水泥粉喷桩复合地基

水泥粉喷桩复合地基（精选7篇）

水泥粉喷桩复合地基 篇1

1 适用条件及规定

水泥粉喷桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量偏高的且承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基。

2 工程实例

在某石化厂7×10t/a催化裂化装置中大面积应用粉喷桩处理地基,取得了较好的工程效果及经济效益。这套催化裂化装置正式投料运行正常生产将近一年后,对其基础进行沉降观测,沉降量完全满足生产要求。是水泥粉喷桩在工业装置中应用的一次成功尝试。

2.1 工程概况

某石化厂位于黄河入海口的北岸,地貌属黄河下游冲积平原。地层在钻探深度(20m)范围内均为第四系(Q)粉土及粘性土组成。土质松散,粗颗粒含量较高,含水量23%~36%。埋深2m左右的第2层土为轻微液化土层,天然地基承载力仅有80kPa。由于石化炼油装置高耸结构多,荷重大,沉降要求严,天然地基不能满足工程需要,地基必须进行加固处理。

2.2 地基处理方案选择

根据地质资料所反映的各项指标及土层分布,在钻探深度(20m)范围内没有发现较好的桩基持力层。埋深9.0m的第5层土及埋深17.5m的第7层土为相对密实的粉土层。而该石化厂在已建工程中曾采用过沉管灌注桩和少量水泥粉喷桩。沉管灌注桩桩径Φ377,桩长13m,单桩承载力450kN。但沉管灌注桩施工时工序环节多,节奏快,稍有不慎,即可因某个环节造成事故,而且事故不宜发觉和排除。如果采用水泥粉喷桩:桩径Φ500mm,桩长7.0m。面积置换率为m=0.1时相应复合地基承载力为150kPa;面积置换率为0.14时,相应复合地基承载力180kPa,也满足承载力的要求。而且造价较低,施工时宜于控制,经济合理。

经方案比较,最后确定采用水泥粉喷桩复合地基。

2.3 设计计算

根据土层分布情况,将桩端放在第5层土较为合理。相应有效桩长为8.5m,桩径Φ500,桩截面积A=0.196m。参考本地区已建工程粉喷桩试验资料,按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91计算单桩承载力及复合地基承载力基本值。

2.3.1 单桩承载力的计算

单桩竖向承载力标准值按下列二式计算,取其中较小值:

Rkd=ηfcu.kAp

Rkd=qsUpL+αApqp

取较小值Rkd=156(kPa)

计算结果说明,桩的承载能力由摩擦力控制,粉喷桩抗压能力略大于桩周摩阻力。我们所采用的水泥掺入比13%与桩长8.5m是相匹配的。

2.3.2 复合地基承载力

由公式

设计采用1.2m桩距,复合地基承载力标准值为170kPa;冷换框架、管架采用1.30m桩距,相应复合地基承载力标准值为155kPa;建筑物采用1.40m桩距,相应承载力为140kPa。基础设计按天然地基考虑。粉喷桩布置范围仅限制在基础底板范围内。

2.3.3 质量检验与载荷试验

在该催化裂化装置中,采用了低应变动测的方法检验桩的施工质量,这种方法也广泛地应用于灌注桩的质量检测。它不仅能检验桩身水泥土的强度,而且还能检验桩身的完整性。根据全装置总用桩量,现场随机抽样15根桩做低应变动测。

动测结果:桩身基本完整,全部合格。30天龄期桩抗压强度达2.0~2.5MPa。

为了验证该工程采用粉喷桩加固地基的实际效果;确定复合地基承载力标准值。由甲方自行选取2根龄期为30天的工程桩,做现场复合地基载静荷试验。试验采用堆载法按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)附录一的规定进行。总加载量为设计要求值的两倍以上;复合地基承载力标准值按相对变形值确定,取所对应的荷载。

两组试验结果与设计计算结果基本吻合。但是,该工程所做的静载荷试验是在30天龄期的粉喷桩上进行。按规范要求应取90天龄期桩的强度做为承载力标准值。有关试验资料表明,30天龄期水泥土抗压强度仅为标准抗压强度的60%~70%。该粉喷桩复合地基实际承载力是大于设计计算值的。

