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摘要结合石灰喷粉桩在某高速公路软基中的应用和处理效果,提出石灰喷粉桩加固软土的原理及设计、施工和观测方法,证实喷粉桩加固软土的可行性。
关键词软土路基;石灰喷粉桩;加固
中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0030-01
1工程概况
某高速公路沿线软土区域约13.5km,软土层厚度为1-3m,部分地段5m以上,最厚处超过10m,软土含水量一般为50%左右,部分地段达70%以上。软土区域路堤填土高度一般为3-7m不等,软土区段纵向与横向软土厚度极不均匀。为了保证工程质量,避免竣工后路面下沉开裂必须严格控制路基填筑速度及沉降量。由于种种原因无法按期完工,寻找一个固结速度快、工后沉降小且经济允许处理方法。经过与设计部门多次商讨采用石灰喷粉桩处理。在软土路段埋设沉降及侧移观测桩,在喷粉桩处理地段增加压板静载试验,观测软土固结程度,掌握喷粉桩及软土的变形、受力状况指导施工。
2石灰喷粉桩处理软土加固原理
喷粉桩是利用特制带搅拌叶钻机深入软土深处,将定量固结剂喷射到软土并就地将软土与固结剂强制搅拌,利用固结剂与软土发生物理化学反应,使原来松散土粒胶结成一整体形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好圆柱状结石体。固结剂可以采用水泥或生石灰粉。生石灰加固地基则可与周边软土发生多种物理化学反应,形成力学性能良好圆柱状桩体,在成柱时吸收了大量水分降低周边软土含水量,挤密桩间软土,改善桩间软土物理和力学性能,提高桩间软土承载力,形成石灰桩和桩间土共同承受荷载复合地基。
3石灰喷粉桩施工应用分析
3.1工程介绍
根据地质钻探资料,确定喷粉桩处理软土主要集中在软土较厚的路段,里程桩号为K32+140-K32+600,K33+148-K33+499,K34+980-K35+040路段。路基填高5-7m,基底软土层厚达2.9-10.8m,软土埋深3-13m。软土为流塑状淤泥质粘土或软塑状轻亚粘土,含水量达70%。地基承载力只有40-50kPa,变形模量不到2000 kPa。设计要求处理后复合地基承载力必须达到120kPa,变形模量大于5MPa,允许有一定沉降量。根据地质状况及设计要求,喷粉桩采用正交网格状布置,桩间距为1.0m或1.2m,桩径为0.5m,截面积0.196m2,要求单桩控制面积1m2或1.44m2。根据软土深度,喷粉桩桩长设计为3.1-13.5m,平均6.6m,施工时可根据实际情况改变桩长。处理宽度与路基底同宽或稍宽。
3.2施工
1)施工机械及施工材料。施工机械有:GPP-5型喷粉钻机一台;YP-2型粉体喷射机一台,能定时定量发送粉体材料;W1.8/10型空气压缩机一台;12-20t吊车一台;10-20t运输车一台。所需材料主要是经过磨碎的生石灰粉,设计掺入比为15%,即每延米喷灰量不少于50kg。
2)施工工序。钻机定位对孔。对孔误差不得大于50mm,调平后钻机主轴垂直度误差不得大于1%;正转预拌下沉至设计深度;提升喷粉搅拌。在确定喷至孔底时按0.5m/min速度反转提升并搅拌;重复搅拌。为了保证粉体搅拌均匀,再次将搅拌头搅拌下沉到设计深度后提升反转搅拌,速度应控制在0.5-0.8m/min;当重复搅拌完毕后移机进行下一根桩施工。
