1、对公路软基施工过程及控制要点的分析 摘 要：本文结合某城市公路路段工程实例 ,分析了水泥粉喷桩、水泥深层搅拌桩、强夯及土工格栅的作用原理 ,介绍采用的复合地基综合处理技术从而达到加固软弱地基的效果。 ? 关键词：公路；软基处理；地基施工 ? 某城市公路路段为： K12+000K13+500,该路段连续有大、中、小共三座桥梁 ,桥头填方和延续路段填方量达 40 余万 m?3,平均高为 11m,最低处 6m,最高达到 14m,并且有部分桥桩坐落于高填土之上 ,对地基承载力要求很高。该段地基上层为亚黏土层 (厚 4.7m),其下为中砂层 (厚 11.4m),天然承载力160kPa,经现场试验 ,采用
2、碾压等常规施工方法 ,地基承载力只能提高到200kPa,达不到设计要求的 350kPa,沉降需要一年时间才能趋于稳定。 ? 1 施工方案选择 ? 该路段长达 1280m,宽 70m,面积约 50000m?2。根据地质勘探报告、地基加固提高幅度、上部拟建物荷载、地形条件等不同的情况 ,要经过详细调查论证 ,将本项目地基加固划分为 3 种情况 :? 1)水泥粉喷桩复合地基 大桥桥头各长 40m,共 80m 路段。因为该段填方最高 ,平均高为 13m,且大桥 0#桥台、 7#桥台桩基坐落于填方上 ,地下持力层1012 m。设计要求该段地基承载力必须 350kPa,大幅减小沉降量 ,为本次施工重点控制
3、部位。该段土质良好 ,地下有水 ,适合水泥粉喷桩施工。 ? 2)水泥深层搅拌桩处理复合地基 中、小桥两侧各 50m,共 200m 路段。该路段平均填方 8m,填方路基有桥头搭板。地基承载力设计要求 350kPa,减小沉降量。地下持力层呈波状起伏 ,深约 811m,适用深层搅拌桩法。 ? 3)强夯处理三座桥中间连接路段 ,长 1000 延 m,该路段填方高 68m,回填地基上面无结构物 ,允许部分自然沉降。该方法简便易行、费用低廉、工效高 ,因此在本次施工中得到大面积采用。以上三种地基加固方法施工完毕后 ,地基表面均满铺塑料土工格栅做二次加强 ,并实际检测其地基静载压力值和沉降量。 ? 2 水泥
4、粉喷桩施工 ? 2.1 水泥粉喷桩作用原理 ? 粉喷桩是采用专用喷粉桩机成孔 ,用压缩空气将水泥粉体输送到钻头 ,并以雾状喷射到加固地基的土层中 ,借钻头的叶片旋转 ,加以搅拌使土和水泥充分混合 ,形成水泥土桩体 ,与原地基构成复合地基 ,从而达到加固地基、提高地基承载力和减小地基沉降量的效果。 ? 2.2 施工技术特点和设计要求 ? 该项施工要求结果有足够的单桩承载力及足够数量的桩来分担上部结构物的荷载 ,布桩要求均匀 ,形成均匀地基 ,为使桩间土的承载力得到全面发挥 ,必须有适当厚度的砂石褥垫层 ,以调整分配 桩土应力比。地基变形设计要求桩尖土的强度较高 ,减小桩尖的下刺入变形 ,褥垫层的
5、密实度较好 ,减小桩端的上刺入变形 ,达到减小加固土变形的目的。同时要求有一定的桩长来减小下卧土层的附加应力 ,使下卧土层的压缩量降低。水泥粉喷桩施工标准见表1。地基经过该项施工后 ,可提高地基承载力 23 倍和水稳定性 ,并能减少沉降量 1/21/3,加快沉降速率。 ? 2.3 施工材料 ? 喷粉用水泥采用 425号普通水泥 ,要求新鲜无结块 ,使用前用筛网过筛 ,最大粒度应 5mm 。 ? 2.4 施工设备 ? 采用 PH-5A 型喷粉桩机 4 台 ,日成桩 4050 根 /台 ,配套储灰罐 4 台和空气压缩机。 ? 2.5 施工工艺 ? 2.5.1 工艺流程 (粉喷桩立面布置图见 1)?
