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粉噴樁在橋頭軟基處理上的應(yīng)用論文
摘要：詳細(xì)敘述某公路橋梁橋頭路基的粉噴樁設(shè)計和試樁情況，提出對粉噴樁質(zhì)量控制和檢測的看法。
關(guān)鍵詞：軟土；粉噴樁；設(shè)計；檢測
一、概述
深層攪拌法加固軟土地基，就是在鉆孔過程中利用水泥、石灰等材料作為固化劑，使用深層攪拌機械將漿液狀或粉狀固化劑注入軟土地基的深層，經(jīng)機械攪拌，使原位土與固化劑均勻混合并發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。在深層攪拌法中，固化劑的注入有兩種形式，一是漿液灌注，二是粉體噴射。前者由于有漏漿現(xiàn)象，工人操作條件較差，且對含水量較高軟土地基的加固效果尚待論證，而粉體噴射法以它具有的諸多優(yōu)點而后來居上，在工程中得到廣泛的應(yīng)用。
粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡稱，其加固地基的機理在于固化劑與原位土充分混合后，由于固化劑吸收周圍土層中的水分而發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使混合樁體凝結(jié)硬化，既提高了自身的強度，又穩(wěn)定了樁周圍土層，從而使天然的軟土地基改變成優(yōu)質(zhì)的復(fù)合地基，大大提高了地基的承載能力。
固化劑可以采用水泥、石灰、石膏等材料，由于水泥樁的性能比較優(yōu)越，因此一般采用普通硅酸鹽水泥作為固化劑。從水泥與軟土的物理化學(xué)反應(yīng)過程分析，水泥與原位土攪拌越充分，混合越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)的離散性越小，地基的總體強度也越高。
粉噴樁有許多優(yōu)點，主要有以下幾方面。加固工藝合理。在制樁過程中僅向土層中噴射固化料干粉，無需注入附加的水分，使固化劑能充分吸收軟土中的水分，從而增強加固效果。施工簡單、技術(shù)可靠。國內(nèi)有多種粉噴樁施工成套機械，制樁過程完全機械化，減輕了工人的勞動強度，提高了成樁效率。制樁原料除原位土外，僅有適量的固化劑便可�？梢栽诤械叵滤牡貙又兄苯邮┕ぶ茦叮苊饬怂率┕さ穆闊�，大大簡化了施工程序。
施工工期短，進度快。經(jīng)粉噴樁處理的地基，路基填筑時可大大加快填筑速率，基本不需考慮由于填筑過快而導(dǎo)致路基失穩(wěn)的可能。保護環(huán)境。在制樁過程中無振動、無噪音、無污染，對附近建筑物無影響。粉噴樁雖然有許多優(yōu)點，但在應(yīng)用上還有一些限制。
在理論上，粉噴樁群體范圍內(nèi)的壓縮變形量較小，根據(jù)荷載、樁長、樁身強度、天然地基土強度、置換率、復(fù)合地基的變形模量等估算，一般可取2cm～5cm。而下臥軟弱土層壓縮變形量的確定，可以假定粉噴樁群體形成一種實體深基礎(chǔ)，按雙層地基計算該實體深基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，然后再進行下臥軟弱土層壓縮變形量的計算。在附加應(yīng)力的確定上，有學(xué)者指出：室內(nèi)試驗表明，水泥土的重度比原位土略有增大，增大量在1．2％～3．5％之間，加固樁身對下部未加固部分不會產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力，也不會由于加固樁身附加荷重而引起地基附加沉降。但有些學(xué)者卻持相反觀點。目前，不同的軟土特征和施工實際情況對附加應(yīng)力的影響尚待研究。
相對于國外多種多樣、五花八門的粉噴樁施工機械設(shè)備而言，國內(nèi)的機械設(shè)備可以說是品種單一、類型雷同，這直接制約了粉噴樁的設(shè)計和應(yīng)用。比如在樁徑的確定上，由于國內(nèi)的機械設(shè)備均只能施工直徑為50cm的粉噴樁，因此在設(shè)計上也只能按該直徑考慮。又如在樁長的確定上，理論上以穿透軟土層為最佳，但國內(nèi)配套鉆桿長度絕大多數(shù)都在15m以內(nèi)、12m左右，因此在應(yīng)用粉噴樁時，都以下臥軟土層的厚度不超過上述長度為選擇依據(jù)之一，如果下臥軟土層的厚度超過上述長度，則一般可以不考慮采用粉噴樁，轉(zhuǎn)而采用其他的軟基處理方法如塑料排水板等。
二、粉噴樁的應(yīng)用實例
（一）工程簡況及軟基處理方案
位于寧波東部某一級公路在建橋梁橋頭路基為典型的軟土路段，其原位土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。軟弱土基下為承載力較高的卵礫石層。路基填筑設(shè)計高度為4．2m，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料，設(shè)計軟基采用粉噴樁進行處理。橋頭路基粉噴樁處理示意設(shè)計采用425＃普通硅酸鹽水泥作為固化劑，樁直徑為50cm，噴粉量45kg?m，樁體28d無側(cè)限抗壓強度要求大于750kPa，樁長10m，平面布置為梅花形。樁間距離B值根據(jù)處理段離橋臺的遠(yuǎn)近而變化：距離橋臺0～10m范圍內(nèi)的B值為1．2m，距離橋臺10m～25m范圍內(nèi)的B值為1．5m，距離橋臺25m～40m范圍內(nèi)的B值為1．8m。這樣設(shè)計的目的是使橋頭路段與一般路段之間有一個過渡，防止沉降的突變。
