粉噴樁加固軟土地基

1、粉噴樁加固軟土地基的施工和問題的探討中鐵十三局四處摘要該文通過寸粉噴樁工程勺加固機(jī)理和再計算方法的分析，結(jié)合當(dāng)前粉噴 樁施工的部分應(yīng)用期和試驗(yàn)成果，對粉噴樁應(yīng)用的施工現(xiàn)狀和有關(guān)問題作了闡述關(guān)鍵詞軟土粉噴樁 加固機(jī)理 復(fù)合地基1粉噴樁的加固機(jī)理粉噴攪拌加固軟基搽，是利用水泥等作為眥劑，通過特制的深層楙噴射攪拌機(jī) 將粉狀加固料，用廊空氣輸送到占頭，并以I狀噴射到加固地基的土層中。憑借攪拌機(jī) 回轉(zhuǎn)鉆頭葉片的旋轉(zhuǎn)在設(shè)計加麟度范圍內(nèi)，就地和原位軟土強(qiáng)制攪拌混合利用水泥 吸水和與土顆粒發(fā)彌解、水化鬼并進(jìn)行陽離子交換等物理t學(xué)作用，使軟上形成具有 整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥土柱體(俗稱粉噴樁)。這種強(qiáng)度

2、和剛度較擱土高出若 干倍的柱狀加固體辱間上一起械復(fù)合地基，在穩(wěn)定地基土勺同時提高其強(qiáng)t使地基 土工程性質(zhì)得到局澈善，從而誨U加固地基的！的，或由粉噴樁相互搭接，形成坑壁支 護(hù)和防滲帷幕結(jié)構(gòu)。2粉噴樁復(fù)合地基的設(shè)計計算粉噴樁復(fù)合地基現(xiàn)御計算方法，都是以剛性基出底面處樁與土產(chǎn)生等位移為!本前 提的，并結(jié)合有關(guān)卿性理論，提8了若干帶簡t條件的計算公式。2.1粉噴樁單樁承載力計t模式各種單樁承載力的砌值，唯有通過壓樁試驗(yàn)來確定。因此在樁承載力設(shè)計計算中 多是采用地基參數(shù)漩計的。對于粉噴樁主要有兩種估算方法2.1.1半經(jīng)驗(yàn)方法在極限荷載作用下，粉噴樁的側(cè)向膨脹量很小，樁周土遠(yuǎn)未墩動破壞，而是4、土 界面

3、摩阻力達(dá)到極限，現(xiàn)“刺入”現(xiàn)紐、或是樁身被劈斷嘲斷B.Broms分別給出了 其計算公式：樁、土界面上強(qiáng)度讖限時的單樁極限承級力：Qf=_n d(h+2.25dC u式中：Qf單樁極限承載力，kPa; 樁長，m;d樁徑，m; c 不排水剪強(qiáng)蕓kPao樁身剪斷時單樁極限承載力：Qf=A (3.5c+3j h)式中：A樁的戳面積，m2； o h一樁在地亦土的最弱處(通常為硬殼底部 住壁承受的水平上網(wǎng)，kPa； c柱身材料勺內(nèi)聚力。2.1.2按規(guī)范規(guī)定的公式計算噴樁承載力現(xiàn)行規(guī)范中關(guān)于粉f樁的單樁承載力沿用了一岬樁的計算方法，首先計算一定樁長 水泥粉噴樁的承戴力然后再用幅粉噴樁的樁身單軸抗壓強(qiáng)度q/作

4、為控制指標(biāo)來校核， 取二者較小值作為單I承載力的標(biāo)準(zhǔn)值。一般T1況下，即無抗震加固、沉降IW等其它特 殊要求時，可以q作為荷載和確走樁長白計算依據(jù) 或以樁長范圍計算得到白單樁極限承 載力Q作為確定水泥土強(qiáng)度1限(q )和摻入比下限a ).的依據(jù)。f無 mintw mn式中：p單樁容許承載力;一樁徑，m； A一樁載面面積，m2； L.樁穿 過各層土的長度，m； f.各層土的摩阻力，kPa； m。一一柱底支承力折減系數(shù)；。 樁尖所處地基I容許承載力kPa,q一水泥土的強(qiáng)度，kPa K一水泥土安全系數(shù)， 一般取值0.3-0.4。2.2復(fù)核地基承載力計算模式由于粉噴樁與土的硼應(yīng)變彼此才差一個量級以上，

