粉喷桩在道路大厚度软基处理中的应用

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  [摘 要] 本文针对目前我镇公路建设中大量遇到农田、池塘、淤泥等软土地基,采用粉喷桩进行软基处理的工程实践,从设计方法方面详细阐述了粉喷桩在处理道路大厚度软土地基的设计要点及实际应用,以提高我镇粉喷桩处理软土地基的设计与施工水平。
  [关键词] 城镇道路 软基处理 粉喷桩 设计
  
  1.引 言
  新塘镇位于广州市近郊增城市南部,地处珠江三角洲中部,处于东江下游,镇内水网遍布,农田星罗棋布。从已建和在建、规划的城镇道路路网来看,70%~80%的道路需穿越农田、池塘及水网等软土地区。软土地基厚度从2.5m~6.4m不等。目前软土地基的处理方法有以下几种:1)换填;2)搅拌桩(粉喷桩与深搅桩);3)土工合成材料加筋;4)等(超)载预压;5)塑料排水板等。根据本地区以往道路施工经验,软土厚度在3.0m以内时,采用抛片石冲砂(换填挤淤)的处理方法,工后沉降效果还是可以满足规范要求的;但当软土地基厚度超过3.0m时,采用换填的方法既不经济,施工难度也比较大,而且淤泥外运难以找到场地。相比之下,由于粉喷桩具有施工周期及工后沉降小等特点,在公路软基处理中得到广泛应用。
  2.工程概况
  新塘大道西延市政工程道路大部分路段路基位于软土地基上,其土层状态基本是表层0.5m厚种植土,下面5~6m厚淤泥层,再下为中砂层(或基岩)。采用粉喷桩处理软土地基,即以水泥作为固化剂,利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩,并吸收周围水分,经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体,它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量及保证桥头高填土路基稳定性具有明显的效果,下面结合工程实际对粉喷桩处理公路软土地基进行探讨。
  3.粉喷桩的设计方法
   3.1设计标准
  3.1.1基准期及容许工后沉降
  本工程水泥混凝土路面设计使用年限为30年,按目前通常的做法,基准期亦为30年,即从开放交通之日起至路面大修日止,所发生的沉降视为工后沉降。其容许值对于一般路段取30cm,涵洞及箱型通道处取20cm,其它人工构造物与路堤毗连处取10cm.
  3.1.2稳定验算的安全系数
  稳定验算的安全系数以K≮1.2控制。
  3.2.粉喷桩的设计
  本工程粉喷桩的桩径为50cm,设计的桩长5.0m,需穿透淤泥层并达到持力层内50cm.桩距与路堤的稳定和沉降量有关,桩距采用1.1m,桩位在平面上呈正三角形(梅花形)布置。本工程用于粉喷桩的水泥(425#普通硅酸盐水泥)为干粉。根据地基含水量的大小,采用水泥喷入量为45~60kg/m。含水量在40%以下时,水泥用量为45kg/m;含水量在40~60%之间,水泥用量为50kg/m;含水量在60~70%之间,水泥用量为55kg/m;含水量>70%时,水泥用量为60kg/m。本工程粉喷桩每米水泥含量采用50Kg/m。设计要求水泥土28天无侧限抗压强度≥1.2MPa,工后粉喷桩和土的复合地基承载力不小于100KPa,粉喷桩单桩承载力不小于90KPa。
  3.2.1粉喷桩复合地基承载力计算
  3.2.1.1计算参数:
  4.施工工艺流程
  粉喷桩施工操作步骤为:
  1.深层搅拌机械就位。
  2.预搅下沉(至设计标高)。
  3.搅拌提升,同时喷干水泥粉至地面以下0.5m处(设计桩顶)。
  4.在桩上部的5m长范围内重复搅拌一次(1/3~1/2)桩长、桩上部强度要求较高。
  5.重复搅拌提升,直到离地面下0.5m,上部回填5%灰土(或水泥土)并压实。
  6.关闭搅拌机械移位至下一桩位。
  5.施工注意事项
  1.控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面,确保粉喷桩长度。
  2.严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。
  3.定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查,其直径磨耗量不得大于2cm.
  4.当钻头提升至地面以下0.5m时,喷粉机应停止喷粉。
  5.当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉,在第二次喷粉接桩时,其喷粉重叠长度不得小于1m.
  6.粉喷桩施工时,泵送水泥必须连续,固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录,其用量误差不得大于±1%。
  7.为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度,每工作班检查不少于2次,使垂直度偏差不超过1%。
  8.搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求,搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录,深度应达到设计要求,时间误差不得大于5秒,施工前应丈量钻杆长度,并标上明显标志,以便掌握钻入深度,复搅深度。施工中出现问题应及时处理、做好记录。
  9.储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg,如储量不足时,不得对下一根桩开钻施工。
  10.粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工,操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等,监理人员应随时检查记录情况。
  6.质量检测
  1.粉喷桩属地下隐蔽工程,施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响,因而其质量控制要贯穿于施工的全过程,并坚持全方位的施工监理。
  2.施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况,记录其处理方法及措施。
  3.成桩7天内浅部开挖桩头,其深度宜为0.5m,目测检查搅拌的均匀性,测量成桩直径。检查频率为10%。
  4.成桩7天内本工程采用轻便触探仪检查桩的质量,触探点应在桩径方向1/4处,抽检频率为2%。
  5.成桩28天后在桩体上部(桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m)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2‰,每一工点不少2根。
  6.成桩28天后,按1‰频率或每一工点不少于2根采用钻孔取芯法对其进行终检。
  本工程采用低应变进行单桩检测、钻芯法检测及静压法进行复合地基检测等三种检测方式。
  7.结语
  7.1粉喷桩处理公路软土地基是当前最常用的方法之一,目前的粉喷桩施工队伍大多属个体私营,一定要加强管理,施工中要加强监理,实行全天候、全方位旁站,以确保施工质量。
  7.2对成桩28天的粉喷桩采用钻孔取芯法、动力触探法、平板静压法等进行检测是行之有效的,一方面可以通过芯样的抗压强度试验掌握桩体的强度,另一方面对整个桩体也是一次全面的检查以及可以明确成桩后复合地基的承载力,从而保障了粉喷桩的施工质量及道路工程质量。
  参 考 文 献
  技术标准:[建筑地基处理技术规范] (JGJ 79-2002)
  [建筑地基基础设计规范] (GB50007-2002)
  [建筑基桩检测技术规范] (JGJ106-2003)
  文献:《公路工程软基处理》刘玉卓主编 人民交通出版社■
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