zlj粉喷桩技术在高速公路软土路基中的应用Word文档下载推荐.docx
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大同至浑源高速公路全长43.59km,设计速度100km/h，路基宽26m．路线位于大同市东部.
本文介绍的同源高速二合同段中的一段软土地基处理，中心桩号为K11+497-K12+110，设计为高填路基，且为桑干河特大桥34#桥台后600m范围内路基，填土高度为10-12m。
此段工程地质处位于河漫滩冲积地，属桑干河冲积平原，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-4m。
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。
针对软土具有高含水量、高孔隙比、低强度、固结缓慢、沉降大、稳定性差的特点，考虑到本地材料供应及经济发展状况及路基稳定性，采用喷粉桩加固可以取得良好的经济技术效益。
1工程地质条件
软土地基原始地貌
该段地质地层结构为：
⑴种植土，厚度约0.3m，灰褐色，饱和，软塑，有较多的植物根系；
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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-120Kpa。
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ρ
（g/㎝3）
空隙比e
液限
（WL%）
塑限WP
（%）
塑限
指数IP
指数IL
饱和
度Sr
标贯
击数N1
范围值
31.0-
42.1
1.83-
2.06
1.28-
1.68
0.61-
1.09
30.1-
49.3
20.6-
27.5
8.7-
17
1.05-
1.99
98.7-
100
1.0-
3.7
平均值
37.0
1.92
1.46
0.85
39.3
25.3
13.9
1.54
99.8
2.4
2方案的实施
搅拌法加固软粘土技术是利用水泥等作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基中将软粘土和水泥强制拌和，使软粘土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。
加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化学反应过程，因此，本例主要注重实效，进行沉降观测，并与理论计算对比。
图1施工流程图
2.1软土基底处理准备工作
处理前，由于地处桑干河河槽区，地下水位高，事先开挖临时排水沟，纵向开挖临时降水沟，用以降低地表水，便于基底草皮清除施工，草皮清除完毕后，整个软土处理区填筑80cm砂砾垫层，整平并轻度碾压，以保证粉喷桩机及其配套设施的进场，以及所需材料的进场、堆放。
然后根据设计需要，进行处理面积等放样和桩位布点。
2.2粉喷桩施工
根据设计要求，桩位呈等边三角形布置，中心间距1.2m，桩径为50cm，桩长8.5m。
设计喷粉量为50kg/m，施工前首先要进行成桩试验，数量不宜少于5根，以取得满足设计喷入量的各种技术参数，掌握下钻和提升的阻力情况。
施工中要控制瞬时喷粉量和搅拌均匀性，且一气呵成，每根桩开钻后连续作业，不得中断喷粉。
为满足搅拌达到强度均匀性，上部3m进行复搅，速度控制1.0-1.2m/min，桩头搅拌时间应适当延长，以保护桩头均匀密实，地面80cm填筑砂砾不计入桩长。
2.1试桩方案
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K11+750-K11+760段进行试桩试验。
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13%（38kg/m）、14%（42kg/m）、15%（46kg/m）、15%（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15%（50kg/m），桩长8m，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。
2.2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：
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
K11+750
试件尺寸比
（厚度/直径）
极限荷
载（N）
抗压强
度（kPa）
备注
A1
13
（38kg/m）
不完整
差
0.3-0.6
01-30
0.93
4300
834.9
7d
A2
有空隙
0.8-1.0
2800
543.4
A3
1.5-1.8
1600
312.8
B1
14
（50kg/m）
完整
好
0.0-0.3
01-27
8000
1377.2
B2
0.8-1.3
0.96
6100
980.5
B3
1.3-2.0
2400
413.2
C1
15
（46kg/m）
0.5-1.0
01-31
1.00
9800
1648.5
28d
C2
1.5-2.0
0.98
8600
1351.8
C3
2.5-3.0
0.99
7100
1116.0
D1
02-21
12800
2546.5
D2
4.1-4.6
0.86
7600
1474.9
D3
4.9-5.3
2.00
9200
1830.3
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14%的桩取不到完整的芯样，由表2可以看出，15%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15%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15%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。
2.2.47d的强度并不适合于钻进取芯
根据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2.42m×
2.42m。
单桩承载力采用与桩径等同的Φ50cm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8.5m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300KN。
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190kPa，满足上部高填方的地基承载力设计
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