水利工程中粉喷桩软基处理技术探讨

生 态 与 环 境 工 程
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水利工程 中粉 喷桩 软 基处 理 技 术探讨
郭 小 军
（ 东水 电二 局 股份 有 限公 司 ， 东 广 州 ５ １４ ） 广 广 ｌ３ ０
摘 要： 近年 来 ， 喷桩技 术在 软 土地 基处 理 中的 应用越 来越 普遍 了， 粉 不仅 可以 改 变软 土地 基 的性 质 ， 同时也 可提 高地 基承 载力 。本 文主要 对水利 工程 中粉 喷桩 软基 处理技 术进 行 了详 细 的分析 ， 并根 据 多年 来的 工作 经验 ， 出 了几 点建议 和 体会 。 提 关 键词 ： 喷 桩 ； 基 处理 ； 工 ； 粉 软 施 问题
中 图 分 类 号 ：Ｖ５ Ｔ ２
文 献 标 识 码 ： Ｂ
求 出的 Ｐ应小 于式（） 出的 Ｐ再根 据 Ｐ 算 １求 ， 计 ｎ Ａ× ｓ／ ：（ ） ＝ Ａｐ ４ ｌ 粉喷桩软基处理技术简介 １ 粉喷桩 对地基 的改善和加 机理 。 ． １ 粉喷 式中， ｓ ｐ为设 计 要 求 的 地 基 承 载 力 置换率。 桩是通过深层搅拌机械利 用水泥或石灰作为 固 （Ｐ ） 为桩尖 土天然地基 容许承载力（Ｐ ） ｋａ， ｋ ａ， ３ ５施工场地应注意的问题。 ３ ．施工机械进 出场 的道路及 桥梁 ，必须 ５１ 化剂 与软土强制搅拌所形成 的水 泥土桩或石灰 １为桩尖土承载力折减 系数 （ ３ 软弱 土层 取 ｏ ５～ 桩 由于水 泥强行喷人软土 以后很快 与软土 中 １ ． 土层取 ０ 一 ４ ， 为置 换率 ， ．硬 ０ ． ｎ ）ｄＳ １ Ｐ为单 桩 满足 ｌｔ Ｏ加长卡车及 ｌｔ Ｏ 吊车 的行走要求 。 的水发生水化反应 ，生成 氢氧化钙 、水化硅酸 容许承载力（ Ｎ ， ｐ ｋ ） 为桩 断面积 （ 。 Ａ ｍ） ３ ．地下 、 障碍物必须清除。 ． ５ ２ 地表 地下障碍 如大石块 、 树根 、 地下管线 ） 使粉喷机无法 会 ４ 复合 地基承载 力计算 。用粉喷 桩技术 形 物（ 钙、 水化铝酸钙 及水化铁酸钙等化合物 ， 这些化 合物 中的钙 离子与黏土 中的矿物质二 氧化硅和 成的 复合地 基 ， 承载力 要按式 （ ） 算 ， 条 下钻 ， 其 ５估 有 甚至损坏钻头 。 粉喷钻机井架高 １— ０ ０ ２ｍ， 二 氧化二铝进行化学反应 ，逐渐 生成不溶于水 件时宜通过复合地基荷载试验验证 。 三 与高压线的距离应符合安全规定 。 ３ ３粉喷钻机在场地上行走 的接地压力为 ５ 的结 晶化合物 ，使土颗粒集结胶合成较 大的团 ×盯 （一 。× 盯 × １ （ ） １ ） ３ ５ 应铺 粒 。 而改善 土的物理力学性能 ； 进 粉喷桩 的桩体 式中 ， ｓ ｐ为复合 地基容 许承 载力 （Ｐ ） ３ ｋ ａ场地上土质较差时 ， 设垫层 。 