该催化裂化装置全部基础于1995年11月施工结束。1996年6月开气成功并正式运行。于1997年3月测得16个月累计沉降量数据:累计沉降量均不超过30mm,远远小于天然软土的地基沉降量。显然水泥粉喷桩在改善地基土压缩性、减少沉降量这方面的作用是十分显著的。

3 结论

复合地基承载能力主要取决于粉喷桩的承载能力和粉喷桩的置换率。它与地质条件、桩长及桩身强度密切相关。在该催化裂化装置的工程设计中,采用了桩长不变、调整置换率的做法,粉喷桩置换率为0.1%~0.13%,复合地基承载力远远高于天然地基承载力。满足了工程需要,取得了较好的经济效果。所以,从技术经济方面考虑,提高置换率比单纯增加桩长对于提高复合地基承载力效果更为显著。

实践证明,水泥粉喷桩加固地基与摩擦型灌注桩相比,它在技术上和经济上都具有一定的优越性。特别是当软粘土厚度很大时尤为明显。此外由于它桩距不受限制,大大增加了设计的灵活性,可根据不同的工程需求设计不同的地基强度。再加上它施工简单、进度快、省材料、无噪音无震动、环境污染小等。所以在工业装置中应用水泥粉喷桩处理地基不仅是完全可行的,而且是中、小型装置值得推广的、合理的地基处理方法。

摘要：根据水泥粉喷桩的特点及在工程实例取得的数据和资料证明水泥粉喷桩在小型装置是值得推广的、合理的地基处理方法。

关键词：水泥粉喷桩,地基处理,应用

参考文献

[1]建筑地基处理技术规范[S].

[2]地基处理与托换技术[M].北京:中国建筑工业出版社.

水泥粉喷桩处理软土地基技术 篇2

水泥粉喷桩是一种深层地基加固方法, 是利用粉喷桩机不断高速旋转的钻头将水泥干粉喷到周边的软弱地基中, 同时钻杆以一定的速度提升, 搅拌钻头上的叶片将其周边的土体自下而上不断地切割搅拌, 使软土硬结的一种桩体, 它具有整体性、水稳定性、并且具有一定的强度, 与桩间软土形成复合地基, 其承载力可达160～180kPa, 效果好的具有更高的地基承载力。水泥粉喷桩同钢筋混凝土桩相比, 具有工期短、成本低的特点, 在工业及民用建筑、公路、铁路、市政及地下工程等工程的软基处理中得到越来越广泛的应用和推广。

水泥粉喷桩适用于淤泥、淤泥质土、粉土、及含水量较高的粘性土等的地基加固, 加固土桩的强度标准值取90天龄期的无侧限抗压强度, 一般可达0.8～2.0MPa。在施工中采用钻头搅拌钻孔成桩, 对地基及周边建筑物扰动小, 噪声低;施工作业简便, 且安全可靠;工期短, 成本低。

2 水泥粉喷桩的施工

2.1 成桩试验

由于不同地区的地层、地质情况差距较大, 即使采用相同施工工艺及原材料, 最终地基加固效果还是有较大的差别, 因此正式施工水泥粉喷桩之前, 应按原定施工工艺试打不少于5根, 从而确定满足设计喷入量的钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量、复搅和复喷等技术参数。

2.2 施工工序

整平原地面并对桩位测量放线→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉强制搅拌→复搅复喷→提杆出孔→钻机移位。施工中应根据成桩试验确定的技术参数进行, 操作人员应随时记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。

⑴水泥粉喷桩桩位测量放线:利用全站仪等测量仪器对桩位进行测量放线, 做好标志。

⑵粉喷机定位:桩机钻轴必须保持垂直, 以保证桩体的垂直度偏差<1.5%, 并丈量钻杆长度, 标上显著标志, 以便掌握钻杆钻入深度、复搅深度, 保证设计桩长。

⑶钻进:下钻过程中, 为了避免堵塞喷射口和减少负载扭矩, 钻进时喷射压缩空气, 钻进速度采用1.8m/min, 当电流值达70A以上, 并伴有钻头跳动现象时, 表明钻头已经进入了持力层, 停止钻进, 若没达到设计桩长, 应通知设计单位、监理和业主到场, 采取相应的处理措施再进行施工。