5、當(dāng)復(fù)合地基達(dá)到極限狀態(tài)時，樁、 土極限強(qiáng)度不可能步發(fā)揮，是以決定了於地基的破瑜往是漸進(jìn)性勺或者是局渺損。 對于兼具端承性質(zhì)麒來說，破壞T先在樁體故生。對于纏擦樁而言，如果置換率很 小、且荷載分布不均勻時，則可能在樁間土中先出現(xiàn)流塑區(qū)。在荷載作用下，樁間土由于 受到四周樁的水平緣作用，加打樁間土對樁體的側(cè)(圍)向壓力，從而使單樁極限承 載力提高，而樁間也得到一定的1結(jié)。故在融加固工程中復(fù)合地基極限承載力一般 以樁體先達(dá)到破壞湖提進(jìn)行計算勺。Rf=a a pf+A (1-m) a sf式中：PRf復(fù)合地基承載力，kPa M置換率，亦稱面積比a =A/A，p其中A為樁體總橫截面積，A為對應(yīng)的加固總0

6、積，即基礎(chǔ)投影面R； a f一天然地基極 限承載力，一般用荷動實(shí)驗(yàn)確定比f一單樁的極限承載力，常用壓樁實(shí)驗(yàn)校株一 pf一樁間土承載力折癢數(shù)，其值常在0. 41.0之間，當(dāng)樁端為軟土?xí)r入二0.分1.0,當(dāng) 樁端為硬土?xí)r，入1； p 應(yīng)力減小系數(shù)，p = 1/1+(n-1又a : 10%時，樁體在軟土中的 成形則較好，上下等粗，表現(xiàn)出與羹混凝d相似的脆性。叮較丸寸，如cw20%,樁壁則 相當(dāng)光滑，粉噴樁趣剛性樁。對于未穿透軟上層的純摩擦型樁來說，將會降低復(fù)合地基 的承載力，出現(xiàn)工虐限沉降。故粉噴樁的水泥摻人比一般取5%20%為宜。另外，當(dāng)復(fù)合地基承受上海直荷載時、對于摩擦型粉噴樁來說，基樁其軸向

7、應(yīng)力自樁頂向下逐漸減小，最大應(yīng)力位于樁T以下23倍樁徑范自內(nèi)。因此，在工程實(shí)踐 上，二汲要求樁頂以衛(wèi)6佰樁徑范圍袖行復(fù)扼或加大水泥用量也就是采用加大樁 頂下約4m以上的樁段的水泥雁，提高J。值，樁下部則可以適當(dāng)減、，形成變水泥摻 量的湯噴盆體?！?=，.，J “證上凌量控制)：。：”下、潘噴樁是水泥粉1天然地基上的!拌物。其柱體質(zhì)且受地!土的性質(zhì)、搟機(jī)械 性能與的ii藝“簿回素的綜合影響，施工中必須嚴(yán)格控制水泥上勺國賜含蠢、攪拌機(jī)械的 唆粉速度、水泥與J基土的攪拌均勻程度，而H切只能通過試驗(yàn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)地，才能進(jìn) 行實(shí)時監(jiān)惻。公5. 1噴揚(yáng)量控制粉咬樁體的強(qiáng)度取決于唆粉含量，同時又與軟上的化學(xué)特性

