软土地基加固施工技术论文.doc

平交道口改立交桥路基工程软土地基处理分析软土地基加固施工技术绪 论随着经济发展交通行业建设增大，对公路交通需要迫切，尤其要发展高速公路。因而在高路堤、大型桥梁，大量的涵洞、通道处软土都给它 们带来不同程度的危害。如路基的滑移，开裂，路面起伏不平， 桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸而使这些地区的公路建 设者感到非常棘手，要花大量人力、物力、财力和时间，去进行 勘察、测试、设计、科研和施工。若处理不好将会带来极大的资源浪费。就软土地基给公路工程带来的危害进行了分析，介绍了高压旋喷桩法在软土路基施工中的运用，详细阐述了高压旋喷桩法的施工工艺、施工特点。第一章 软土地基处理 1. 软土地基处理1.1软土物理性质软土是指抗剪强度较低、压缩性较高、渗透性较小、天然含水量较大的饱和性粘性土。常见的软土有淤泥、淤泥质土、泥炭和泥炭质土等。这些软土广泛分布在我国沿海地区和内陆的大江、大河、大湖泊沿岸及周边地区。软土对工程有较大影响。因此，在工程建设中必须引起足够的重视。1.2软土主要特征天然含水量高、天然空隙比大：天然含水量一般大于液限wL（4090）。天然空隙比e一般大于等于1.0；变形大、强度低：由于软土天然含水量高、天然空隙比大，软土地基变形大、强度低。软土压缩系数大，一般压缩系数12大于0.5Mpa-1，当垂直压力为0.1Mpa左右时，软土的压缩变形量大，因此会造成建筑物沉降量大。软土不排水抗剪强度小于30Kpa，长期强度更低。渗透性低、渗透系数小：渗透系数k110-6110-8cm/s。因此软土的固结时间很长。触变性：软土在未破坏时，具有固态特征，一经扰动或破坏，即转变为稀释流动状态。流动性：土的流变性是指土在一定切应力作用下，发生缓慢长期变形的性质。因流变产生的沉降持续时间可达几十年，软土的长期强度小于瞬时强度。1.3软土对建筑物的影响及危害软土地基沉降大，且多为不均沉降，极易造成建筑物开裂、倾斜、倾覆。因此软土对建筑物的影响及危害非常大。软土地基的性质因地而异，因层而异，不可预见性大。在设 计、施工过程中，稍有疏忽就会出现质量事故，常见的事故有: 1.3.1 勘察中的失误 勘察设计不详细或不准确，导致对应该作软基处理的地段未作处理设计，此类工例不 少，世界银行贷款项目也存在此类现象。 1.3.2 软土地基处理不当已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。工例有：汕头磊口大桥引道由于高 填土引起线外土地隆起，民房受损路基难以稳定，只好增加桥 梁长度，建成后一段时间，仍然出现锥坡不均匀下沉，又做了处 理，现已改建新桥。中山县附近的狮窖口桥，原设计是拱式桥 跨，台背填土较高由于高填土的推力作用和地基严重下沉，使 桥台被推坏，拱体损伤，新路旁的老公路被挤移，将一条近10 m宽的水沟填塞，路外厂房和民房受损，迫不得已改变桥型(原拱 桥拆掉重建梁桥)，增大桥长，降低路堤。（附图见后） 1.3.3 路基失稳虽然作了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道，虽然 软土采用砂并结合分级加裁预压处理，路堤填土高度7m，南岸砂 井施工完成后，仅填土到2.5m高(第一级加载)时就发生破坏，北 岸在第三级填土完成时发生破坏。填土完成也发生破坏。经开 挖分析，原因是地质资料不准确，填土速度过快，后加的反压 护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水(挖 边沟时，原路堤底有大量的水流出)，用袋装砂并(原先的砂并是 无袋砂并)和捕土工布进行修复。 1.3.4 路堤失稳堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。