粉喷桩在黄延高速公路软土地基加固的应用

所属栏目：公路工程类论文
发布时间：2012-07-30 09:36:35  更新时间：2012-07-30 09:22:34

摘 要：本文阐述了在黄延高速公路建设中，采用粉喷桩加固软土地基的成功实践，充分论证了粉喷桩施工机动灵活、污染小，是一种经济、快速的软基加固方法。

关键词; 粉喷桩;软土地基加固;概况;施工要点;技术操作

Abstract: This article elaborates the successful practice of using dry jet mixing pile strengthening soft soil foundation in the Huang Yan freeway construction, it fully demonstrates the powder spraying pile construction is flexible, little pollution, and it is an economic, fast soft base reinforcement method.

Key words; powder spray pile; soft soil foundation reinforcement; profiles; construction key points; technical operation

中图分类号：TU447 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

1.工程概况

黄延高速公路起自黄陵县康崖底(K167+748.947)，与已建成的铜川至黄陵一级公路相接，终于延安市西北的河庄坪(K311+059.284)，与在建的延安至安塞高速公路相接，全长143.205公里。

沿线地貌属典型的黄土台塬、黄土梁峁、黄土沟壑区，地势北高南低，由西北向东南倾斜。

由于路线所经地区的土质多为黄土、湿陷性黄土、老黄土，并且地形变化大，冲沟发育，所以需要加固处理的软弱地基非常普遍。

这些路段的软土主要有以下特性：软土层厚5～9米，含水量为17～19%，液限27.5%，塑限10.1%，孔隙比平均值为1.056，压缩系数(a1-2)平均值为1.022MPa-1。

2.粉喷桩施工要点

粉喷桩施工是采用粉喷桩专用机械设备，其打深能力不少于18m，成桩直径50cm，通过带三叶片的涡轮钻头将水泥粉和软土进行强制拌和，从而达到提高地基承载力的目的。

2.1施工设备

粉喷桩施工需用的主要机具设备见下表。

2.2掺灰量的确定　粉喷桩加固材料选用32.5级普通硅酸盐袋装水泥及现场采集要加固的土样送至试验室，按拟定的配合比和操作程序制作试块，试块成形后1-2d拆模，称重后送入养护室进行各龄期养护，达到规定龄期后，称重，做无侧抗压强度试验，选定最优灰比。通过室内10kg/m 、15kg/m、20kg/m三种灰剂量的配比和试件抗压强度试验发现：随着水泥掺量的增加，试件的无侧限抗压强度明显增加 且不同掺灰量的水泥随着龄期的增长，其无侧限抗压强度明显增加 在保证质量、节约成本的前提下，选用15kg/m的掺灰量。

2.3试桩

通过试桩来确定搅拌次数、喷灰量、下钻的速度、提升速度及水泥泵中水泥粉压力等参数。试验段试桩共10根，且待试桩成功后方可进行大规模的粉喷桩施工，试桩后芯样的无侧限抗压强度作为桩身的标准强度。

2.4工艺流程及要求

2.4.1清除地表

首先清除地表0.3m厚种植土及其他杂物，用土回填至原地面，其顶面作成三角形(路基中心两侧做成流水坡)，两侧与原地面平，中心高0.2m，其宽度不小于路提宽度，并碾压密实至K≥0.86，地基系数K30≥70Mpa/m。

2.4.2机具定位

根据粉喷桩布置范围及行列间距在现场用小木桩准确定出每根粉喷桩的位置。然后使桩机对位，调平机身，保证桩的垂直度。

2.4.3启动主电机下钻

等钻头接近地面启动自动记录仪，空压机送气并继续钻进。

2.4.4钻头反钻

当钻至设计设计深度时，停止钻进，钻头反钻，但不提升。

2.4.5喷送水泥

打开送料阀门，关闭送气阀门，喷送水泥。水泥到桩底后，提升搅拌钻头喷送水泥不停，为控制成桩质量，一般不得使用三档提升。

2.4.6原位转动

提升到设计标高时，关闭送料阀，停止喷粉。打开送气阀，空压机不要停机，停止提升，在原位转动二分钟，以保证桩头均匀密实。

2.4.7二次搅拌

搅拌钻头再钻至设计桩底深度时，进行第二次搅拌。

2.4.8填写施工记录

当搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，填写施工记录。

2.4.9移动钻机

移动钻机到下一个桩位，开始下一循环。

2.5关键控制技术和操作要点

粉喷桩的关键技术是控制喷粉，即将粉体成桩固化剂用压缩空气输送到钻头并射到土层中去。喷粉直接关系着成桩的质量。喷粉一般在喷气后进行，其操作程序是：开通喷粉球阀和蝶阀、关闭喷气阀，按下无级变速器电机启动按钮，使旋转供料器运支喷射管，喷入土层。以上操作要求迅速连贯，一气呵成