ｋ ａ， ４ Ｐ ， 界于刚性 桩与柔性桩之间 ，它 与桩 问土形成复 Ｐ 为桩身容许承载 力（Ｐ ） 为桩尖 土天然 ｋ ａ， ３ 操 作人员 注意 事项。 ． ６ ３ ．钻进方 法及钻进速度控制 ：由施工员 ．１ ６ 合地基 ， 以大 大提 高地基承载力 ， 可 有效地减 少 地基 容许承载力（Ｐ ）１ 为桩 尖土承载 力折 减 ｋ ａ， ３ 地基沉降 ， 从而达到加 处理软土地基 的 目的。 系数 （ 尖为 软弱土 层取 ０ ～１ ， 桩 ． ． 为硬 土层取 复核准备各项工作正确无 误后方可开机 ，钻进 ５ ０ １ ２粉喷桩软基处理技术的优点 。 该技术具 ０１ ． ； 为置换率 （ ¨【 ．～０ ４） ＝Ｉ ×Ａｐ／Ａ， ｎ为桩 同时送气 ， 动搅拌 桩机 ， 头边 旋转边 钻进 ， 启 钻 钻 进 速 度 控 制 在 （． ｇ ｉ ０ ／ ｉ ０ ８ ｎ ｍ ｍ， ８ ｍ ｍ ｍ， ４ ． 有 良好 的整体稳 定性 、 防渗性 、 工速度快 和造 根数 ， 施 ＡＤ为』】 面积 ） Ｊ ｌ 总 。 ３ ｌ 施Ｌ 应用 中应注意的 问题 及建 ｝ 义 １７／ｉ） ． ｍｍ ｍ 逐步加速 的顺序 ， ４ 正速预 搅下沉 ， 具 价低等优点 ， 泛应用 在水利 Ｔ程 的施 ： 被广 ｒ中。 １．整体稳老 胜和防渗 Ｉ 粉喷桩 由于其 ．１ ２ 生 ３． ： ．ｊ 程适用范同 粉喷桩软基处理技术加 体钻进 速度 根据试桩参数确定 。为不 致于堵塞 桩身强度 不是很 高，仅相 当于 （ ～ １ ： ｃ ０的混 凝 崮较 弱土层 并不是适 用于所 有类 型的 ｌ 程 ， ５ 厂 对 喷射 口， 时并不喷射加 固材料 ， 此 而是 喷射压缩 土强度， 故能 与桩问土体共 同作用形成 复合地 于沉降 变形 要求较高的建筑物不 宜采用 ，尤其 空气 ， 可使钻进顺 利 ， 减小负载扭距 ， 随着钻进 ， 基， 使其表现ｆ 良好 的稳定性 。同时 ， ｆ ｛ 由于粉喷 是淤泥质土层 较厚时 。最好不要采用粉 喷桩 加 准备被加 固的土体在原位受到搅 动。当出现钻 桩的置换效率 比刚桩性要 高 ， 且具 有较好的 防 固。 因此 ， 要有允足的把握不会产生超规范的沉 杆跳 动 、 机架摇 晃等异 常现象 时 ， 应停 机检 查 ， 渗效果 ， 比较适宜在水利ｔ程 中应用 。 故 降变形时才可采用。 有些地 区的有关规范规定 ６ 判明 、 排除原 因后再继续 施工 ； 机钻至设计要 钻 ｌ ． ＿速度快 、 ＿２ １ ２施 ： 造价低 。 由于粉喷桩特殊 层以 ｆ ： 建筑物不宜采用粉喷桩加 同。 求深度及钻具 管路通 畅后 ，启动传动系统调 至 的施 工 艺 ， 证了其较快的施 一速度 ， 保 每天每 ３ 土层的选择。 喷桩软基 处理技术适 合 二 档 速 度 反 转 ， 反 向 提 升 速 度 控 制 在 ． ２ 粉 ０ ． ｒｍ ｎ具体提升速度根据试桩参数确定 。 