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摘 要:本文研究了粉喷桩在处理路基软基方面的应用,首先对粉喷桩改造软基的原理进行了分析,然后介绍了粉喷法施工的具体流程和相应的组织管理和质量保证措施,最后把粉喷法和其他处理软基的方法进行了比较,表明了粉喷法施工速度快、造价低的优点。
关键词:路基软基 粉喷法 施工
中图分类号:U416 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0123-01
粉喷桩处理软基技术是利用水泥或者石灰作为固化剂,通过专门的深层搅拌喷射机械,把胶凝材料以粉状喷入地层深部中,并且通过钻机回转使得原位的软土能够均匀搅拌混合。粉喷法最早是由瑞典的Kjeid Paus教授在1967年提出,并且在1971 年首次试验成功,在1974年取得了稳定路堤和深基坑的专利,此后这种方法在欧美被广泛应用。国内最早在1983年开始相应的试验研究,并于1984年7月第一次在广东云浮硫铁矿铁路工程中使用。从此粉喷桩在我国的高速公路路基处理中发挥了显著作用,目前国内工程当中使用的粉喷桩大多深至10～15m,其中最大桩长已经超过27m。
1 原理
当固化剂和软土拌和以后,固化剂中的矿物首先同软土中的水发生水化反应,形成含水硅酸钙、氢氧化钙、含水铝酸钙剂、含水铁酸钙等水化物,其中的氢氧化钙和含水硅酸钙溶易溶于水,这就使得水泥颗粒表面再次暴露在水中,继续跟水发生反应,这样周围水溶液中的离子浓度逐渐达到饱和,生成物将以胶体形式析出。随着时间的增长,水化物的强度进一步增加,形成水泥石骨料,提高地基承载力。其中的一部分还会继续与软土中的钠盐和钾盐等继续发生反应,其中的钙离子跟钠离子和钾离子等进行了离子交换,这种交换作用可以把软土融入到形成的水泥石骨料中,形成更大的图团颗粒,实现提高土强度的目的。不过水泥土的性质与混凝土仍有很大区别,在工程中需要注意如下几点。
(1)水泥土和石灰土的强度与龄期成正增长,但强度增长规律跟混凝土均有区别,并且两者的强度增长也有不同。(2)固化剂掺合比和加固土中的含水率对水泥土的强度影响较大。施工前一般要根据设计要求来进行相应的水泥土标准试验,以试验为依据得到最佳的掺合比。
软土中的水对于水泥土和石灰土的强度都有不利影响,实验结果也表明含水量愈低,无侧限抗压强度也越大,反之则越小。软土中的含水率对于搀和比也会有影响,从便于施工和经济的角度考虑,在含水量较低的软土中可以适当的降低掺合比;对于软土含水量过高的地段则应该增大掺合比。实际工程中掺合比的选用还应该根据具体试验确定。
2 施工流程
目前国内在粉喷桩处理软基方面已经又了丰富的经验,高速公路软基这一难题已经得到了很好地解决。目前通行的施工流程如下所示。
(1)进行开工前的施工组织设计,机械、人员和原材料必须准时到岗到位,其中对于技术人员要进行相应的岗前培训,由设计人员来进行技术交底,同时对原材料进行严格的质量检测,并制定施工期间相应的规章规范。
(2)做好五通一平或者七通一平的工作,建立良好的施工环境。
(3)进行试桩工作,试桩总数不应该少于10根,并且试桩的位置要选在有代表性的软基地段,以此来全面了解粉喷桩的性能。并且要通过试验桩使得技术人员对于机械性能和地层情况有进一步的了解,并加强各操作手的配合,在钻机的下钻和提升速度、阻力、单位时间的喷灰量、如何进行复搅等方面得到初步的技术参数,以进一步指导施工。