2.5.1操作要点：

① 钻杆垂直

② 气压控制

③ 钻头滞留

④ 连续作业

⑤桩顶设计标高与地面标高接近时，地面以下1m范围内喷粉、搅拌、提升宜用慢速，当喷粉即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒钟，以保证桩头均匀密实。

⑥喷粉开始时，应将电子秤显示屏置零，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉搅拌时，记录人员应随时观察电子称的变化显示，以保证各段(通常以1m为一个单位)喷粉均匀。

⑦粉体固化剂入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0.5cm，没有纸屑、石块等杂物。

3.施工质量控制

3.1施工放样控制

在粉喷桩施工前，根据路基宽度和设计参数在施工平面画布桩图。依布桩图放出施工区域大样，在每区域按设计桩距进行桩位放样。桥台位置布桩时，要保证灌注桩和粉喷桩有一定的间距，以确保灌注桩施工不出现坍孔。

3.2现场控制

项目部派专人负责粉喷桩的施工，要求粉喷桩施工进行24小时全过程旁站，且所有施工人员(包括技术员、施工员、机长)要求挂牌上岗，施工设备要求进行编号，主机塔架上标每m的刻度线(要求有反光标志)，以便掌握钻入深度、复搅深度、复搅速度。

3.3检查机具

现场施工人员开钻前检查钻机的计量器和打印机的完好性、准确性，对不符合设计要求的桩体及时采取补救措施。

3.4现场施工控制

3.4.1控制钻机速度 钻机以慢速启动钻进，正常后换中速钻进，当钻头接近设计深度时挽回慢速钻进，钻头在原位转动1min。为保证钻杆中送粉通道的干燥，从钻进开始到喷粉期间应连续输送压缩空气。

3.4.2提升喷粉搅拌 在确认水泥粉喷至孔底后，以1.08m/min的速度反转提升，在提升的同时连续喷粉。当提升到设计停灰标高后，应慢速在原地搅拌1—2min。

3.4.3重复搅拌 为保证桩体中水泥粉更均匀，须再次将钻头下钻到设计深度，提升复搅时，速度仍控制在1.08m/min。

3.4.4现场施工应注意事项

每根桩完成后，及时检查电脑小票中的各种技术参数。如出现桩体中喷粉量不足时，应及时整桩复打，复打的喷灰量应不小于设计喷灰量。如出现机械故障喷粉中断时，必须复打，复打重叠应超过1m。

严格控制喷粉提升时的速度和复搅速度，严禁尚未喷粉的情况下提升钻杆作业。

贮灰罐容量应超过一根桩的灰量加50kg，当贮灰量不足时，不得对下一根桩进行施工。

钻头经过一段时间施工后，应卸下来检查其尺寸，保证打出的桩体的尺寸能满足规范要求，否则将予以更换。

粉喷桩固化剂是水泥粉。为防止喷粉时堵管，不仅要保证水泥不受潮，还应该在储灰罐进口处设滤网，防止结块的水泥或杂物进入储灰罐。

对成桩7天的粉喷桩，随机按规定频率进行外观检测和转芯取样等项检测。28天龄期的粉喷桩按5%频率钻芯取样检测。对单桩和复合地基承载力检验将采用静荷载试验，检验复合地基承载力或单桩承载力。静荷载试验每施工面不小于3点，取三点的代表值确定其是否满设计要求。

4.经济效益分析

4.1施工速度快，缩短了施工周期，一昼夜最快可制直径0.5m、长10m的桩50根，采用本工法的工期是真空预压法工期的1/4。

4.2节约工程投资。在设计复合地基承载力为150kPa、粉喷量为45kg的情况下，每成桩1m的造价约37～45元，仅为真空预压法的85%。

4.3劳动强度低，施工安全、操作简便，可广泛推广使用。

4.5质量好。水泥和土形成的水泥土的整体性和稳定性好。

5.结语

在黄延高速公路建设中，全线共进行粉喷桩加固软土地基18889m、计78段，从目前监控情况看，路基沉降量小，均在允许范围之内，说明采用粉喷桩加固黄土地区软弱地基是成功的。粉喷桩施工机动灵活、污染小，可根据作业场地增减钻机数量，是一种经济、快速的软基加固方法。