粉喷桩在乐温高速公路软基处理中的应用.doc

粉喷桩在乐温高速公路软基处理中的应用樊文胜 姜迪江 文旭卿 樊友伟(江西交通工程咨询监理中心 南昌 330008)摘 要：通过对粉喷桩加固第四系全新统冲积层软土地基的实际工程，结合粉喷桩试桩试验和成桩、桩体检测中的实际情况对存在的有关问题作了初步的探讨。关键词：道路工程；粉喷桩；软基处理；应用0 前 言国道主干线乐温高速公路全长 71.645 Km。由于途经赣抚冲积平原，地表覆盖层为第四系全新统的冲积层（），具有明显的二元结构，一般上覆为低液限软塑的粘性土层，下伏为厚度较大的砂层。部分地段存在片状和透镜状分布的浅埋型淤泥或淤泥质土层，且其隐伏于表层硬层之下，厚度一般在 2m-4 m。此类地层严重影响了上部路基填方的质量和安全，必须对其进行有效的增强加固处理。针对软土地层埋深浅、分布不均匀、含水量大、强度低等特点，考虑到本地材料供应及经济发展状况，采用喷粉桩加固可以取得良好的经济技术效益。笔者在K15+489 -K19+811 段粉喷桩处理软基及应用作了初步探讨。1 工程地质条件该段地质地层结构为： 种植土，厚度约0.3m，灰褐色，饱和，软塑，有较多的植物根系； 亚砂土，厚度0.5m-2m，黄褐色，湿，软塑，土质松散，含较多的粉细砂等。根据取样及类比法地貌单元内桥位钻探测试结果，其容许承载力为=160kPa-180kPa 。 亚粘土，厚度0.5m-2m，黄褐色，湿,软塑至软可塑状，含有较多的铁锰质物，容许承载力在180kPa-220kPa 。 淤泥，淤泥质土，厚度不均匀，一般为2m-4m ，局部达至6m，其隐伏于地表硬壳层之下2m-4m处，呈片状,块状和透镜状分布，灰色，湿至饱和，软塑至流塑，有异味，根据路线地质试验及类比结果，其容许承载力为80KPa-100KPa 。 细,中砂，黄色，饱和松散，以细砂为主，含有较多的泥质，其允许承载力为100KPa-120 Kpa。根据原位测试和室内土工试验分析，软土物理性质指标见表1。表1 软土物理性质指标统计 指标 项目含水量W（%）密度(g/3)密度(g/3)空隙 比e液限(WL%）塑限WP（%）塑限指数IP液限指数IL饱和度Sr标贯击数N1范围值31.0-42.11.83-2.061.28-1.680.61-1.0930.1-49.320.6-27.58.7-171.05-1.9998.7-1001.0-3.7平均值37.01.921.460.8539.325.313.91.5499.82.42 试桩试验根据本工程的设计要求以及施工需要，为了确保工程质量，特选K18+652-k18+650段进行试桩试验。2.1 试桩方案为了明确粉喷桩的最优水泥掺入比和施工工艺操作参数，根据本段工程地质勘察报告和施工设计图纸要求，选用水泥掺入比10%（38kg/m）、11%（42kg/m）、12%（46kg/m）、13%（50kg/m）成桩4组，桩长3.0m，每组3根；另外，针对地层情况做一组13%（50kg/m），桩长7m，并对钻进过程中的电流作了详细记录。在成桩7d后进行抽芯试验，芯样送到实验室做7d、28d无侧限抗压强度（见表2）；根据现场反映情况，对试桩进行开挖观测。