⑷提钻:钻头以1.2m/min的速度提升, 同时粉体发送器以0.3～0.5MPa的喷粉压力将水泥喷入被搅动的软弱地基中, 形成土与水泥等搅拌掺和料的混合物, 当钻头提升至距地面50cm时, 粉体发送器停止喷射水泥。施工中喷入量是保证桩身强度的关键, 而实践表明土质的密实度对喷入量影响很大, 因此发送器的转速应随土质变化作相应的调整。

⑸复喷:由于实际施工条件决定了水泥土的均匀性差, 因此在施工中采用复搅、复喷和控制提钻速度等方式来解决水泥土混合物的均匀性。对于设计有桩端承载力要求的粉喷桩, 除了正常的复喷外, 钻头在桩底原地旋转1～2min, 且要用慢档提升0.5～1.0m, 以保证桩端水泥土混合物的充分拌和。

⑹提杆出孔, 成桩结束。

3 施工过程中的注意事项

⑴施工中必须严格执行安全操作规程, 应随时注意粉喷机、空压机的运转情况、压力表的显示变化及送灰情况。

⑵若发现喷粉量不足时, 应整桩复打, 复打的喷粉量不少于设计用量;若遇停电、机械故障等原因, 喷粉中断时, 必须复打, 且复打重叠孔段应≥1.0m。及时排除空气储气罐内的积水, 注意控制粉尘的弥漫和扩散。

⑶严格控制喷粉标高和停粉标高, 不得中断喷粉, 确保桩体长度, 严禁在尚未喷粉的情况下进行钻杆提升作业。

⑷相邻桩的施工间隔时间不得超过水泥的终凝时间, 若有特殊原因超过该时间, 应请示设计部门, 采取适当的补救措施。

⑸粉喷机的粉体发送器必须配置粉料计量装置, 并记录水泥的瞬时喷入量和累计喷入量。

⑹储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg, 当储量不足时, 不得对下一根桩开钻施工。

⑺钻头直径的磨损量应≤1cm。

⑻经常检查施工设施, 清理管路的弯头处, 避免产生堵塞现象, 保证施工顺利进行。

4 结束语

水泥粉喷桩复合地基 篇3

本项目为沪杭甬高速公路拓宽工程三期,起自沪杭高速公路与上三高速公路相交的沽渚枢纽,与已经建成的一期拓宽工程相接。由中铁十三局集团有限公司施工的303合同段软基处理工程,起讫桩号为K81+100～K94+000,途经五夫特大桥,牟山湖特大桥,姚江大桥,前溪湖大桥,全长12.9 km。其中粉喷桩143 631 m,粉喷桩设计直径为50 cm,掺灰量45 kg/m,材料采用32.5级普通硅酸盐水泥,桩体设计强度(90 d无侧限)为0.9 MPa,28 d强度不小于0.6 MPa,采用粉喷桩处理路段,路基填筑在粉喷桩施工完成养护一个月后进行。

2 粉喷桩施工工艺原理

水泥粉喷桩是利用粉喷桩机的旋转钻头,将桩位处的地基土搅松,直到桩底设计标高,用压缩空气将水泥粉经空心钻杆通过钻头侧面的喷粉孔向四周已经搅松的土体喷射,经钻头旋转搅拌均匀,水泥硬化后,形成具有一定强度的水泥土桩体。桩体的强度高于原地基土,直接对地基起到加固作用。

3 施工工艺

1)施工准备。

在设计的处理范围内首先用人工配合机械清除杂草,清除物运到指定地点废弃,清除地表杂草后,根据路基设计表,采用复核后的导线点、水准点,每20 m整桩号处为一个断面,定出每一断面位置处左右两侧拓宽路基坡脚桩(外放1 m)、两侧第一级台阶开挖起点桩、左右老路基路肩沉降桩共6个位置,在施工路段的场地进行整平后,使场地内纵坡不大于4%,3 m内的平整度要无明显沟坎,基本平整,再用土质相同或相近的土按照设计要求做2%～3%横坡,以利于排水,用推土机适当碾压,同时在拓宽公路坡脚外侧设置临时排水沟。

