粉噴樁在高速公路軟基處理中的應(yīng)用

池　瀅　趙　海

摘要:本文論述了粉噴樁在軟基處理過程中樁的支承方式、單樁承載力、土的含水量、置換率、摻入量、復(fù)攪轉(zhuǎn)速對樁強(qiáng)度的影響以及粉體計(jì)量等。

關(guān)鍵詞:高速公路;軟基處理;粉噴樁;應(yīng)用

采用粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優(yōu)點(diǎn):如能有效地減少地基的總沉降量,與排水固結(jié)法相比總沉降量能減少25%～49%,這對控制路堤的工后沉降和解決橋頭“跳車”具有明顯的效果,具體表現(xiàn)在地基加固深度內(nèi)沉降量的大幅度減少。經(jīng)加固后路基在填筑過程中側(cè)向位移明顯減少,實(shí)測的最大側(cè)向位移僅6～7cm。與排水固結(jié)法在相同條件下相比,側(cè)向位移減少60%～70%,而且在較短時(shí)間內(nèi)即趨穩(wěn)定。側(cè)向位移的減少,不僅能增加路基的穩(wěn)定,特別在橋涵與路堤連接處保護(hù)橋臺(tái)樁基不受過大的側(cè)向推力,而且也減少地基的沉降。粉噴樁復(fù)合地基能提高地基土的承載力,適應(yīng)快速填筑施工,與排水固結(jié)法相比,可以允許有較高的填土速率。但是,粉噴樁法在實(shí)際應(yīng)用中尚有一些問題需要進(jìn)一步探討,有一些缺點(diǎn)需要克服。

1粉噴樁的支承式與懸浮式對沉降的影響在樁長11m范圍內(nèi)的沉降量與樁尖以下沉降的比值達(dá)1∶1.5。查閱

其他資料也證明,當(dāng)粉噴樁打穿軟土層進(jìn)入較硬的持力層沉降很少;若未打穿軟土層,成為懸浮式時(shí)沉降就大。地基的過大沉降,說明樁尖下臥軟土層的沉降還相當(dāng)大,而且持續(xù)時(shí)間較長,將不得不重新進(jìn)行處理甚至報(bào)廢。目前高速公路不斷向沿海近海地區(qū)延伸,遇到的深厚軟土越來越多,而且是現(xiàn)有粉噴樁機(jī)所達(dá)深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的。如何來解決這個(gè)問題,除了進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備的性能外,在設(shè)計(jì)理論上也需要有一個(gè)突破。對下臥層軟土的沉降有一個(gè)正確的評(píng)估,同時(shí)在實(shí)踐中探索解決的方法。

2地基土含水量對粉噴樁質(zhì)量的影響

粉噴樁質(zhì)量的優(yōu)劣主要反映在粉噴樁的強(qiáng)度指標(biāo)上,這不僅與摻入粉體的質(zhì)量、施工工藝、地基土的性質(zhì)有關(guān),其中尤以含水量的關(guān)系甚為密切。規(guī)范規(guī)定,地基土的天然含水量在小于30%或大于70%時(shí)不宜采用。因?yàn)楫?dāng)土的含水量小于30%時(shí),土中的水份不足以使粉體進(jìn)行水化作用;當(dāng)含水量大于70%時(shí),含水量過高的土壤往往孔隙比大,若按常規(guī)摻入粉體數(shù)量,由于水分過多形成不了足夠強(qiáng)度的水泥土樁體,將嚴(yán)重影響粉噴樁的強(qiáng)度,在這種情況下必須增加粉體的摻入量和采用復(fù)攪的施工工藝。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多時(shí),土周邊的束縛力極低,當(dāng)鉆頭反轉(zhuǎn)提升噴灰時(shí),產(chǎn)生一個(gè)垂直向下擠壓力和一個(gè)徑向水平推力,由于土呈流塑狀,束縛力極低,樁體在成形過程中向下及向四周水平向排水,影響形成豎向樁體,通常形成所謂“掉樁”或“下沉”,常為地表下1～2m。當(dāng)發(fā)生“掉樁”或“下沉”時(shí),只要當(dāng)時(shí)采取立即回填土并重新復(fù)噴復(fù)攪,就能克服這

種現(xiàn)象,如果不作處理將會(huì)造成過大的路基沉降。

3粉噴樁復(fù)合地基承載力和粉噴樁單樁承載力的關(guān)系

粉噴樁復(fù)合地基的平均允許承載力公式為: [σ復(fù)合]=a×[σ樁]+(1-a)[σ土]