新会虎坑、大洞 桥的引道，原设计对软基都作了袋装砂并结合砂垫层加固处理， 由于投资限制，大部分路段的处理被取消。在施工过程中，有几 处路堤发生滑塌现象，通车后整个路段不均匀沉降明显。主要原 因是堆料不当，未按规定分层填筑，也未作施工观测，填土过快，碾压不当。其填料采用开山石渣 土，其中合有大块石，运料没有做到均匀卸土，合理分层，而是 堆成厚层用强振碾压，使强度很低、灵敏度很高的软土地基受到 破坏。末作加固处理但按规定施工的路段，虽然后来沉降较大， 但没有发生破坏。 扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。软土地基上往往有 一层强度比软土高的土层，被称为“硬壳层”。一般承压力为180Kpa。“硬壳层”可以起 到承重和扩散应力作用，利用好“硬壳层”对于减少工程投资是 有意义的。有的地区甚至认为，有“硬壳层”存在的软土地基， 宁可不作软土地基特殊处理，充分利用“硬壳层”的扩散应力作 用，采取预压措施，以保持填筑路堤的稳定。但若对“硬壳层” 的勘察、利用工作做得不好，则达不到顶预想的效果。 1.3.5 结构物产生负摩阻力引起桥台变位由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用，引起桥台发生变位以至损 坏。在软土地基上的桥台，基础不论是用支承桩或是摩擦桩，由 于台背填土引起软土层发生较大的沉降，对桥台及桩基础产生纵 向推挤向河中方向和负摩擦力作用，轻则使桥台发生位移或下沉，重则损坏桥台危及桥墩，这种现象尤以轻型桥台为甚。此类现象出现不少给工程的进展和完工后的使用带来不利影响。主要问题是：台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位；先做桥台，后做锥坡及台背填土；锥坡没有按设计图纸做足，台背填土时把轻型桥台推坏；由于负摩擦力作用，引起桥台下沉。1.4 软土地基加固方法当软土地基不能满足承载力或稳定性要求时(规范规定为160Kpa),对地基加固是有效的措施。地基加固的方法很多，总体上可分为两类：第一类方法的原理是减少土体中的孔隙，使土颗粒尽量靠拢，从而减少压缩性、提高强度，如换填法、预压法、夯实法、振动水冲法、挤密柱法、砂石桩法等；第二类方法的原理是用各种胶结剂把土颗粒胶结起来，如深层水泥搅拌桩、水泥旋喷桩、灌浆法等。由于各个建筑物的工程地质条件、水文地质条件以及建筑物性质、使用要求的不同，其地基加固的方法不同。本文根据笔者亲身实践的铁路道口平改立立交桥地基加固实例，谈谈水泥旋喷桩加固软土地基的施工技术。第二章 工程概况山海关站场改造K423+062.45处平交道口改立交桥工程，设计为15.0m框构桥（涵）。桥下净宽5.00m、净高3.20m、全宽5.80m。框构桥全长为17.93m，框构轴线与铁路轴线交角为90，前后端框构主体距线路中心分别为4.0 m（沈山下行线侧）、3.5 m（秦沈下行线侧）。框构桥涵身设计采用C35号钢筋混凝土，抗渗性等级不低于B8，主筋采用钢筋，箍筋采用钢筋。地震基本烈度按度设防。设计荷载为铁路中活载，公路汽20级。标准冻结深度：1.4 m。框构桥基底持力层土质为砂粘土性淤泥，层厚3m，呈软塑-流塑状态，属软土地基，天然承载力标准值为80kpa，无法满足设计要求。需对地基持力层进行加固处理。地基加固设计方案采用旋喷桩加固方法。旋喷桩进入粉砂层深度不小于1.0m，加固处理后的持力层基本承载力要求达到150kpa。（附图见后）设计依据中华人民共和国行业标准建设地基处理技术规范JGJ79-91；设计要求经加固处理后复合地基承载力标准值达到150kpa；满足设计及规范对框架立交桥地基沉降及倾斜的要求，加固处理后符合地基沉降量不大于10mm。框架桥施工采用预制顶进就位法，施工时要求24小时连续作业。