2)测量定位及机具就位。

在需要加固的地段,沉桩路线选定以后,根据预定的布桩范围和间距,放出每个桩的准确点位。放样方法:测量班先放出路基坡脚桩、开挖第一级台阶阶底断面桩,然后施工队伍据此用白灰撒出横纵方格线,方格交叉点位即为每个桩的准确点位,用小木桩或竹桩或白灰圈进行标记。钻机机底支垫物要求平稳牢固,防止局部塌陷。定位时要保证钻杆中心与地面定位桩在同一铅垂线上。

3)下沉钻进。

对正桩位,调整钻机机身,保证钻杆的垂直度,启动钻机下钻,待搅拌钻头接近地面时,启动空压机送气,开始钻进。

4)上提喷粉。

钻到设计深时,关闭送气阀门,喷送水泥粉料。

5)强制搅拌及复搅。

固粉料已经到达桩底时,提升搅拌钻头,为便于控制成桩质量,一般不得使用Ⅲ挡提升,控制在Ⅱ挡以内。升到设计桩顶标高时,停止喷粉。气阀关闭送料阀,但空压机不要停机,搅拌钻头提升到桩顶时停止提升,在原位转动2 min,以保证桩头均匀密实。钻到设计桩底,进行二次搅拌。

6)提杆出孔及钻机移位。

钻头提出地面,停止主电机、空压机,填写施工记录,移至下一桩位。

4 质量控制关键

1)施工前必须进行成桩试验,桩身范围内必须进行二次搅拌,确保桩身质量。机身调平以钻杆是否垂直为依据,操作时以钻锤吊线进行控制。2)施工时严格控制喷粉时间、停粉时间和水泥喷入量。防止桩体上下喷粉不匀、下部水泥剂量不足、上下部强度差异等问题。3)钻头钻至设计深度时,应有一定的滞留时间,以保证加固粉料到达桩底,一般为2 min～5 min。4)喷粉或喷气时,当气压达到0.45 MPa时,管路可能堵塞,此时应停止喷粉,将钻头提出地面,切断空压机电源,停止送气,查明堵塞原因,予以排除。5)定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度,随时检查钻头,磨损在1 cm以上的更换新钻头。6)整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业。当空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时,应开通灰罐进气阀,以对料罐加压。7)喷粉开始时,应将电子秤显示屏置零,使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉时,记录人员应随时观察电子秤的变化显示,以保证各段喷粉均匀。8)施工完毕后,需养生至设计强度的80%以上,桩身取芯样的无侧限抗压强度不小于1.5 MPa方可进行下一工序。9)成桩7 d后进行开挖检查,开挖深度0.5 m～1.0 m,用目测法检查桩体成型情况、搅拌均匀程度,如实做好记录。如发现不良情况,应报废补桩。10)成桩28 d后,按5%的频率随机抽样,确定需钻孔取样的桩位,钻孔点在桩径方向1/4处,检测其桩身的完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。钻孔后留下的空洞采用与原桩每米水泥含量相同并搅拌均匀的水泥回填并挤压密实,也可采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。11)加强检查质量检验评定标准检查项目的检测,见表1。