表2 粉喷桩芯样无侧限抗压强度试件编号水泥掺入比%外观检测桩 号抗 压 试 验芯样完整情况密实度芯样深度（m）原位桩号K18+625试件尺寸比（厚度/直径）极限荷载（N）抗压强度（kPa）备注A112(46kg/m)不完整差0.3-0.601-300.934300834.97dA2有空隙差0.8-1.00.932800543.4A3不完整差1.5-1.80.931600312.8B113(50kg/m)完整好0.0-0.301-270.9380001377.27dB2完整好0.8-1.30.966100980.5B3完整好1.3-2.00.932400413.2C112(46kg/m)完整好0.5-1.001-311.0098001648.528dC2完整好1.5-2.00.9886001351.8C3完整好2.5-3.00.9971001116.0D113(50kg/m)完整好0.3-0.602-210.93128002546.528dD2完整好4.1-4.60.8676001474.9D3完整好4.9-5.32.0092001830.32.2 试桩结果及结论根据现场成桩参数、抽芯试验数据以及桩体开挖观测，结合以往同类工程的经验，作出以下结论：2.2.1桩体取样试压 由于7d强度较小，在抽芯取样中，水泥掺入比10%、11%的桩取不到完整的芯样，只对12%和13%的桩体取样试压，由表2可以看出，12%和13%的水泥掺入量均可以满足设计施工的要求。但考虑到地层地质情况和现场开挖观测结果，在实际施工中要求上部土层段的送灰量小一点，下部淤泥层段送灰量大一些，总量控制在13%以内。2.2.2钻进电流控制 根据对钻进过程中钻机电流大小的分析，充分证明了地质勘察报告中的有关地层二元结构的现象。地基承载力较低，钻进电流仅有30Ma -40Ma。另外，淤泥层段的厚度不易确定，设计桩长并不能满足桩体进入持力层。为了确保桩体进入持力层，可以通过电流控制。通过对地质勘察报告和钻进电流的分析对比，当电流达到3档75mA时，可以满足桩体进入持力层0.5m-1.0m。2.2.3对试桩进行开挖观测 对11%和12%两组试桩进行现场开挖观测，结果表明：桩体强度较好，桩体完整，但桩端仍未进入持力层。为了确保工程质量，建议增加桩长。2.2.4 7d的强度并不适合于钻进取芯 根据文(1)研究钻芯取样会降低水泥土强度，但龄期相同对重塑土样的无侧限抗压强度高于钻孔取芯的无侧限抗压强度，一般情况下存在扰动系数k=2.5。通过现场的开挖观测和试验可以证明，对于芯样是散体状或不完整的试桩，其未扰动无侧限抗压强度远大于扰动无侧限抗压强度。3 施工工艺及参数3.1 施工参数本工程采用PH-5A型喷粉机，钻头直径500mm，根据试桩结果，采用水泥掺入比aw为13%（49kg/m），实际水泥用量通过人工操作电机流量计观测记录。根据设计和理论(2、3)计算出的单位时间粉体喷出量q值，进行参数调试，确定钻机搅拌轴转速为50r/min，提升速度为0.5m/min -0.8m/min，空压机风量为0.5m3/min，灰罐料斗压力为0.4MPa-0.5MPa。3.2 施工工艺要点3.2.1施工放样 根据设计图纸施工放样，在桩位上插上明显的标记杆，且桩位误差5cm。3.2.2确保施工机械、电气设备、仪器仪表及机具正常运转3.2.3钻杆提升速度和喷粉速度必须密切配合，不应出现中断现象 合理选择喷粉、压力和钻杆提升速度，是确保每延米桩身水泥喷灰量达到设计要求的保障。3.2.4在成桩期间，如发现异常现象，必须及时检查，排除故障 若因事故停机而影响桩体质量的，需对桩体进行接桩或补桩。4 载荷试验成果分析载荷试验采用砂袋压重平台反力装置，配以超高压电动油泵供压，分离式油压千斤顶加载，精密压力表控制观测的方法针对各段不同桩长、不同施工工艺的单桩和复合地基进行加载。根据规范要求，对于粉喷桩加固后的软土地基载荷应至少在28d龄期后进行，压载重量总加载量的1.2倍。