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第一次試樁分別按45kg?m、50kg?m和55kg?m的噴粉量進行了施工。成樁16d和28d時，分別取芯進行了無側(cè)限抗壓強度試驗，可以看出：每延米噴粉量越多則試件的強度越高，這符合設(shè)計理論和一貫認(rèn)識。但問題是如何在有限的投資內(nèi)使粉噴樁的施工質(zhì)量能夠得到保證并有所提高。
綜合施工情況和對抗壓強度試驗報告的分析，認(rèn)為問題的關(guān)鍵并不在于提高多少噴粉量，而在于每延米噴粉量的控制和復(fù)合土的攪拌均勻程度上。因此要求施工單位配備能自動記錄每延米噴粉量的電腦設(shè)備，同時要求盡設(shè)備最大能力對復(fù)合土進行全樁長范圍內(nèi)復(fù)攪，以保證水泥與原位土的充分混合。在設(shè)計方面也同時調(diào)整樁長至14．5m以充分適應(yīng)設(shè)備的鉆進能力。
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第二次試樁按45kg?m的噴粉量，按1．2m的樁間距進行了三根樁的施工。2＃樁噴粉曲線，其鉆進深度14．5m，�；疑疃�0．5m，復(fù)攪深度8．6m。復(fù)攪深度達(dá)到8．6m時，鉆桿電流突然增大，鉆桿無法下鉆，說明該層土體經(jīng)過噴粉控制和一次攪拌后已達(dá)到了一定強度。成樁36d時，取芯進行了無側(cè)限抗壓強度試驗。
每塊芯樣的攪拌程度均較均勻，上、中、下三層試件間的強度相差不大，樁身整體強度比第一次試樁時有大幅度地提高，除2＃樁強度稍低外，其他樁強度均高于設(shè)計推算值。
針對2＃樁強度低于其他樁的情況，進行豎向抗壓靜載荷試驗，以測定其單樁復(fù)合地基承載力。試驗結(jié)果：最大試驗荷載為260kN，對應(yīng)的沉降量為20．35mm，完全滿足設(shè)計提出的160kN要求。
三、粉噴樁的檢測
（一）規(guī)范規(guī)定內(nèi)容
國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《粉體噴攪法加固軟弱土層技術(shù)規(guī)范》（TB10113—96）規(guī)定全數(shù)檢查加固料質(zhì)量、成樁深度及復(fù)攪長度、加固料用量、樁身強度等四項保證項目，按10％頻率（但不少于3根）檢測樁軸線偏移、鉆桿傾斜度、樁長、單樁噴粉量等四項允許偏差項目。
國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017—96）和《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ071—98）規(guī)定按2％頻率檢查樁距和樁徑，根據(jù)施工記錄檢查樁長、豎直度和單樁噴粉量，按5％頻率檢查樁身強度，上述五項均為允許偏差項目。
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根據(jù)省內(nèi)外其他幾條公路的檢測實例來看，上述規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容已不適應(yīng)當(dāng)前公路建設(shè)的實際需要。比如，規(guī)范對粉噴樁單樁承載力和復(fù)合地基承載力的檢測沒有規(guī)定，而對樁身強度檢查頻率的要求偏高，影響了工程的進度，也增加了工程的投資。因此，必須對規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容加以修改和補充。
根據(jù)工程實際情況，工程建設(shè)指揮部制定了《粉噴樁檢測方案》，并報請了上級主管部門的批準(zhǔn)同意。該方案對規(guī)范進行修改和補充的主要內(nèi)容如下。
樁身強度檢測頻率取總樁數(shù)的1％，對于檢測不合格的樁應(yīng)進行等量補樁。不合格率超過10％時，應(yīng)擴大檢測范圍按相同頻率繼續(xù)檢測。當(dāng)不合格率超過30％時，應(yīng)對整個處理路段進行補樁。
在大橋、特大橋兩端橋頭各做兩處靜載荷試驗。單樁靜載試驗加載到承載力設(shè)計值的1．7倍，復(fù)合地基靜載試驗加載到承載力設(shè)計值的1．7倍。同時對每個施工標(biāo)段有代表性區(qū)域進行天然地基的靜載荷試驗。
四、結(jié)論
粉噴樁能大大提高軟弱地基的承載能力，其復(fù)合地基承載力可比原位土天然承載力提高約2倍。提高粉噴樁樁身強度的關(guān)鍵在于每延米噴粉量的控制和復(fù)合土的攪拌均勻程度，應(yīng)要求施工單位配備能自動記錄每延米噴粉量的電腦設(shè)備，同時在規(guī)范要求深度以外對樁身進行復(fù)攪。在認(rèn)為有必要的地點，如高填土的橋頭，應(yīng)進行復(fù)合地基承載力或單樁承載力的檢測。若有每延米噴粉量的施工記錄，則粉噴樁的樁身強度檢測頻率可適當(dāng)降低，這樣既可加快工程進度，又可減少工程的投資。
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