5 经验总结

1)粉喷桩桩身范围内必须进行二次搅拌,确保桩身质量。2)严格控制钻孔深度,喷灰时间及停灰时间,确保粉喷桩长。3)定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度,随时检查钻头,磨损在1 cm以上的更换新钻头。4)施工过程中如发现喷粉量不足,或其他原因造成喷粉中断,必须整桩复打,复打喷粉量不小于设计用量,粉喷桩预搅拌下沉时严禁用水冲下沉。5)成桩7 d后进行开挖检查,开挖深度0.5 m～1.0 m,用目测法检查桩体成型情况、搅拌均匀程度,如实做好记录。6)粉喷桩施工完毕后,成桩28 d,桩身取芯样的无侧限抗压强度不小于0.6 MPa方可进行下一工序。按5%的频率随机抽样,确定需钻孔取样的桩位,钻孔点在桩径方向1/4处,检测其桩身的完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。钻孔后留下的空洞采用与原桩每米水泥含量相同并搅拌均匀的水泥土回填并挤压密实,也可采用同等强度的水泥砂浆回灌密实,同时满足90 d无侧限为0.9 MPa。7)卡钻:a.产生原因:通过含水量过低或板结坚硬的土层,或局部遇到障碍物;b.排除与防治:应停止钻进,查清原因,并采取下列措施:低速钻进,提出钻头,改进钻头;c.如位置较浅,可用其他方法疏松土层后再钻。8)喷粉不畅或堵塞:a.产生原因:输气管道连接部分密封不严,造成漏气或气源不足,气压降低。b.排除与防治:检查空压机运行情况,调整气源压力,处理输气管道连接部分的密封不严。9)漏桩:a.产生原因:粉喷桩未编号;施工中未按照桩号逐根成桩;桩位标记不清;未安排专人标记桩位和记录;b.排除与防治:应逐根编号,安排专人标记桩位和记录。

6结语

通过以上施工过程质量的控制,我单位较好的完成了沪杭甬高速公路拓宽工程三期303合同段143 631 m粉喷桩施工的阶段性目标施工任务,单桩承载力试验、取芯检测无侧限强度试验经宁波大学进行检测均合格,得到了业主的高度评价及奖励。根据沪杭甬高速公路拓宽工程实践证明,采用粉喷桩处理软土地基是切实可行有效的。

摘要：结合沪杭甬高速公路拓宽三期工程软基处理施工实践,阐述了粉喷桩施工工艺原理、施工工艺流程、具体施工操作方法、施工质量控制关键,总结了施工中的经验及教训,得出了采用粉喷桩处理软土地基可行有效的结论。

关键词：粉喷桩,加固,软土地基,应用

参考文献

水泥粉喷桩复合地基 篇4

关键词：拱桥地基,水泥粉喷桩,地基承载力

水泥粉喷桩是“粉体喷射搅拌法”基础持力层软弱地基加固方法之一。粉体喷射搅拌是深层搅拌法的一种，水泥粉喷桩系采用粉体材料水泥作为固化剂，通过喷搅机械，用压缩空气将水泥粉体以雾状喷入地基土中，与原地软土就地强制拌和，利用水泥吸水和与周围土颗粒发生水解、水化反应并进行阳离子交换等物理化学作用，硬化后形成整体性强、水稳性好和足够强度的水泥土桩体；而置于天然地基土中作为外加的可以提高地基性能的建筑材料，形成复合地基；桩体材料的强度和变形模量明显大于原地基土的相应指标，在刚性基础的作用下，桩体和桩周土共同作用，地基的强度和变形出现复合作用的效果。

1 工程概况

拟建桥位于鹿泉热电厂附近，设计形式为3m～8m的拱桥，墩底设计承载力为300kPa。土质为粉土层，天然承载力标准值只有80 kPa～100kPa，无法满足设计要求。为解决施工时地基承载力不足以及施工完毕后基础沉降等问题，拟采用水泥粉喷桩对基础持力层土进行加固。

根据《工程地质报告》，地层岩性基本特征自上而下：(1)杂填土：层厚0m～0.9m。(2)粉土：灰色及灰绿色，层厚0.9m～3.5m，软塑，夹薄层粉砂，基本承载力标准值为100kPa。(3)粉质黏土：灰色及灰绿色，层厚3.5m～6.0m，软塑，承载力标准值为80kPa，钻孔桩桩周摩擦力=5kPa。(4)粉砂土：灰色，饱和，层厚6.1m～9.4m，中密，基本承载力标准值为140kPa，钻孔桩桩周摩擦力=12kPa。(5)细砂：灰色，饱和，层厚9.4m～13.2m，中密，基本承载力标准值为280kPa，钻孔桩桩周摩擦力=22kPa。(6)粉质砂岩与泥质页岩互层：灰绿色及紫红色，分化严重，呈碎块状，层厚9.4m～13.2m，中密，基本承载力标准值为280kPa，钻孔桩桩周摩擦力=22kPa。