为了有效反映复合地基承载力，采用能够覆盖3根粉喷桩处理面积的方形承压板，压板尺寸为2.42m2.42m。单桩承载力采用与桩径等同的50cm的刚性承压板。4.1 单桩载荷试验成果分析由单桩试验成果图(图1)可以看出，对于桩长为9m的粉喷单桩，当加载至145kN时，总沉降量仍较小，曲线未出现陡降趋势；继续加载，沉降量明显提高，依据规范及试验检测方案要求，综合考虑得出单桩承载力最大值为369KPa，最小值为299 KPa。图1 单桩静载试验成果图4.2 复合地基试验成果分析由复合地基载荷试验试验成果图(图2)可以看出，加载过程中，复合地基沉降量及稳定时间均较正常，Q-S曲线未出现陡降段。依据检测规范和试验要求，综合评定复合地基的承载力平均值为220kPa，满足上部高填方的地基承载力设计要求。图2 复合地基静载试验成果图5 结 语 在粉喷桩加固软土地基段落设立了5个沉降及稳定观测点，通过对粉喷桩加固软土地基沉降及稳定观测记录发现，该段路基平均沉降速率为1.21mm/d，规范规定的地基中心沉降每昼夜1.0cm的要求。 水泥掺入比的确定一般都是按照室内试验分析来确定，但是室内环境和现场环境有着很大的差异。为了确保工程质量，必须先进行现场试桩试验，再根据现场试验结果和室内试验结果综合分析，确定最佳水泥掺入量。 粉喷桩桩体长度直接影响着桩体受力分布、桩身破坏形式和整个复合地基的承载力。设计桩长往往是通过勘察报告来确定，而在大型的工程勘察中并不可能考虑到整个软基处理区的具体分布状态。为了确保桩体进入持力层，可以通过电流控制控制桩长，一般进入持力层钻机三档电流在70-80mA为宜。 7d的强度并不适合于钻进取芯。钻芯取样会降低水泥土强度，受扰动的水泥土与未扰动水泥土之间存在相应的比例系数。 粉喷桩虽然有许多检测方法，但是在用于低强度桩体的有效检测方法仍是有限。研究开发用于低强度桩体的检测方法，将是粉喷桩理论研究的重要方面。参考文献：1 刘松玉,章定文,邵俐.标准贯入试验（SPT）在水泥粉喷桩质量评价中的应用D.岩石力学与岩土工程学报,2002,21(2)：2382-2386.2 叶书麟,韩杰,叶观宝编著.地基处理与托换技术（第二版）M.北京:中国建筑工业出版社,1994.3 薛殿基主编.粉喷桩设计与施工M,郑州:河南科学技术出版社,1997.出生年月性别职称毕业院校专业研究方向身份证号手机单位通信地址邮编樊文胜69.1男工程师武汉理工大学工业与民用建筑路桥36011226901190061113870050069南昌市榕门路28号 江西交通工程咨询监理中心330008姜迪江66.4男工程师重庆交通学院公路与城市道路路桥51021319660421053613979127270南昌市榕门路28号 江西交通工程咨询监理中心330008文旭卿82.2男助理工程师重庆交通学院公路与城市道路路桥36010119820225603昌市榕门路28号 江西交通工程咨询监理中心330008樊友伟76.8男助理工程师南昌大学土木工程路桥36042576080364313870991011南昌市榕门路28号 江西交通工程咨询监理中心330008简历：樊文胜：2001年5月至2002年8月在梨温高速公路第四驻地办担任驻地工程师，2002年8月至2002年12月在梨温高速公路第七驻地办担任驻地工程师，2003年负责梨温第一、四、五、七驻地办的缺陷期监理工作，2003年12月至今担任乐温AR2高驻办高级驻地工程师；姜迪江：2001年1月至2003年12月在浙江甬台温高速公路担任路基专业工程师，2003年12月至今在乐温AR2高驻办担任路基专业工程师，负责乐温