(4)采用喷桩机来进行施工,其中Ph-5型粉喷桩机目前在国内应用广泛。喷灰机和空压机需要牢靠安装在地基上,特别是空压机要其底座安装垫木且卡牢风管来克服其振动影响。对于钻机要方便其行走作业和上灰加科,并置于的平坦位置。
(5)施工过程中喷灰时间和停灰时间要严格控制,喷灰过程应完整,不得随意中断,同时为了保证喷灰量的均匀喷灰时要采用恒压慢挡。钻杆提升作业严禁在喷灰未完成时进行,同时钻进和复搅要采用中速档。
(6)加强监理工作,粉喷桩的掺灰量要均匀并严格达到设计的要求,坚持按每延米来计灰,一旦发现某段喷灰量少于设计量时,应及时补喷灰来保证设计强度。另外求粉喷桩必须要打穿软土层,桩底应该置于持力层基岩上,并且要对整桩进行复搅。
3 施工组织管理和质量控制措施
3.1 粉喷桩施工前的质量控制措施
首先对于施工机械设备的检验要加强,对于每台桩机都要配置记录器来控制每米喷粉量,桩机上的仪表,如气压表、转速表和电流表都必须经质量检验机构进行标定,及时更换不合格的仪表。同时钻头直径的磨损量不得超过1cm。
其次加强对原材料的检验。施工所用水泥必须要经过抽检,要满足规范的相关要求。选择水泥供应商时也注意选择有信誉的大型企业。水泥在堆放过程中要主义防雨和防潮,过期和受潮的水泥严禁使用。
最后施工前必须进行试桩工作,试桩要在不同的地质条件下进行,并且数量不少于1根,这是为了克服施工时盲目性,确保软基处理可以达到预期的效果。
3.2 施工过程中质量保证措施
首先,施工过程中要根据工程要求每周召开相关的质量专题会议。
其次对于钻头下沉和提升速度要严格控制,保证加固范围内都能得到充分地搅拌,并且要按要求进行复拌。
最后对于施工记录要随时检查,及时发现施工过程中的不合格桩,进行相应的补救措施。
3.3 粉喷桩现场质量检测
粉喷桩质量的检测方法跟检测其它桩的方法一样,目前可用的手段有很多。但是每一种方法都难以得到全面的结果,因此采用多种方法来进行综合评价,并且通常以一定的室内试验为辅助。
首先检测的是桩的偏位和桩顶标高测量等方面,这通过经纬仪和水准儀进行测量就可以得到结果。
其次检查桩的成形、桩径、缺桩、桩项强度、桩顶质量、桩位偏离等情况,这些项目除了桩顶的强度外,其余通过肉眼即可检查确定;对于桩顶强度可以采用简单的检测法,通过一根平头钢筋的试压来判断施工质量。
最后是检测桩身的强度。这也是检测的重点,通常成桩后7天就可以通过轻便触探器对桩进行检查。轻便触探器只能得到定性的检查结果,因此对于检查有问题的桩要进一步进行精确的检查,即用钻机取芯样后进行无侧限的抗压强度试验,来侧定桩体的强度。
4 结语
最后来比较一下粉喷桩法其他几种加固方法,如砂井法、旋喷法和水泥浆搅拌法,在处理软件方面的优缺点。同砂井法相比较,粉喷桩对于建(构)筑物过大沉降问题能有效控制,但砂井法无法做到这点,并且砂井法施工速度明显教慢;同水泥浆搅拌法相比,水泥浆搅拌法在施工中需加水,但水泥水化不能消耗全部用水量从而使得多余水分进人土中,对桩的强度不利,而粉体搅拌法施工过程中无须加水;同旋喷法相比较,旋喷法不能起到排水固结的作用,并且成桩直径也不固定,而且相对于粉喷法设备要求高成本高。通过对比不难看出,粉喷法相对于其他方法在施工速度、造价方面具有明显的优势,其在将来的建设中将会有更好的应用前景。
参考文献
[1] 李世奇.粉喷桩加固既有线旁软土地基技术.山西建筑,2007年,第33卷第8期:120～121.