2 设计方案

1）本工程桩体直径初步定为0.6m。

2）水泥粉喷桩桩身的水泥土抗压强度fcu,k，主要根据室内强度试验确定，对水泥渗入量为10%～20%的水泥土，其强度标准值可以达到1MPa以上。本工程水泥渗和比定为20%。

3）桩长的设计

(1)复合地基承载力计算

水泥粉喷桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基载荷试验确定。也可按下式计算或结合当地情况及其土质相似工程的经验确定。

式中，fspk为复合地基承载力标准值；m为水泥土置换率；Ap为桩的截面积；fsk为桩间天然地基土承载力标准值；β桩间土承载力折减系数，当桩间土为软土时，可取0.5～1.0；当桩间土为硬土时，可取0.1～0.4；当不考虑桩间软土的作用时，可以取为0;Rkd为单桩竖向承载力标准值，可通过现场载荷试验确定。

(2)搅拌桩长的设计

由规范单桩竖向承载力，可按下列公式计算，取其小者

式中，fcu,k为与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值；η为强度折减系数，可取0.3～0.5;qs为桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取5kPa～8kPa，对淤泥质土可取8 kPa～12kPa，对黏性土可取12k Pa～15kPa;Up为桩周长；l为桩长；α为桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6;qp为桩端天然地基土的承载力标准值，可按国家标准《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7-89）第三章第二节的有关规定确定。

水泥土桩水泥渗和比取αw=20%（每延米67kg水泥，）水泥土无侧限抗压强度fcu,k=1500kPa。

单桩竖向承载力标准值

则m=0.465根

0#墩台基础底面积6.9m×4.8m，桩长8m。

现场布置桩横向11根，纵向5根，共55根。

依次计算，3处墩台共计165根，1 320延米。

3 施工方案

1)机械和人员配备情况：PH-5A型喷粉钻机1台；工长1人，电机操作员2人，钻工3人，上料员2人，试验员1人，机械工1人，共10人。

2)施工程序：清理平整场地→放线定位→设备安装→钻孔成桩。

3)成桩原理与过程：施工成桩直径为600mm，成桩长度7.0m，钻机电力启动，自动喷粉计量，纵横向桩与桩中心间距0.7m，单步行程就位，通过空压机将水泥粉按渗入比20%加入，每米桩长喷入水泥67kg的剂量由空心钻杆向钻孔中发送，在边旋转边提升中与软土均匀混合，每小时成桩2根～3根。在施工过程中，对桩体材料随即做试块，并对试块做28d抗压强度试验。

4)工程质量检测：随机取样水泥土试块28d抗压强度试验结果表明：平均强度最小的一组试块为1.7MPa，大于设计值1.5MPa，计算单桩承载力标准值134.1kN,大于设计值117.6kN，计算复合地基承载力标准值大于要求达到复合地基容许承载力标准值300kPa，说明水泥土凝固效果好，成桩工艺满足设计要求。

4 结语

水泥粉喷桩取代钻孔灌注桩的优点：

1)不需要钢筋，节约I、II钢筋分别为1.3t,1.5t，节约钢板、钢管分别为0.3t,1.2t。

2)设备简单、容易操作，机械化程度高。而钻孔灌注桩存在钢护筒制作与安装、泥浆制备、钢筋笼绑扎与吊装、超声波监测等复杂工艺，且施工难道大，还存在塌孔与断桩等危险因素。

3)劳动强度低、投入劳力少，施工进度快，施工场地不受限制，工期短。

4)工程造价低。通过工程决算比较，水泥粉喷桩造价为8万元/根，而钻孔灌注桩造价为11万元/根，故整个下部结构比原设计节约工程造价25%以上。

5)水泥粉喷桩在施工时，无振动，无噪声，对临近建筑物无干扰，不会影响周围人们的生活环境。

桥梁通车后，对桥梁的使用情况和桥梁基础的跟踪调查结果表明，地基最终沉降量满足设计规范要求，使用效果良好。证明水泥粉喷桩应用于小型桥涵的地基工程中是成功可行的。

所以，桥梁基础不受冲刷影响，当软弱土层不太深时，适宜采用水泥粉喷桩进行地基加固处理替代深基础，可降低工程造价，减少劳动强度，控制噪声污染。

参考文献

[1]JGJ7922002J22022002建筑地基处理技术规范[S].