8、、礦物繳、有 機(jī)物含量、pH值有關(guān)。施工前首先要因地制宜進(jìn)行一系列I勺室內(nèi)配方上較試驗(yàn)，確定噴 粉量的大小，一/然后，通過鉆機(jī)噴粉控制激的電子稱計且但是，目前國內(nèi)鉆機(jī)上的電稱性能大部分都不太穩(wěn)定，很容易失效，噴粉且的大小酈往往不可 靠?，F(xiàn)在鐵遭部第廁測設(shè)計院恍軍雷達(dá)學(xué)涮制成功的削二相粉體流量量裝皿， 在粉噴加固過程中可以監(jiān)測粉本噴人量的腋性及均勻性對加固體可以進(jìn)行逐段分析， 并自動記錄分析結(jié)果能有效地保證粉噴的施【質(zhì)量，可是未批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，故有 必要進(jìn)一步加強(qiáng)性I穩(wěn)定的噴粉控制系統(tǒng)的應(yīng)腳制工作。水5. 2柱體均勻性和密藪的控制加固柱體的均勻性和密實(shí)度主要取決于讖機(jī)械的性能當(dāng)攪拌干轉(zhuǎn)速一定

9、時 攪拌次數(shù)與拌合的均勻程度，直接與鉆桿的提升速度有關(guān)。一般每米柱體的撇時間控制 在！分鐘左右為宜，每分鐘攪拌次數(shù)視土質(zhì)的軟硬程度而定，一般為5(100次，時間過 長會影響硬結(jié)。而鍬葉片的傾斜角度是保證樁體密實(shí)度的重要多數(shù)，施工型中應(yīng)根據(jù) 不同的上質(zhì)條件，選用不同形狀不同傾角勺鉆頭葉片。特別是施工中鉆頭葉片磨損較大， 必須經(jīng)常檢查并在鉆頭上加譯全鋼板或瞰葉片。4. 5. 3復(fù)攪深度控制現(xiàn)有的試驗(yàn)成果和上述的讖實(shí)例都表明上部復(fù)攪白變剛度水泥粉噴4的承 動力要比不復(fù)咬復(fù)撤提高1/3左右。但對不同復(fù)覺深度的樁來說T一賜值，當(dāng)復(fù)攪深度 超過某一范圍y水泥攪拌樁的承菊不再繼續(xù)掘，在實(shí)用J采用上部復(fù)攪成!

10、工藝的水 泥粉噴樁，反扼深!一般應(yīng)控制在34m范目，此深度樁體承動力提高顯著，超過該深度 提高不明顯，同時，也可避免對力固料的浪費(fèi)。4. 5. 4固化材料粉體噴射攪拌法使屈固化劑除水泥之外，還伉灰粉、石i及鋼碴粉等，t可使用 粉煤灰等做為添加料但是，目！實(shí)際工程中灰和水泥，因此ff創(chuàng)蠢的固化柑和改進(jìn)現(xiàn) 有國化劑矽性能（如摻加外加劑，改藹戮唆樁體材料性能，逞現(xiàn)在和將來拓渤咬技術(shù)應(yīng) 用范目的關(guān)鍵問題。4，6樁體質(zhì)量檢測粉噴樁在工程中佛且大、面廣國前大多數(shù)質(zhì)蠢檢測通過1機(jī)取樣的辦法進(jìn)行。 檢測內(nèi)容包括全部撼的直觀檢查樁的塊體強(qiáng)度檢查及單樁動荷試驗(yàn)）復(fù)合地基載荷試 驗(yàn)、樁體動測。塊體強(qiáng)度的檢測可在現(xiàn)場

11、楊取3際樁體進(jìn)行出教荷試驗(yàn)，回通過連續(xù) 地取芯檢驗(yàn)樁體的邀性和進(jìn)行i側(cè)限抗壓試瞞定強(qiáng)度。由于足尺試驗(yàn)戳取的樁長最多 1. 5m，更深的樁既法試驗(yàn) 故足尺檢測受到限制。而用鉆機(jī)鉆探取芯，因樁體水泥土不 均勻，局部夾有水泥塊，受I具擠壓后巖芯往往容易破碎難具代表性一般采用雙層雙動巖 芯管或三層巖芯管I芯。另外，技術(shù)規(guī)筆中規(guī)定使用I便動力觸探vl。判斷樁身強(qiáng)度，但 輕便觸探儀只適宜褓度4m以內(nèi)的樁體工作，對鱉樁質(zhì)量無法保證國內(nèi)主要靠隨機(jī)抽樣 進(jìn)行單樁和復(fù)合地感荷試驗(yàn)，檢測單樁和復(fù)合地基承載力騷滿足設(shè)計要求配合動測 檢查樁體長度和完櫻。這兩種檢測手段雖然成熟可靠，但費(fèi)用較高，無法進(jìn)f普檢。因 此，將來