3)施工注意事项。施工前必须初探地质情况,检验地质与设计图纸是否一直,在室内做配比试验,确定用灰量;桩体施工中若发现钻机有不正常振动、晃动、倾斜、移位等现象,立即停机并检查原因,必要时应提钻重打;施工中应随时注意喷粉机、空压机运转情况,压力表显示变化,送灰情况等。保持送风通道干燥,在预搅下沉至开始喷粉前应在钻杆连续输送压缩空气。送灰过程中,要预防送灰管、阀门在钻具提升途中发生堵塞;提升搅拌时应控制提升速度在0.5-0.8 m/min范围内,确保足够用水量,及搅拌均匀,保证成桩强度;喷粉时灰罐内气压要比管道内气压高0.02-0.08 MPa,以确保正常送灰;设计上要求搭接桩体,连续施工,一般相邻桩施工间隔不得超过8 h。若因停电、机械故障而超过允许时间采取补救措施。
4处理结果分析
需进行有效监控和检测。本段选用了沉降、侧移观测及静载试验等方法联合检验。
4.1沉降、侧移观测
为了了解软土处理后沉降固结程度及软土变形受力状况,防止发生侧向移动引起桥台位移过大而破坏,和填土过程中因填土过快发生路基失稳滑移现象,对软土路基沉降、水平位移进行观测以指导施工。在全线软土区段布置了沉降及水平位移监测点,每100m设一点,观测仪器埋设必须在软土处理后,填土开始前进行,仪器埋设前必须根据纵向及横向软土情况确定埋设断面和仪器的埋置数量、埋置位置及埋置深度。沉降及水平位移观测应随着路基填筑而定期进行。
4.2静载试验
因喷粉桩处理软土是用生石灰与土一起搅拌发生反应,改变原土结构,改善地基土物理和力学性能。为了掌握及了解喷粉桩处理软土后地基土受力状况及检测喷粉桩加固软土路基效果,选择两个点进行压板静载试验。试验最大压应力为175kPa,分十级施加,每级17.5kPa。采用逐级连续加载方法。用试验数据及半无限理想弹性体公式计算复合地基变形模量。
4.3观测及试验结果分析
由沉降观测结果可知路中间处的沉降约21cm,路肩处的沉降约15cm,喷粉桩处理软土后沉降速率是较快的,桩与土沉降同步,沉降稳定时间较短从喷粉桩复合地基压板静载试验结果可看出经过逐级施加175 kPa压应力,压板总沉降只有41.27mm,沉降量较小,卸载后回弹系数K=24.2%,所得到的复合地基变形模量远高于要求的5Mpa。另外试验施加最大压应力时未达到极限值,还具有较多应力储备。若在5.8m高填土路基压力下复合地基的变形模量高出设计要求两倍多。结果证明用喷粉桩加固软基工后沉降及受力状况是能满足设计要求,喷粉桩处理软土路基是一种可行的、先进方法。但因当时喷粉桩处理软土路基造价较高,只有在工期紧,且难度大软土地段采用此法较为合适。
5结束语
在高含水量,软土厚度大要求较高地段,试用石灰喷粉桩处理软土路基能在较短时间内使地基沉降稳定,有效提高地基承载力,把工后沉降量降低到最小,为能按期通车节省宝贵时间。通车后路面未发生因路基下沉而开裂破坏现象,使用效果满意,收到了显著经济效益和社会效益。但喷粉桩作为一种新型软土路基加固方法,还需进一步改进工工艺和施工方法。同时据试验结果可知,复合地基的变形模量远高出设计要求,应根据地质钻探资料进行精确的计算和修改设计,扩大桩间距或减小桩径,以降低工程造价。另外生石灰吸水膨胀后仍存在相当多的孔隙,经过地下水的多年侵蚀后,石灰桩会逐渐软化。为防止石灰桩软化,必须要求石灰桩应具有一定的初始密度,且吸水时要有一定的压力限制其自由胀发。从有关资料得知,提高石灰含量或采用粉煤灰、火山灰等掺合料,可防止石灰桩软化,但效果如何,还待进一步的检验和探讨。
参考文献
[1]叶书麟,等编著.软基处理与托换技术(第二版).
[2]王钟琦,朱小林.岩土工程测试技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1986.
[3]张建新,吴东云,刘利民.粉喷桩单桩载荷试验承载力的确定[J].岩土力学,1998,19(3):82-86.