6、 场地平整 桩位放线 桩机定位 桩机钻孔、提升钻机 定时定量喷粉搅拌 桩端复搅 自然养护 清除余土、铺设砂砾褥垫层 铺设土工格栅。 ? 2.5.2 施工过程控制要点 ? 1)钻孔机开始工作前 ,检查主机各部分的连接 ,液压系统、电气系统、喷粉系统各部分安装试调情况及灰罐、管路的密封连接情况是否正常。 ? 2)施工中 如遇坚硬土层或不明硬物 ,应停止钻孔 ,待查明情况 ,做出相应变更后再施工。 ? 3)钻至设计深度后 ,将钻头以 1.01.2m/s的速度边旋转边提升 ,同时通过喷粉系统 ,以 50kg/m的水泥量 ,通过钻杆端头喷嘴向搅动的土体喷粉 ,使土体和水泥充分搅拌。 ? 4)桩体喷粉不得
7、中断。喷粉压力保持 0.6MPa,每根桩的用灰量必须一次调定 ,喷粉深度要在钻杆上标线控制。 ? 5)当钻头提升至高于设计桩顶面 50cm时 ,喷粉系统停止向孔内喷射水泥 ,同时为保证质量 ,桩上部 2.5m 范围再复搅一次 (不喷粉 )。 ? 6)粉喷桩按先里排后外排的顺序进行施工。 ? 7)粉喷桩自然养护 14d以后开始清除余土和开挖桩头 ,此项工序采用人工进行 ,以避免大型机构在其上行驶作业时造成桩土断裂或水平断桩。 ? 8)人工剔除桩头 ,使其上表面平整密实 ,桩头进入砂垫层应 2cm 。铺设中粗砂褥垫层 ,厚度 30cm、 15cm 两层作业 ,采用人工配合机械铺设 ,蛙夯夯实。 ?
8、 2.6 施工质量控制要点 ? 开挖后对桩体进行检查 ,要求桩直径不得小于设计要求 ,桩身连续均匀密实、有坚实感、不得出现喷粉不匀或漏喷现象。 桩位偏差应 10cm, 垂直度偏差应 ( 桩长 1 %) 。随机对开挖的桩体切取试样 ,进行 28 d 立方体无侧限强度试验和压缩试验 ,必须满足设计强度要求和压缩模量要求。用应力波反射法检测桩身混凝土的浇筑质量和完整性 ,不得有夹层、断裂、严重离析、缩颈等缺陷。取桩数的 1 %,采用静载法测定单桩承载力和复合地基承载力 ,要求满足设计地基承载力的标准。 ? 3 水泥深层搅拌桩施工 ? 3.1 水泥深层搅拌桩作用原理 ? 水泥深层搅拌法是利用水泥做主要
9、固化剂 ,通过深层搅拌机在地基深部运作 ,就地将软土和固 化剂强制拌和 ,使二者形成具有整体性、水稳性较好和较高强度的水泥加固体 ,与天然地基形成复合地基 ,从而有效提高地基强度。 ? 3.2 水泥深层搅拌施工技术特点和施工要求 ? 该项施工要求特点是施工无振动、无噪声 ,对环境无污染 ,可有效提高地基强度 ,并可根据现场情况调整施工面积形状 ;施工期短 ,造价低廉 ,效果显着 ,尤其适用于超软土基。水泥深层搅拌桩施工标准见表 2。 ? 3.3 水泥深层搅拌桩施工设备 ? 深层搅拌机 2 台 ,履带起重机 2 台 ,灰浆搅拌机 4 台 ,灰浆泵 2 台。 ? 3.4 水泥深层搅拌桩施工材料要求
10、 ? 本次施工采用 425 号普通硅酸盐水泥作为固化剂 ,每加固 1m?3 土体掺入水泥 130kg,水灰比为 0.45。为增强固化剂流动性 ,另掺入水泥质量 1%的硫酸钠和 2%的石膏 ,均匀搅拌成浆后使用。 ? 3.5 水泥深层搅拌桩施工工艺 ? 3.5.1 工艺流程 ? 深层搅拌机定位 预搅下沉 制配水泥浆 喷浆搅拌提升 重复搅拌下沉 重复搅拌提升至孔口 关闭搅拌机 清洗机械 下根桩移位定位。 ? 3.5.2 施工过程控制要点 ? 1)施工前整平场地 ,清除桩位处的障碍物。 ? 2)施工前仔细检查机械设备性能状况 ,计算标定搅拌机械的灰浆泵输送量、灰浆输送管到达搅拌机喷浆口的时间 ,起重
11、机提升速率等工艺参数。 ? 3)通过试验验证调整固化剂配合比。 ? 4)将深层搅拌机吊挂在履带式起重机上 ,用输浆胶管将储料罐水泥浆泵与深层搅拌机连通 ,开动搅拌机 ,将搅拌机以 (0.380.70)m/min 的速率沉至设计深度。 ? 5)沉至设计深度后 ,以 (0.30.5)m/min 的速率匀速提起搅拌机 ,与此同时由搅拌叶片将固化剂与深层软土搅拌均匀 ,边搅拌边喷浆直到提升至地面设计标高 ,即完成一次深层搅拌施工过程。 ? 6)用同样方法步骤再重复完成一次搅拌下沉和搅拌喷浆上升 ,即完成一根柱状加固体 ,外形成 “8” 字。柱状加固体一根接一根搭接 ,相邻搭接宽度应 10cm, 以增强