12、必須加強(qiáng)硫粉噴樁樁體深部的檢測手段，保證成樁g量的控制。4. 7粉噴樁的局限性，粉噴樁加固軟土:基是由于物理化學(xué)作用，使軟上和水泥胎之后，成為J有一定 剛度的樁體，但樁俶外的上體淋得到加固。因此，樁體嘲圍上體的剛度!別很大， 樁體的無側(cè)限抗壓弓度可達(dá)400 kPa左右，而軟土的強(qiáng)熙有此值的1/1X1/20,在 外荷作用下，大部禳載由樁體承受上體受荷艮小.因大泌荷載由樁體寰，所以上 中孔隙壓力較低，1且遼換率越高上中孔隙幗越低。但樁尖以下上體的孑隙壓力系數(shù) 一般較大，而且不期欲，這樣就會產(chǎn)生較大II工后殘余沉降樁尖以下的d體變形很難 穩(wěn)定。這對于目前1內(nèi)樁長12 m左右的摩擦型粉噴樁，在樁體沒打

13、芽軟上層勺條件下， 樁尖下留有幾米軟J層，將會圖下隱患，必須引起足夠的重視建議今后施胡，應(yīng)盡蠢 將粉噴樁樁尖放在榭硬層上。4. 8應(yīng)用范圍問題 、綜合國內(nèi)分噴樁加固工程施工實(shí)例粉唆技術(shù)的應(yīng)I范圍 仍受到一定限制。于粉噴樁的胞較低（約0. 30. 5MPa），抗震動和剪切f力較差。 目前作為復(fù)合地基浦方的房基力固上僅止于8層，在北方由于墻體較厚，只至6層。另 外，由于水泥上的姬很小，破壞應(yīng)變僅1 %左右，不容許糠樁樁頂位移變L過大。加 固場所也只局限于I地，加固深度!深達(dá)18 n。加固的土質(zhì)要為淤泥、淤泥質(zhì)土、粘 上和亞粘上等。在J表殘積上層較!、軟上層I、e夾有密實(shí)度較大的上層、基制起伏較大

14、的憎況下，噴粉量損粉深度均難以準(zhǔn)確掌握。因此，為了拓展粉噴樁在復(fù)合地基和地下 連續(xù)墻工程中的應(yīng)雁圍，并考虐U粉噴樁最適!加固各種成I的飽和軟粘J和粉噴樁圍 護(hù)結(jié)構(gòu)的材料特性蕉護(hù)結(jié)構(gòu)受外力后與I的共同作用，特別是高含水!的軟上層勺工程特性，只要粉唆 工藝、粉噴材料和海機(jī)具上有一定的突破，如加大C。并加入添加劑，樁儺度可望由 目前的1300 kPa左右提高到3000 kPa （aU315%，齡期T 一 60天，宜黃高速公路， 相當(dāng)于粉噴樁單樁極限承載力為600 kPa或研制新的眥材料或改進(jìn)現(xiàn)有的固化劑（國 內(nèi)主要采用水泥、楝作為固化劑個別工程摻人石膏、鋼砸和粉煤灰籌添加料）的性 能，以便可合理的選擇加固料和配方，c善粉噴樁體的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)或借鑒加猴術(shù)的理論，采取一定 的技術(shù)措施，利用 高摻量（3。約20%左右）的水泥，噱土就地攪拌 均勻后， 在粉噴樁體內(nèi)插刈型鋼、防銹鋼筋、茅竹等，增強(qiáng)樁體形成的為結(jié)構(gòu)的抗州能；或研制新型鉆機(jī)，調(diào)整施工具的性能結(jié)合地質(zhì)鉆探資料準(zhǔn)確地確定軟b地基中的 硬上界面，以期能合1地調(diào)整噴粉含量。這樣，粉噴樁工程的加固場所可望從陸