粉喷桩处理软土地基的探讨 篇5

1)水泥的水解和化学反应。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物与软土中的水发生水解和水化瓜，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，在水泥表面重新组合后，水分子虽然继续入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体折出，悬浮于溶液中，形成胶体，硫酸钙、铝酸三钙一起与水发生反应，生成一种被称为“水泥杆菌”的化合物，这种反应迅速，反应结果把大量的自由水以结晶水的形式固定下来，并具有膨胀作用，这对于高含水量的软粘土强度的增加有特殊意义。2)离子交换和团粒化作用。软土中的胶体颗粒表面带有Na+或K+，它们能和Ca+进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。

2 施工工艺

施工程序：整平原地面-钻机定位-钻杆下沉钻进-上提粉喷强制搅拌-复拌-提杆出空-钻机移位

1)定位：用起重机悬吊深层搅拌机到达指定桩位，对中，当地面起伏不平时，应使起吊设备保持水平。2)预搅下沉：待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机网丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于70A。3)制备水泥浆：待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，在压浆前将水泥浆倒入集料斗中。4)提升喷浆搅拌：深层搅拌机下沉到设计浓度后，开戾灰浆泵将水泥浆压入地基中，并且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的浓度提升深层搅拌机。5)重复上、下搅拌：为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边深入土中，至设计加固浓度后再将搅拌机提升出地面。6)提杆出空、清洗：向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。考虑到搅拌桩顶部与上部结构的基础或承台接触部门受力较大，因此通常对桩顶在1.0m～1.5m范围内再增加1次注浆，以提高其强度。

3 加固效果检验

3.1 质量控制

1)预搅：软土应完全预搅切碎，以利于同水泥浆均匀搅拌。2)水泥浆不得离析：水泥浆要严格按设计的配合比设置，并在灰浆拌制机中不断搅动。3)确保加固强度和均匀性：严格按设计确定的数据，控制喷浆和搅拌提升速度及重复搅拌时下沉和提升速度，压浆阶段不允许出现断浆，输浆管道不能出现堵塞。4)保证垂直度。5)确保壁状加固体的连续性;对于要求相邻柱体搭接的情况，当每一施工段连续施工时，相邻柱体施工间隔不得超过24h。

3.2 质量检测

1)施工原始记录。详尽、完善、如实记录并及时汇报分析，发现不符合要求的立即纠正。2)开挖检验。可选取一事实上数量的桩体进行开挖，检查加固柱体的外观质量、搭接质量、整体性等。3)取样检验。从桩体中凿取试块，与室内制作的试块进行强度比较。4)采用标准贯入或动力触探方法检查桩体的均匀性和现场强度。5)载荷试验。选取一定数量的搅拌桩进行单桩或复合地基的载荷试验，可以很准确地检验加固效果。6)动载检验。可选取一事实上比例的工程桩进行小应变动力试桩检验，对桩身强度及均匀性进行检测。7)沉降、位移监测。工程投入使用后，定期进行沉降、侧向位移等观测，是检验加固效果的最直观方法。

4 工程实侧

4.1 工程地质情况

太长第17合同段K74+500—K87+150位于山西省榆社县境内，该段落段多为湿软地基，地层为软流塑土层，其间K79+602为(5*30m)预应力混凝土连续箱梁桥。为防止桥涵两侧不均匀沉降造成跳车现象，特对此处路基进行加固处理。

4.2 设计要求

桩距：粉喷桩在路基顶宽范围内1.5m，路肩到坡脚桩距由1.5m渐变到3.0m，呈梅花形布置;桩长8m，要求打穿淤泥层;桩径0.5m。桩体强度要求大于600kPa，处治后复合地基承载力大于180kPa。水泥掺入量：桩喷粉量50kg/m，水泥采用普通42.5级硅酸盐水泥，掺入比为15%;粉煤灰选用太原电厂II级粉煤灰，粉煤灰掺入为水泥用量的30%，水灰比0.5;钻机为国产GPP-16型。