12、其整体性。 ? 7)自然养护 7d 后 ,清理钻孔余土和水泥浆。 ? 8)施工中严格控制固化剂配合比 ,并有防离析措施。控制注浆量 ,泵送必须连续 ,不得间断。 ? 9)搅拌机遇到硬土层下沉太慢时 ,可少量冲水。 ? 3.6 施工质量控制要点 ? 自然养护 7d内用轻便触探器钻取桩身加固土样 ,观察搅拌均匀程度 ,同时根据轻便触探器次数用对比法判断桩身强度。检验桩的数量 ( 桩数 2 %) 。取代表性桩进行开挖 ,检验桩位、桩数和桩顶质量 ;搅拌桩的垂直度偏差应( 桩长 1.5 %), 桩位偏差应 5cm 。对施工后复合地基要进行承载力试验 ,要求不得低于设计值。 ? 4 地基强夯处理 ? 4
13、.1 地基强夯原理 ? 地基强夯处理是利用夯锤本身的自重和冲击力 ,给地基土以强大的冲击能量 ,使土粒重新排列 ,经时效压密达到固结 ,从而提高其承载力 ,降低其 压缩性。 ? 4.2 地基强夯冲击技术特点和施工要求 ? 该项施工设备简单 ,工艺操作方便 ,加固效果显著 ,可取得较高承载力 ,地基强度可提高 25 倍 ,压缩性可降低 210 倍 ,加固影响深度可达 6m。本次施工报请设计批准 ,夯击按 3 次进行 : 重锤主夯 ,冲击力 2000kNm,夯击 20次 ; 重锤主夯 ,冲击力 2000kNm,夯击 25 次 ; 振动压路机碾压 ,全场振动碾压 5 次。 要求地面下 4m 以内地基
14、承载力 200kPa。 ? 4.3 地基强夯施工设备 ? 地基强夯施工设备有 :重型冲击碾夯轮 3个 ,振动压路机 3台 ,装载机 3台 ,推土机 1 台。 4.4 地基强夯冲击施工工艺 ? 4.4.1 工艺流程 ? 清理平整场地 测量夯前地面高程 装载机拖动重型冲击碾夯轮往复夯击 ,按规定夯击行走速度进行操作 规定夯击次数夯满全场 完成第一遍全部夯点的夯击 推土机将夯坑填平 测量场地高程 规定间隔时间内完成第二遍重锤夯击 ,振动压路机满夯全场 ,完成第三遍夯击 平整场地表面松土。 ? 4.4.2 施工过程控制要点 ? 1)强夯前做好地基的地质勘查 ,进行现场试验性强夯 ,确定强夯施工的参数。
15、 ? 2)施工前平整好场地 ,施工范围周围作好排水沟 ,如施工中遇到地下水位较高有出水现象 ,则在工作面表面满铺 20cm 中 (粗 )砂垫层。 ? 3)强夯要分段进行 ,从场地一边到另一边 ,在划分的每条道内施工顺序从边缘到中央。 ? 4)第一遍、第二遍重夯采用装载机拖动重型冲击碾夯轮进行 ,行车速度36m/s。 ? 5)第三遍满夯采用振动压路机进行 ,行车速度 12m/s,要求全场满压 ,次数按规定进行。 ? 6)夯击时必须严格按照试验和设计确定的强夯参数来进行 ,行车要保持平稳匀速 ,夯基坑内如出现积水必须及时排除。 ? 7)每遍夯实完毕后 ,必须间隔 3d 后再夯下一遍 ,以利于地基固
16、结 ,每夯击一遍 ,要用新土或周围的土将夯坑填平 ,方可进行下一遍夯击施工。 ? 4.5 地基强夯质量控制要点 ? 强夯前必须进行现场试验以确定夯击参数 ,面积应 (20m20m) 。夯击前后要对地基土进行原位复测 ,要求地基承载力不得小于设计要求 ;检验点数应 3 点 ;满夯后场地平整度 10cm 。 ? 5 结语 ? 通过对类似地基情况的对比 ,证明在同等上部荷载情况下 ,复合地基沉降量 约为自然地基沉降量的 30%左右。本工程采取复合地基处理方法 ,大大提高了地基承载力 ,缩短了地基沉降至稳定期所需用的时间 ,满足了不同工程地基对施工质量和工期的不同要求。 ? 参考文献 ? 1 TB100352002, 铁路特殊路基设计规范 S .