[2] 黄燕月.浅议路基软基粉喷桩处理施工民营科技,2011(11):278.
关键词:路基软基 粉喷法 施工
中图分类号:U416 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0123-01
粉喷桩处理软基技术是利用水泥或者石灰作为固化剂,通过专门的深层搅拌喷射机械,把胶凝材料以粉状喷入地层深部中,并且通过钻机回转使得原位的软土能够均匀搅拌混合。粉喷法最早是由瑞典的Kjeid Paus教授在1967年提出,并且在1971 年首次试验成功,在1974年取得了稳定路堤和深基坑的专利,此后这种方法在欧美被广泛应用。国内最早在1983年开始相应的试验研究,并于1984年7月第一次在广东云浮硫铁矿铁路工程中使用。从此粉喷桩在我国的高速公路路基处理中发挥了显著作用,目前国内工程当中使用的粉喷桩大多深至10～15m,其中最大桩长已经超过27m。
1 原理
当固化剂和软土拌和以后,固化剂中的矿物首先同软土中的水发生水化反应,形成含水硅酸钙、氢氧化钙、含水铝酸钙剂、含水铁酸钙等水化物,其中的氢氧化钙和含水硅酸钙溶易溶于水,这就使得水泥颗粒表面再次暴露在水中,继续跟水发生反应,这样周围水溶液中的离子浓度逐渐达到饱和,生成物将以胶体形式析出。随着时间的增长,水化物的强度进一步增加,形成水泥石骨料,提高地基承载力。其中的一部分还会继续与软土中的钠盐和钾盐等继续发生反应,其中的钙离子跟钠离子和钾离子等进行了离子交换,这种交换作用可以把软土融入到形成的水泥石骨料中,形成更大的图团颗粒,实现提高土强度的目的。不过水泥土的性质与混凝土仍有很大区别,在工程中需要注意如下几点。
(1)水泥土和石灰土的强度与龄期成正增长,但强度增长规律跟混凝土均有区别,并且两者的强度增长也有不同。(2)固化剂掺合比和加固土中的含水率对水泥土的强度影响较大。施工前一般要根据设计要求来进行相应的水泥土标准试验,以试验为依据得到最佳的掺合比。
软土中的水对于水泥土和石灰土的强度都有不利影响,实验结果也表明含水量愈低,无侧限抗压强度也越大,反之则越小。软土中的含水率对于搀和比也会有影响,从便于施工和经济的角度考虑,在含水量较低的软土中可以适当的降低掺合比;对于软土含水量过高的地段则应该增大掺合比。实际工程中掺合比的选用还应该根据具体试验确定。
2 施工流程
目前国内在粉喷桩处理软基方面已经又了丰富的经验,高速公路软基这一难题已经得到了很好地解决。目前通行的施工流程如下所示。
(1)进行开工前的施工组织设计,机械、人员和原材料必须准时到岗到位,其中对于技术人员要进行相应的岗前培训,由设计人员来进行技术交底,同时对原材料进行严格的质量检测,并制定施工期间相应的规章规范。
(2)做好五通一平或者七通一平的工作,建立良好的施工环境。
(3)进行试桩工作,试桩总数不应该少于10根,并且试桩的位置要选在有代表性的软基地段,以此来全面了解粉喷桩的性能。并且要通过试验桩使得技术人员对于机械性能和地层情况有进一步的了解,并加强各操作手的配合,在钻机的下钻和提升速度、阻力、单位时间的喷灰量、如何进行复搅等方面得到初步的技术参数,以进一步指导施工。
(4)采用喷桩机来进行施工,其中Ph-5型粉喷桩机目前在国内应用广泛。喷灰机和空压机需要牢靠安装在地基上,特别是空压机要其底座安装垫木且卡牢风管来克服其振动影响。对于钻机要方便其行走作业和上灰加科,并置于的平坦位置。