式中:

σ復(fù)合——復(fù)合地基的平均允許承載力;

a——置換率;

σ樁——攪拌樁的允許承力力;

σ土——天然地基土的允許承載力。

無疑,樁的強(qiáng)度將直接影響復(fù)合地基的強(qiáng)度,假設(shè)樁的強(qiáng)度不斷增加而土的強(qiáng)度依然不變,按照公式的計(jì)算,復(fù)合地基的強(qiáng)度也會(huì)不斷增加,然而實(shí)際情況并不如此。因?yàn)榉蹏姌稄谋举|(zhì)上來講是屬摩擦樁類,當(dāng)土的強(qiáng)度不變,而且飽和軟粘土的強(qiáng)度很低時(shí),在這種情況下,即使不斷增加樁的強(qiáng)度,但總的復(fù)合地基強(qiáng)度也不會(huì)隨之增加。這如同一根筷子在漿糊里和一個(gè)鋼筋在漿糊里的情況是類同的。只有當(dāng)天然土的強(qiáng)度也增強(qiáng)時(shí),整個(gè)復(fù)合地基的強(qiáng)度才會(huì)增加。所以樁的強(qiáng)度應(yīng)適度,要和天然土的強(qiáng)度相互匹配。反過來樁的強(qiáng)度很低,這當(dāng)然也是不行的。

4樁土置換率及粉體摻入量對復(fù)合地基強(qiáng)度的影響

在實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)算時(shí)往往提供所要求達(dá)到的復(fù)合地基強(qiáng)度、擬定的粉噴樁強(qiáng)度及天然地基土的強(qiáng)度來求樁土的置換率,計(jì)算出樁數(shù),然后布置樁位,再作有關(guān)的驗(yàn)算。實(shí)踐證明若置換率過低,如小于10%往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,甚至全功盡棄。某高速公路采用粉噴樁復(fù)合地基處理,置換率僅為6%～7%,當(dāng)路堤填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后出現(xiàn)裂縫,不得不重新處理。這說明作為復(fù)合地基的樁土置換率必須大于一定值,否則起不到復(fù)合地基的作用,所以在規(guī)范中定為10%～20%,這是有道理的。同樣粉體的摻入量也需控制在一定值,規(guī)范定為10%～15%。如前所述,當(dāng)軟土中含水量大于70%,必須加大粉體摻入量,否則將形成不了樁體或形成強(qiáng)度達(dá)不到要求的樁體,不能滿足設(shè)計(jì)要求。

5復(fù)攪和轉(zhuǎn)速對樁強(qiáng)度的影響

大量的施工實(shí)踐已充分證明復(fù)攪與不復(fù)攪的質(zhì)量相差甚大。復(fù)攪的作用在于通過充分的攪拌使粉體與粘土及水得到比較完全的接觸和作用,促使樁體的充分形成。同時(shí),鉆頭噴出的粉體一般呈脈沖狀,若不充分進(jìn)行攪拌,粉體在樁中往往呈層狀,形成一種“夾生”,對樁的強(qiáng)度不利。如承受水平推力截止水作用的話,應(yīng)進(jìn)行全程復(fù)攪,若作為路基加固只承受垂直向力作用,也可以只復(fù)攪上部1/3的樁體。為了提高工效,粉噴鉆機(jī)下鉆時(shí)可以提高轉(zhuǎn)速,但是當(dāng)反轉(zhuǎn)提升噴粉攪拌時(shí)切莫快速旋轉(zhuǎn)和提升;否則將會(huì)嚴(yán)重影響攪拌的均勻性和足夠粉量的摻入。

6粉體噴入的計(jì)量

樁的質(zhì)量與粉體摻入量的多少有直接關(guān)系,如何計(jì)量粉體便成為關(guān)鍵。從理論上講,氣體和固體雙相流的計(jì)量具有很大難度,但又非常重要,目前使用的灰罐體積測量法、電子秤稱重法、彈簧秤稱重法等均不是很理想的計(jì)量方法。最近某些單位通過對粉噴樁新型計(jì)量裝置的研制,提出了氣固雙相流稱量計(jì)量,它可以較大程度地克服現(xiàn)有計(jì)量裝置所產(chǎn)生誤差,同時(shí)也提出了改進(jìn)目前電子秤稱重法的方案,從而使得粉噴樁施工工藝更趨完善,質(zhì)量更加可靠。