为解决框架桥施工时地基承载力不足以及框架桥完工后基础沉降的问题，在不影响铁路正常安全行车的前提下对基础持力层土体进行加固。第三章 地基加固设计方案3.1 设计原理：高压旋喷桩法，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后，为6.1米，以2040MPa压力把水泥浆从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度快和脉动状的射流，其动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来，水泥浆液射入土壤中，土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土层中形成一个凝固体。从而改善地基的物理力学性质。该方法用于地基加固提高了地基的承载力和抗剪强度，改善土的变形性质，使其在上部荷载作用下不产生破坏和过大变形。3.2 方案设计3.2.1 旋喷桩直径确定通常应根据估计直径来选用喷射注浆的种类和喷射方式。对于大型的或重要的工程，估计直径应在现场通过试验确定，本工程初步定为0.50米，并采用矩形和三角形布置。3.2.2 固结体强度设计(浆液配比)高压旋喷注浆凝固体的强度（抗压强度、抗剪强度、弹性模量）受到浆液材料及配方、土质和水质等许多因素的影响，本工程初步确定采用1：1水泥为主，配以一定量的高分子材料、水玻璃、扩散剂、减水剂、速凝剂等。3.2.3 喷射桩长的设计 3.2.3.1复合地基承载力计算旋喷复合地基承载力标准值应通过现场试验确定。也可按下式计算或结合当地情况及其土质相似工程的经验确定。fspk=1/AeRdk+fsk(Ae-AP)。式中fspk_ 复合地基承载力标准值； Ae 1根桩承担的处理面积； AP 桩的平均截面积； fsk 桩间天然地基土承载力标准值； 桩间天然地基土承载力折减系数，可根据试验确定，在无试验资料时，可取0.2 - 0.6，当不考虑桩间软土的作用时，可取零。Rdk 单桩竖向承载力标准值，可通过现场载荷试验确定。3.2.3.2喷射桩长的设计由规范单桩竖向承载力，可按下列公式计算，取其中小者Rdk=.fcu,k.Ap Rdk=Dhjqsi+ Apqp式中 fcu,k桩身试块（边长为70.7mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值； 强度折减系数，可取0.35 - 0.50； d桩的平均直径； n桩长范围内所划分的土层数； hj桩周第I层土的厚度； qsi桩周第I层土的摩擦力标准值，可采用钻孔灌注柱侧壁摩擦力标准值； qp桩端天然地基土的承载力标准值，可按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ7-89第三章第二节的有关规定确定。 按设计承载力fk=150 Kpa计算，单桩承载力F=1501.0-0.480(1-0.196)=124KN,由Rdk=Dhjqsi+ Apqp取D=0.50m，h1=5,qs1=12 Kpa，h=1 米，qs2=20Kpa, qp =240Kpa ，Ap=0.196m2设桩长h=6.1m得Rs=0.50(5.012+1.020)+0.196240=173KN 124KN, 满足设计要求，并有一定安全储备。3.2.4 沉降量的控制桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形值应按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ7-89的有关规定计算。对于本工程，由于地基土较软弱，设计对沉降要求严格，s10mm，在计算沉降时未考虑软土的承压作用，上部荷载全部由桩承担，桩顶沉降为1.5%D，即7.5mm，满足设计要求。