(5)施工过程中喷灰时间和停灰时间要严格控制,喷灰过程应完整,不得随意中断,同时为了保证喷灰量的均匀喷灰时要采用恒压慢挡。钻杆提升作业严禁在喷灰未完成时进行,同时钻进和复搅要采用中速档。
(6)加强监理工作,粉喷桩的掺灰量要均匀并严格达到设计的要求,坚持按每延米来计灰,一旦发现某段喷灰量少于设计量时,应及时补喷灰来保证设计强度。另外求粉喷桩必须要打穿软土层,桩底应该置于持力层基岩上,并且要对整桩进行复搅。
3 施工组织管理和质量控制措施
3.1 粉喷桩施工前的质量控制措施
首先对于施工机械设备的检验要加强,对于每台桩机都要配置记录器来控制每米喷粉量,桩机上的仪表,如气压表、转速表和电流表都必须经质量检验机构进行标定,及时更换不合格的仪表。同时钻头直径的磨损量不得超过1cm。
其次加强对原材料的检验。施工所用水泥必须要经过抽检,要满足规范的相关要求。选择水泥供应商时也注意选择有信誉的大型企业。水泥在堆放过程中要主义防雨和防潮,过期和受潮的水泥严禁使用。
最后施工前必须进行试桩工作,试桩要在不同的地质条件下进行,并且数量不少于1根,这是为了克服施工时盲目性,确保软基处理可以达到预期的效果。
3.2 施工过程中质量保证措施
首先,施工过程中要根据工程要求每周召开相关的质量专题会议。
其次对于钻头下沉和提升速度要严格控制,保证加固范围内都能得到充分地搅拌,并且要按要求进行复拌。
最后对于施工记录要随时检查,及时发现施工过程中的不合格桩,进行相应的补救措施。
3.3 粉喷桩现场质量检测
粉喷桩质量的检测方法跟检测其它桩的方法一样,目前可用的手段有很多。但是每一种方法都难以得到全面的结果,因此采用多种方法来进行综合评价,并且通常以一定的室内试验为辅助。
首先检测的是桩的偏位和桩顶标高测量等方面,这通过经纬仪和水准儀进行测量就可以得到结果。
其次检查桩的成形、桩径、缺桩、桩项强度、桩顶质量、桩位偏离等情况,这些项目除了桩顶的强度外,其余通过肉眼即可检查确定;对于桩顶强度可以采用简单的检测法,通过一根平头钢筋的试压来判断施工质量。
最后是检测桩身的强度。这也是检测的重点,通常成桩后7天就可以通过轻便触探器对桩进行检查。轻便触探器只能得到定性的检查结果,因此对于检查有问题的桩要进一步进行精确的检查,即用钻机取芯样后进行无侧限的抗压强度试验,来侧定桩体的强度。
4 结语
最后来比较一下粉喷桩法其他几种加固方法,如砂井法、旋喷法和水泥浆搅拌法,在处理软件方面的优缺点。同砂井法相比较,粉喷桩对于建(构)筑物过大沉降问题能有效控制,但砂井法无法做到这点,并且砂井法施工速度明显教慢;同水泥浆搅拌法相比,水泥浆搅拌法在施工中需加水,但水泥水化不能消耗全部用水量从而使得多余水分进人土中,对桩的强度不利,而粉体搅拌法施工过程中无须加水;同旋喷法相比较,旋喷法不能起到排水固结的作用,并且成桩直径也不固定,而且相对于粉喷法设备要求高成本高。通过对比不难看出,粉喷法相对于其他方法在施工速度、造价方面具有明显的优势,其在将来的建设中将会有更好的应用前景。
参考文献
[1] 李世奇.粉喷桩加固既有线旁软土地基技术.山西建筑,2007年,第33卷第8期:120～121.
[2] 黄燕月.浅议路基软基粉喷桩处理施工民营科技,2011(11):278.