[4]于强猛,陈春联.淮盐高速伍佑段粉喷桩处理软基的初探[J].山西建筑,2008,34(9):306-307.
关键词软土路基;石灰喷粉桩;加固
中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0030-01
1工程概况
某高速公路沿线软土区域约13.5km,软土层厚度为1-3m,部分地段5m以上,最厚处超过10m,软土含水量一般为50%左右,部分地段达70%以上。软土区域路堤填土高度一般为3-7m不等,软土区段纵向与横向软土厚度极不均匀。为了保证工程质量,避免竣工后路面下沉开裂必须严格控制路基填筑速度及沉降量。由于种种原因无法按期完工,寻找一个固结速度快、工后沉降小且经济允许处理方法。经过与设计部门多次商讨采用石灰喷粉桩处理。在软土路段埋设沉降及侧移观测桩,在喷粉桩处理地段增加压板静载试验,观测软土固结程度,掌握喷粉桩及软土的变形、受力状况指导施工。
2石灰喷粉桩处理软土加固原理
喷粉桩是利用特制带搅拌叶钻机深入软土深处,将定量固结剂喷射到软土并就地将软土与固结剂强制搅拌,利用固结剂与软土发生物理化学反应,使原来松散土粒胶结成一整体形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好圆柱状结石体。固结剂可以采用水泥或生石灰粉。生石灰加固地基则可与周边软土发生多种物理化学反应,形成力学性能良好圆柱状桩体,在成柱时吸收了大量水分降低周边软土含水量,挤密桩间软土,改善桩间软土物理和力学性能,提高桩间软土承载力,形成石灰桩和桩间土共同承受荷载复合地基。
3石灰喷粉桩施工应用分析
3.1工程介绍
根据地质钻探资料,确定喷粉桩处理软土主要集中在软土较厚的路段,里程桩号为K32+140-K32+600,K33+148-K33+499,K34+980-K35+040路段。路基填高5-7m,基底软土层厚达2.9-10.8m,软土埋深3-13m。软土为流塑状淤泥质粘土或软塑状轻亚粘土,含水量达70%。地基承载力只有40-50kPa,变形模量不到2000 kPa。设计要求处理后复合地基承载力必须达到120kPa,变形模量大于5MPa,允许有一定沉降量。根据地质状况及设计要求,喷粉桩采用正交网格状布置,桩间距为1.0m或1.2m,桩径为0.5m,截面积0.196m2,要求单桩控制面积1m2或1.44m2。根据软土深度,喷粉桩桩长设计为3.1-13.5m,平均6.6m,施工时可根据实际情况改变桩长。处理宽度与路基底同宽或稍宽。
3.2施工
1)施工机械及施工材料。施工机械有:GPP-5型喷粉钻机一台;YP-2型粉体喷射机一台,能定时定量发送粉体材料;W1.8/10型空气压缩机一台;12-20t吊车一台;10-20t运输车一台。所需材料主要是经过磨碎的生石灰粉,设计掺入比为15%,即每延米喷灰量不少于50kg。
2)施工工序。钻机定位对孔。对孔误差不得大于50mm,调平后钻机主轴垂直度误差不得大于1%;正转预拌下沉至设计深度;提升喷粉搅拌。在确定喷至孔底时按0.5m/min速度反转提升并搅拌;重复搅拌。为了保证粉体搅拌均匀,再次将搅拌头搅拌下沉到设计深度后提升反转搅拌,速度应控制在0.5-0.8m/min;当重复搅拌完毕后移机进行下一根桩施工。
