粉喷桩也叫加固土桩,它是利用粉状水泥(或石灰)等材料作加固化剂,在钻孔过程中使用特制的深层搅拌机械将固化剂喷入软土地基的深层,经搅拌使原位土与固化剂均匀混合并发生一系列物理、化学反应,使软土硬结成具有整体相互影响,共同作用承担上部荷载的粉喷桩复合地基。由于粉喷桩具有能有效减少总沉降量、能承受较大的加荷速率、抗侧向变形能力强、可大大缩短施工期等优点,目前在我省的地方公路建设中得到广泛应用。 1、粉喷桩设计方法
1、粉喷桩设计方法
⑴ 技术要素的选用
在进行粉喷桩的设计时,有几项比较主要的技术要素,如基准期、容许工后沉降、加载速率、预压期等,而在进行这些技术要素的标准选用时,我们必须进行严格控制,在参照相关的规范标准等要求,并结合实际应用情况之后,才能进行合理的设计。
目前,我省粉喷桩采用的设计标准普遍为:
①基准期及容许工后沉降:柔性路面设计使用年限为20年,按目前通常的做法,基准期亦为20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,其它结构物与路堤相连处取10cm。
②稳定验算安全系数:稳定验算安全系数一般以K≮1.2控制。
③加载速率:加载速率关系到路堤在施工中的稳定性,设计采用两种平均速率:粉喷桩处理路段及填高小于极限高度的路段取15cm/d,其余取10cm/d。施工中的速率可根据路堤稳定观测的结果予以调整。
⑵ 桩体及桩位的布设
粉喷桩的桩径一般为50cm,设计的桩长宜穿透软土层并达到持力层内50cm。桩距与路堤的稳定和沉降量有关,最小桩距宜为1.1～1.2m,桩位在平面上呈正三角形(梅花形)或矩形布置。为改善路堤底面的受力条件,粉喷桩处理段路堤下宜铺设30cm左右的砂垫层。经计算,如涵洞、通道位置工后沉降量大于30cm,则其地基宜采用粉喷桩处理,桩间距宜采用1.1～1.2m。对于工后沉降量小于30cm而大于20cm的位置,则其地基采用土工合成材料加筋配合等载预压进行软基处理。经计算,如桩基桥台位置工后沉降量大于30cm,则对其台前及台后地基用粉喷桩处理,再施工桩基础及进行台后路基填筑。
⑶ 施工沉降观测
①观测点位的布设:观测点布设在路堤中心(以距离中心线50cm左右为宜)及两侧路肩,一般软土路段每100m布设一观测断面,预压施工高度超过5m的路段上每50m设一观测断面。此外在与跨度超过30m的桩基结构物相邻的两端各设一观测断面,跨度小于30m时仅在一端设置,观测断面宜离开桥头搭板1m左右。所有涵洞(包括箱形通道)处原则上均需设置一组沉降观测点,观测点位于涵背一侧,离涵背约2m处。在粉喷桩一般处理段、过渡段、等(超)载预压段接头处,应在离开接头各10m以外的位置分别设置一组沉降观测点,以观测不同处理方案的沉降差异,距离相近、地质情况一致的可考虑统一布点。在地质情况明显变化的分界线两侧各10m处,应分别布置一组沉降观测点。
②观测频率的确定:路堤施工期:每往上填筑一层便观测一次,路堤填高超过极限高度之后,每7d观测一次,直至稳定再转入正常观测。预压期:第一个月每7d观测一次,第二个月至第三个月每15d观测一次,从第四个月起每一个月观测一次,直到铺筑路面前。
2、工艺性试桩的设计要求
为了确定各种操作技术参数,粉喷桩施工前施工单位必须考虑到不同的地质情况,根据室内配比进行工艺性试桩,试桩应达到下列要求:
(1)满足设计水泥喷入量的各种技术参数。钻进速度:参考值V≤1.5m/min;平均提升速度:参考值Vp≤0.8m/min;搅拌速度:参考值R≈30r/min;钻进、复搅与提升时管道压力:0.1MPa≤P≤0.2MPa;喷灰时管道压力:0.25MPa≤P≤0.40MPa。
(2)水泥搅拌的均匀程度,掌握下钻及提升的困难程度,确定合适的技术处理措施。成桩试验的桩数不宜少于5根。
3、施工工艺要求及注意事项
3.1 施工工艺要求
要根据工艺试桩确定的各种操作技术参数制定施工要点,供现场操作人遵守。严格控制钻孔下钻深度、喷粉高程及停灰面,确保粉喷桩长度和喷粉量达到规定要求。深度误差不得大于5cm,水泥损耗量平均不得大于1kg/m。[粉喷桩要穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层,并深入硬土层50cm,持力层深度除根据地质资料外,还应根据钻进时电流表的读数值来确定,当钻杆钻进时电流表的读数明显上升,说明已进入硬土层,如能持续50cm以上则说明已进入持力层。搅拌机每次下沉或提升的时间必须有专人记录,时间误差不得大于5s,提升前要有等待送粉到达桩底的时间,防止出现提升却未喷粉的情况,具体时间随机械类型与送灰管长度而变化 在桩上部1/3范围内应重复搅拌一次,并且复搅长度不足5m的,按5m施工。特别需要指出的,对于软土天然含水量大于70%的地段,要求复搅长度应贯穿软土层。
3.2 施工注意事项
3.2.1 关于复搅与提升:在桩顶部1/3范围内应重复搅拌一次,高度至少大于5m.钻进提升时管道压力不宜过大,以防淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。
3.2.2 关于补喷和废桩问题:如发生意外影响桩身质量时,应在水泥终凝前采取补喷措施,补喷重叠长度≤1.0m。补喷无效时须重新打桩,新桩与废桩的间距≥20cm。
3.2.3 输灰管须经常检查,不得泄漏及堵塞,管道长度以60m为宜。对钻头定期检查,直径磨耗量≤1cm,钻头直径≯ 53cm。
3.2.4 在灌注桩两侧布设粉喷桩位时,应预留钻孔灌注桩施工位置,预留净距为140cm。
3.2.5 成桩施工顺序从四周边开始向中心进行,相邻两根桩必须跳跃间打。
3.2.6 砂砾垫层必须在桩体强度达到70%时方可铺筑。
3.2.7 监理处必须对粉喷桩施工进行全过程旁站,按实际发生数量进行计量。
4、质量验收标准
对成桩质量的验收办法,可通过有以下四种方式进行检测:
4.1 成桩7天内浅部开挖桩头,其深度宜为0.5 m,目测检查搅拌的均匀性,测量成桩直径。检查频率为10%。
4.2 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%。
4.3 成桩28天后在桩体上部(桩顶以下0.5 m、1.0 m、1.5 m)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1%～2‰。
4.4 必要时可安排进行全桩长取芯,以检测粉喷桩的质量。粉喷桩施工允许偏差。
结束语
从近年来软基处理方式的应用效果上看,粉喷桩处理软土地基在目前来看仍然是一种行之有效的技术手段,它与其他软基处理方式相比,具有了预应力砼管桩、砂桩等所没有的一些技术优点。但从施工操作的角度出发,其技术难度较大,如果掌握不好,极易出现偏差,且因其为隐蔽工程,易留下隐患。所以,我们只有以科学的态度,按照设计的方法、标准来严格规范施工的工艺控制,只有这样,才能确保粉喷桩施工质量。
