*17007150*3080*20005090*3290*28606400*4600*44859227*4920*6800接地压力（kPa）23246385100搅拌机总重量（kg）900022000400005900080000空气压缩机（m3/min）10.5(700kPa)一台10.5(700kPa)一台10.5二台17.0一台（700kPa）10.5二台17.0台（700kPa）GPP-5型粉喷搅拌机技术参数粉喷搅拌机搅拌轴规格（mm）108*108*(7500+5500)YP-1型粉体喷射机储料量（kg）2000搅拌翼外径（mm）5
11、00最大送粉压力（Mpa）0.5搅拌轴转速（r/min）正（反）28，50，92送粉管直径（mm）50扭矩（Kn.m）4.9,8.6最大送粉量（kgmin）100电机功率（Kw）30外形规格（m）2.7*1.82*2.46起吊设备并架结构高度（m）门型-3级-14m技术参数一次加固面积（m2）0.196提升力（KN）78.4最大加固深度（m）12.5提升速度（m/min）0.48,0.8,1.47总重量（t）9.2接地压力（kPa）34移动方式液压步覆1.4 施工工序1.4.1 施工流程（1） .放样定位;（2） .移动钻机,准确对孔。对孔误差不得大于5Omm;（3） .利用支腿油缸调平钻机,
12、钻机主轴垂直度误差应不大于1%;（4） 启动主电动机,根据施工要求,以I、档逐级加速的顺序,正转预搅下沉。钻至接近设计深度时,应用低速慢钻,钻机应原位钻动12min。为保持钻杆中间的送风通道的干燥,从预搅下沉开始直到喷粉为止,应在轴杆内连续输送压缩空气;（5） .提升喷粉搅拌。在确认加固料已喷至孔底时,按0.5m/min的速度反转提升。升到设计停灰标高后,应慢速原地搅拌1-2min；（6） 重复搅拌。为保证粉体搅拌均匀,须再次将搅拌头下沉到设计深度。提升搅拌时,其速度控制在0.50.8m/min左右;（7） 钻具提升至地面后,钻机移位对孔,按上述步骤进行下一根桩的施工。1.4.2工艺性设计为取
13、得良好的地基加固效果,施工前须作好有关资料的搜集(地质资料;明暗泯分布、成分及有机质含量等、室内配合比试验和施工工艺性设计。固化剂与土的搅拌通常用土体中任一点经钻头搅拌的次数t和单位时间内粉体的喷出量q来表征,它是影响地基加固效果的重要因素。1.土体中任一点搅拌次数t可按式1计算：Hz T= 式中 h钻头叶片垂直投影高度（m）;z钻头叶片总数(个)；搅拌轴转速（r/min）.v钻头提升速度（m/min）.2.单位时间内粉体的喷出量q按式2计算；式中 d地基土的干重度(t/m3)aw固化剂掺人比,由室内配比试验提供;D搅拌钻头直径（m）。1.4.3 粉体材料及掺合量使用粉体材料,除水泥以外,还有
14、石灰、石膏及矿渣等,也可使用粉煤灰等作为掺加料。在国内工程中使用的主要是水泥材料,宜选用新的425号普通硅酸盐水泥。其掺合量常为18024014g/mas若使用低于425号普通硅酸盐水泥或选用矿渣水泥、火山灰水泥或其他种水泥时,使用前须在施工场地内钻取不同层次的地基土,在室内做各种配合比试验p若用石灰粉体作固化材料,石灰应磨细,其粒径小于0.5mm,纯净元杂质,氧化钙和氧化镑的总含量不小于85%,其中氧化钙含量不宜低于80%,石灰的流性指数不低于70%。1.4.3.1 施工中须注意的事项（1） 施工机械、电气设备、仪表仪器及机具等,在确认完好后方准使用。（2） .在建筑物旧址或回填建筑垃圾地区施工前,应预先进行桩位探测,并清除已探明的障碍物。（3） 桩体施工中,若发现钻机不正常的振动、晃动、倾斜、移位等现象,应立即停钻检查。必要时应提钻重打。（4） 施工中应随时注意喷粉机和空压机的运转情况;压力表的显示变化;送灰情况。当送灰过程中出现压力连续上升,发送器负载过大,送灰管或阅门在轴具提升中途堵塞等异常情况,应立即判明原因,停止提升,原地搅拌。为保证成桩质量,必要时应予复打。堵管的原因除漏气外,主要是水泥结块。施工时不允许用己结块的水泥,并要求管道系统保持干燥状态。（5） 在送灰过程中,如发现压力突然下降、灰罐