3)施工注意事项。施工前必须初探地质情况,检验地质与设计图纸是否一直,在室内做配比试验,确定用灰量;桩体施工中若发现钻机有不正常振动、晃动、倾斜、移位等现象,立即停机并检查原因,必要时应提钻重打;施工中应随时注意喷粉机、空压机运转情况,压力表显示变化,送灰情况等。保持送风通道干燥,在预搅下沉至开始喷粉前应在钻杆连续输送压缩空气。送灰过程中,要预防送灰管、阀门在钻具提升途中发生堵塞;提升搅拌时应控制提升速度在0.5-0.8 m/min范围内,确保足够用水量,及搅拌均匀,保证成桩强度;喷粉时灰罐内气压要比管道内气压高0.02-0.08 MPa,以确保正常送灰;设计上要求搭接桩体,连续施工,一般相邻桩施工间隔不得超过8 h。若因停电、机械故障而超过允许时间采取补救措施。
4处理结果分析
需进行有效监控和检测。本段选用了沉降、侧移观测及静载试验等方法联合检验。
4.1沉降、侧移观测
为了了解软土处理后沉降固结程度及软土变形受力状况,防止发生侧向移动引起桥台位移过大而破坏,和填土过程中因填土过快发生路基失稳滑移现象,对软土路基沉降、水平位移进行观测以指导施工。在全线软土区段布置了沉降及水平位移监测点,每100m设一点,观测仪器埋设必须在软土处理后,填土开始前进行,仪器埋设前必须根据纵向及横向软土情况确定埋设断面和仪器的埋置数量、埋置位置及埋置深度。沉降及水平位移观测应随着路基填筑而定期进行。
4.2静载试验
因喷粉桩处理软土是用生石灰与土一起搅拌发生反应,改变原土结构,改善地基土物理和力学性能。为了掌握及了解喷粉桩处理软土后地基土受力状况及检测喷粉桩加固软土路基效果,选择两个点进行压板静载试验。试验最大压应力为175kPa,分十级施加,每级17.5kPa。采用逐级连续加载方法。用试验数据及半无限理想弹性体公式计算复合地基变形模量。
4.3观测及试验结果分析
由沉降观测结果可知路中间处的沉降约21cm,路肩处的沉降约15cm,喷粉桩处理软土后沉降速率是较快的,桩与土沉降同步,沉降稳定时间较短从喷粉桩复合地基压板静载试验结果可看出经过逐级施加175 kPa压应力,压板总沉降只有41.27mm,沉降量较小,卸载后回弹系数K=24.2%,所得到的复合地基变形模量远高于要求的5Mpa。另外试验施加最大压应力时未达到极限值,还具有较多应力储备。若在5.8m高填土路基压力下复合地基的变形模量高出设计要求两倍多。结果证明用喷粉桩加固软基工后沉降及受力状况是能满足设计要求,喷粉桩处理软土路基是一种可行的、先进方法。但因当时喷粉桩处理软土路基造价较高,只有在工期紧,且难度大软土地段采用此法较为合适。
5结束语
在高含水量,软土厚度大要求较高地段,试用石灰喷粉桩处理软土路基能在较短时间内使地基沉降稳定,有效提高地基承载力,把工后沉降量降低到最小,为能按期通车节省宝贵时间。通车后路面未发生因路基下沉而开裂破坏现象,使用效果满意,收到了显著经济效益和社会效益。但喷粉桩作为一种新型软土路基加固方法,还需进一步改进工工艺和施工方法。同时据试验结果可知,复合地基的变形模量远高出设计要求,应根据地质钻探资料进行精确的计算和修改设计,扩大桩间距或减小桩径,以降低工程造价。另外生石灰吸水膨胀后仍存在相当多的孔隙,经过地下水的多年侵蚀后,石灰桩会逐渐软化。为防止石灰桩软化,必须要求石灰桩应具有一定的初始密度,且吸水时要有一定的压力限制其自由胀发。从有关资料得知,提高石灰含量或采用粉煤灰、火山灰等掺合料,可防止石灰桩软化,但效果如何,还待进一步的检验和探讨。
参考文献
[1]叶书麟,等编著.软基处理与托换技术(第二版).
[2]王钟琦,朱小林.岩土工程测试技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1986.
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[4]于强猛,陈春联.淮盐高速伍佑段粉喷桩处理软基的初探[J].山西建筑,2008,34(9):306-307.