经测算加固范围为框架桥底2512米（垂直铁路方向25米，沿铁路方向12米）布置桩197根, 钻孔延米数为2013米，有效注浆长度约为1398米,空钻长度约为615米。第四章 施工工序及施工工艺4.1 现场试验 施工前在施工现场选择适当的位置进行钻探并提取原状土样及水样，在室内做土工实验，确定持力层土天然承载力，各种物理力学指标。根据实验结果首先在室内确定即将选定灌注浆液的配比，并在室内做现场模拟灌注试验，借以确定现场施工工艺的指导施工参数。4.2 施工工序 4.3 注浆孔钻孔施工 钻孔施工采用自行研制改进的锚杆钻机，钻孔施工必须严格按设计的位置、角度、次序进行。4.4 浆液拌制及注浆钻孔施工完毕后应当立即按照设计方案中要求的步骤、工艺灌注预先配好的浆液。浆液的拌制在现场要有专人负责，严格按设计配比进行。参数控制执行建筑地基处理技术规范（JGJ19-91）中有关规定。具体工程参数控制如表。转 速提 速高 压 水压 缩 空 气浆 液r/minCm/min流量L/min压力MPa流量m3/min压力MPa材料水灰比流量 L/min压力 MPa105-107530-4030.7水泥11800.3-0.54.5 旋喷施工工艺参数表旋喷回结体直径1.4m，不出现断层。引孔直径130。引孔垂直度0.5%。引孔深度确保进入隔层1m。桩位偏差20mm。引孔沉渣20mm4.6 施工监测 施工过程当中应当随时检测既有线路标高的变化情况，根据监测资料随时调整施工进程。4.7 检测试验由于高压旋喷桩施工难度大，特制定施工细则，在施工中严格遵守，以保证施工质量。3.7.1钻机就位与设计位置偏差要求小于2cm，垂直度偏差度小于1%。采取钢尺丈量和吊锤球的方法检测，满足精度要求后方可进行钻孔施工。3.7.2施工时严格控制各种施工参数，发现问题及时汇报处理。现场施工做到及时记录、及时调整、及时汇报处理。3.7.3高压旋喷应全孔连续进行，若中途拆卸喷射管，则应进行复喷，搭接长度不小于200mm。供浆正常的情况下，孔口回浆密度变小、且不能满足设计要求时，应加大进浆密度。3.7.4在施工时严格遵守操作规程，班长和技术员严格进行质量自检。4.8 质量检验的主要内容设备安装平稳对正，开孔前须严格检查桩位和开孔角度。引孔钻具岩惦管长度不小于3m，同心度要好。确保引孔浓度达到设计要求。需用取心钻具，取心难入岩浓度确保喷底进入泥质髟岩隔水层1m。保持引孔泥浆性能，孔壁完整，不坍孔，确保高喷管顺利下至孔底。高喷管下井前需在井口试验检查，防止喷嘴堵塞。高喷管下至距孔底0.5m时，应先启支浆泵送浆，同时旋转下放，下至于孔底（开喷深度）后，再启动高压泵和空压机，各项参数政党后方可提升。浆液配制必须严格按照配比均匀上料，经常检查测定浆液比重，并做好记录。高喷作业中，必须注意观察水、气、浆压力和流量达到设计要求，发现异常，要立即停止提升，查明原因，及时处理。分节拆卸高喷管时，动作要快，尽量缩短停机时间。因故停机（卸管或处理故障）时，需将近高喷管下放至超过原高喷深度0.1-0.5m处，重新开机作业，以避免回结体出现新层。地层（较大砾石层或较硬地层）应降低提升速度，高喷参数不政党孔段应进行复喷。采用两序施工（间隔一个）防止串孔。及时回灌，保持孔内浆满。连续施工时可采用冒浆回灌。为确保回结体强度，冒将浆不得回收和利用。遇农药油、漏水、学习班浆孔段，应停止提升，继续注浆，冒浆政党后再提升；漏失严惩时应采取堵漏措施，并做好记录。高喷作业时，各岗位要明确分工，统一指挥，协调一致。高喷结束后，要立即清洗管路设施。各种记录资料及时整理上报。 严格遵守操作规程,初步确定旋喷参数：压力30Mpa，旋转速度32转/分，提升速度0.25米/分，旋转注浆量为500升/米，底部顶部1米范围内复喷一次。固结体质量检查：即做单桩的整体性、均匀性、有效直径