浅谈粉喷桩在公路软土路基处理中应用.docVIP

浅谈粉喷桩在公路软土路基处理中应用【摘要】粉喷桩施工在公路软土路基施工中具有显著的优势。文章就粉喷桩加固地基的原理、特性、施工工艺及质量检测进行了阐述，总结了粉喷桩处理软土地基中的优点。 【关键词】粉喷桩；公路软土路基；应用 在公路工程中经常会遇到在软土地基上修筑路堤、桥头引道等问题，软土地基具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。如不采取有效的加固措施，就会产生不同程度的坍滑或沉陷，导致公路破坏或桥头跳车。 在软土地基的加固中，有换填土层法、重锤夯实法、排水固结法、挤密法和化学加固法等。粉喷桩是由瑞典和日本于20世纪60年代后期提出的加固地基的技术工艺，80年代初，我国开始研究，近年来已被广泛地应用地基加固工程中。 1 粉喷桩加固软土地基的原理 粉喷桩是通过机械的原位搅拌，将软土的原状结构破坏，再利用压缩空气，把生石灰、水泥粉(通常是水泥）等固化材料，通过专用深层搅拌机空心钻杆的喷灰口，喷射于地基深处已被搅拌的天然湿度地基土上，并在原位进行强制搅拌，使固化材料与地基土发生一系列物理化学反应，并在反应中吸水、发热、膨胀，形成土与固化材料等搅拌掺合料具有一定强度的柱状加固体，与天然地基形成复合地基，从而达到提高地基承载力和减小变形的目的。 1.1 固粒化反应：土中的二氧化硅遇水后形成硅胶微粒，经化学反应，较小的颗粒逐渐成大的土团粒，并且水泥水化生成的Ca(OH)2等凝胶粒子，其表面能较大，吸附活性十分强烈，于是土团粒进一步互相结合，并且封闭了团粒之间的空隙，从而形成坚固的水泥土的大团粒结构，使土的强度加强。 1.2 凝硬反应：随着水化反应的深入，Ca++的数量继续增多，多余的Ca++与粘土矿物中的SiO2和AL2O3的一部分或大部分进行化学反应，生成不溶于水的微晶凝胶，凝胶在空气中逐渐硬化，增大土的强度、并使水分不易侵入而增加土的水稳定性。 1.3 碳酸化反应：混合体中游离Ca(OH)2与空气中和水中的CO2反应生成不溶于水的碳酸钙，它能增强图的强度，但其反应速度较慢，有利于后期强度的增加。 2 粉喷桩加固软土地基的特性 粉喷桩是由水泥或石灰作固化剂而形成的灰土桩，因为它既不能掺入高强度的粗石骨料，也不能通过用配置钢筋的方法来提高自身的承载力，所以喷粉桩仅考虑竖直荷载的作用，不象砼桩那样，承受竖向力的同时还能承受水平力。喷粉桩自身性质介于刚性桩（钢筋混凝土灌注桩、钢筋混凝土预制桩、木桩、钢管桩等）与柔性桩(碎石桩、砂桩、土桩等)之间的一种桩型，它的刚度、抗压强度和抗侧向压力作用均小于刚性桩而大于柔性桩。由于喷粉桩所用的固化剂是在钻孔过程中、通过钻杆喷入土层中的，桩载面中心的钻杆占去一定的空间，钻头叶片距端头越近搅拌力矩越大，使灰土搅拌愈均匀；因此桩身截面的强度是不均匀的，中心轴处强度最低，沿截面经向由中心轴向外边缘强度逐渐增强，在喷粉桩施工过程中应空杆复钻一次，以便提高混合土的均匀性是非常必要的。喷粉桩的轴向应力分布是不均匀的，从桩顶自上而下轴向力逐渐减小，最大轴向力位于桩顶3-5倍桩径范围内，再往下轴向力收敛很快，所以，喷粉桩的破坏机理是，以浅层桩向纵向压缩变形增长，外荷载继续增加，桩向达到抗裂极限状态，而使桩体失去传力功能。 粉喷桩使软土地基竖向承载力的提高与桩位土质、含水量、固化剂掺入比、土灰混合均匀程度和龄期等因素有直接的因果关系。 2.1 土质：粉喷桩原位土以粉土为最好，掺入固化剂、粉土的强度增长效果远比对淤泥质土和粘性土的效果好；土粒越粗、增强效果越明显；同时，原位土越纯净，增强效果越好；软土层中有机物质含量越多，则增强效果越低。因此，喷粉桩适宜被加固软地基土为粉土、砂土、粉砂土、粉质粘土、淤泥等土层，而不适宜含有石块、树根、有机物的人工填土层。 2.2 含水量：在软土层中、尤其是粘土层中，存在着一个最佳含水率，天然土中的每一个含水量值对应一个最佳固化剂掺入比，如超出这个对应界限，增强效果则不明显。试验资料说明：粉喷桩适用于含水量不小于23%的土层，效果最好的含水量为30%-60%。 2.3 固化剂掺入比：是指固化剂的掺入重量与被加固桩体土重量之比。固化剂的掺入量与固化料的类别、加固地基土质情况、含水量、原位土的承载力、设计要求的桩体强度和复合地基承载力等条件有密切的关系。试验资料说明：当单桩强度值一定时，固化料强度等级越高，掺入量就越少；原位土颗粒越粗，土质越纯净，掺入量越少；土层含水量越小，掺入量越少；原位承载力越大，掺入量越少。 2.4 混合料搅拌均匀程度：粉喷桩的强度与土料混合均匀程度成正比，灰土搅拌