台机械 可成 桩 ５ ０～８ ０ ０ ０ ｍ，比普通混凝 土桩机 应用在 加 天然 含水量 大于 ３ ％的淤 泥质 土 、 ０ ８ｄ ｉ， ４ｒ 同 生 但并不 是适 合于所有 的淤 时启 动送粉系统 ，当灰量达 到设 计掺灰量 的三 进度快得多 。 丁中使用 的原料价格低廉 ， ＿ 种 Ｉ土和粉质黏土 ， 施 使＿ ｆ ＝ 泥 土层 ， 当地基土 ｐ Ｈ值大于 ４ 或天然含水量 大 分之 二时 ， 程造价低 ， 具有较好的经济效 益。 开始边旋转边提升开 启粉体喷射 机 ， ２ 设计方法 于７％ ０ 时不宜 使用 。设计人 员在设计 前应仔细 同时送 气 ，按照予先调试好 的速度 和气压大小 ２ 水泥土参数选择。 ． １ 在决定 采用粉喷桩 处 研究土层 的地质条件 和土 质特征 。 提升 喷搅 ， 满足喷灰量 的要求 ， 提升至桩顶 钻头 理时 ， 对原状 土的化学 成分 、 要 天然 禽水量 、 黏 ３ 化利的选择 。 工规范 中规定水泥和 标高时 ， ＿ ３ 施 应原位旋转 ｌ ２ ｉ， ～ ｒｎ以保证成桩质量 。 ａ 水泥建议采用矿渣水泥 。 根 重复搅拌 。其速度控制在 ０ ～． ｍｍｒ 粒含量 、 有机 物质含 量以及 ｐ Ｈ值进行测定 ， 并 石灰都可作 固化剂 ， ． ０ ／ ｉ． ５ ８ ａ 对不同水泥类 型和掺 入比的水泥土进行无侧 限 据试验结论 ，矿渣 水泥的前期强度低 于普通硅 ３ ．应控制钻机 下钻深 度 、喷粉高程和停 ． ６ ２ 抗压强度 、 抗折强度 、 抗剪强度和压缩模 量等试 酸盐水泥 ， 舌 强度则 相反 。所 以， 而Ｊ期 从经 济及 灰面 ， 确保粉喷桩 长度 ， 禁止没有粉体 计量 严格 验， 据此确定水泥土渗入 比。 后期强度方面考虑应用矿渣水泥 。 但是 ， 由于一 装置的喷粉机投入使用 。 ２ 单桩容 许承载 力、 － ２ 水泥掺入 比和桩 长的 般的『 程都采用普通 硅酸盐水泥 ， ［ 市场上 矿渣 ３ －应定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌 ＿ ６ ３ 确定 。单桩 承载力应根据室 内配方 试验 提供的 水泥较难采购 ， 经济上也 没有多大的优越性 ， 而 均匀程度 ， 对使用 的钻头应 定期复核检查 ， 其直 桩身强度 及地质报告提供 的土层摩 阻力按下列 且 后期强度差别也不 是太大 ，故设计采用普通 径 磨耗量不得大于 ２ ｒ 。 ０ ｍ ａ 公式估算 ， 取其最 小值 。有其 他条件 限制时 ， 可 硅 酸盐水 泥作 为固化剂 是合适 和可行 的。 ３ ．在喷粉成桩 过程 中，遇有故障而停止 ．４ ６ 通过单桩荷载 试验验 汪 ３ 计算 中应注意 的问题 。 ． ４ 考虑 到粉 喷桩端 喷粉 时 ， 二次喷粉接桩 时， 第 其喷粉重叠 长度不 Ｐ ×Ｐ ｘＡ （ ） ＝ ｒ １ 部喷粉量 较小 ， 原状土 已被扰动 ， 般不计 得 小于 ｌ ； 喷桩桩 长大 于 １ｍ 时 ， 且 故一 ｍ粉 ０ 其底 部喷 Ｐ Ｕ ×∑ ＝ ＸＬ＋ ×Ａｐ×ｑ （ ） ｐ２ 粉喷桩端部的支承力 ， 但对长度小于 １ｍ的桩 ， 粉阻 力较 大 ， 当减慢钻机提升速度 ， ０ 应适 以确保 式中 ， Ｐ为单 桩容许承载力 （Ｎ ，ｆ ｋ ） 为桩身 则应计及粉 喷桩端部的支 承力，粉 喷桩 设计时 加 固料 的设计喷人量 。 Ｐ 强度（Ｐ ） １ 为桩身强度折减 系数（ ｋ ａ ，１ 可取 ｎ ～ 通常应使 土对桩 的支承力与桩身强度 所确 定的 ３ ３ ．施 工中要注意调整 风压 ，当在 软弱淤 ． ６ ５ ０ ） ｐ为 单桩截 面积（ ，ｐ ．， ４Ａ ｍ ）ｕ 为桩 周 长（ ． 承载力相近 ， ｍ） ｉ ｆ 并使后者 略大于前者 。因此 ， 粉喷 泥土层 中喷灰 风压过大时 ， 会把水泥吹 向边 缘 ， 为桩 周 围第 ｉ层 土 的容 许 摩 阻力 （ 泥 取 桩的设计 计算 主要是 确定水泥掺人 比和桩 长 ２ 导致桩身 四周呈水 泥硬壳 ， 淤 质地坚硬 ， 而桩 的内 ５ ８Ｐ ， ￣ ｋ ａ黏性 土取 １ ～ ５ Ｐ ） ｉ ２ １ ｋ ａ ， 为桩在第 ｉ Ｌ 层 个参数 部则松 软不成 形。 土 巾的长度 （１， 为桩尖天 然地基土 的承载 １ １ ＇ ） 设 汁时应 注意 ： 当地质条件 、 施工条件等 限 ４ 粉喷桩 的检测 力折减 系数（ 可取 ０ ０ ） 】 为桩尖天然 地基 制 粉喷桩加 深 度时 ， ４～ ＿ ． ６ Ｉ Ｐ 可先确 定桩长 Ｌ再按式 ． 粉 喷桩施 工的检 测主要注 意 ２ 个方 面 ： 一 土 的容 许承载力（Ｐ ） ｋ ａ （） 算单桩容许 承载 力 Ｐ然后根 据 Ｐ 求水 是施工 中的检测 ， ２计 ， 再 二是成桩后的检测 。 ３ ． 平面布置及置换 率计算 。粉喷桩平 泥掺入 比 ； 固深度不受 限制 时， 根据室 内 桩位 当加 可 ４ 施工 中的检测 。 ． １ 施工 中检测主要是检查 面布置以桩距最大 和便 于施工 为原则 ，可采用 强度试验 先确定 水泥掺入 比，求得水 泥土强度 桩位 、 桩长 、 喷灰 量 、 复搅 长度 以及是 否进 入硬 桩 加固 、 格子式加 、 壁式加 同和块式 加 吲等 即桩 身 强度 Ｐ 然 后 按式 （） 算 Ｐ 最 后按 式 土层等 。对进场水泥 ， ， １计 ， 一般每 １ ０ 抽检一次。 ０ｔ 布置＝ （ 州． ￡ Ｌ 任实际１程中 ， ２ 算桩 乏 。 一般均取水泥掺 ２ 成桩 后的检测 。对成桩 的检测 一般是 在 ｓ （『ｐ ３ ＝ 【ｓ －１ Ｘ仃ｓ／ （ ／ 一１ ×（ｓ ． 人 比为 １％， ） ＰＡｐ ３ ｒ） ５ 这样 可先拟 桩长 ， 然后根 据式 （ ） 成 桩 ２ｄ ，在桩体上 部开挖截取 ３ ２ ８后 段进行 桩 （ ３） 求 出 Ｐ再根 据式（ ） Ｐ取 其小者 ， ， Ｊ 求 ， 一般式 （ ） 身无 侧限抗压强度试 验及检查桩径 。检查频率 ２