4.3 施工阶段检测

1)检查桩距、桩位是否符合设计要求。2)水泥掺量检测：每工作班最少检测三次灰剂量，按50kg/m计量入灌，出现异常情况随时检测，保证水泥用量达到规定的要求。3)桩长检测：由于地质条件千变万化，设计不可能穷尽每根桩。施工中一是根据图纸设计桩长8m，再加上0.5m养护桩，按8.5m钻进深度控制，二是根据钻机电流变化情况控制，钻机设置II档，即0.8m/min，当钻机电流表显示值达到75A以上就认为达到了持力层，否则，继续钻进到持力层为止。4)桩体强度检测：成桩7d后利用轻型触探仪(N10)检测单桩成型质量，触探点设在桩径方向1/4处，抽查频率2%，大于30击时为合格，工地实测值在45～80之间，均符合设计要求。利用现场拌合料每工作班制取一组试件，检测90d强度。对桩身质量怀疑时28d在桩体上部(0.5m、1.0m、1.5m处)截取桩体，制取试件检测强度，在实际检测中90d试块测值在2.3Mpa～2.9Mpa之间，均符合规范要求。

4.4 成桩后试验检测

本工程采用了对28d龄期全桩长抽心取样并后进行低应变测试及试块抗压检测，结果如下：1)低应变检测：测试96根桩，I类桩90根，占93.7%;II类桩，战友6.3%;波速在1233.00m/s～1502.00m/s之间。2)桩体评价：从桩头和岩芯看桩体呈圆柱形，桩径500mm!510mm，桩体呈密实、坚硬状态，水泥呈条纹带状，搅拌均匀，桩体完整。3)桩身水泥土抗压强度见表1:

5 结论

平均值3.7Mpa>0.6Mpa，符合设计要求。通过对深层搅拌粉喷桩加固软土地基来处理桥头，开放通车5个月，沉降观测结果，最大总沉降量为4.4mm，桥头无明显下沉和跳车现象。总体通车以来路基稳定车过桥头平稳舒适，软基处理取得了令人满意的效果。

摘要：结合深层搅拌粉喷桩加固软土地基的原理, 就其施工工艺及加固效果检验方法进行了阐述, 通过在具体工程中的实践应用, 提出深层搅拌粉喷桩处理软基工程的技术性和实用性。

粉喷桩处理软土地基采用材料分析 篇6

粉喷桩是近年来用于加固软土地基的新工艺。由于它具有施工简便,工程进度快,加固效果明显,投资省等诸多优点,所以被广泛应用于铁路,公路,房建等工程的软土地基加固上。叶信高速公路十五合同段路基施工应用了此工艺。

1.1 地质条件

叶信高速公路上部浅层地基以第四季中更新统黏土为主,多具弱膨胀性,工程地质一般,地基土容许承载力在150 kPa～200 kPa范围内。叶信高速十五合同段位于淮河冲积平原与大别山交界地带,上部地层为第四纪全新统,中更新统地层,分布规律不明显。土层结构上部主要为第四季更新统低液限黏土和砂砾卵石层。低液限黏土,多具膨胀性;下部为白垩季砂砾岩。洼地有厚度不等的新近沉积软弱土。

1.2 特殊路基处理设计方案

对于鱼塘,稻田,洼地及水沟内的浅层软土,泥炭类软土层全部清除换填,换填材料为中粗砂,砾石,片石,开山石渣等材料,换填至原地面标高后,铺设20 cm的砂砾后碾压整平,然后铺设一层土工格栅,再铺设40 cm的砂砾碾压整平。

对于基底湿软又填土较高的桥头地段或填方路堤地段以及涵洞通道基础处理部分,一般采用水泥粉喷桩处理,以此提高地基承载力和减小地基沉降变形。粉喷桩固化剂采用32.5级普通硅酸盐水泥,桩体水泥量不少于50 kg/m,桩体的标准强度达到2 MPa。粉喷桩桩基设计要求全部穿过软塑土层,桩底应达到硬质亚黏土,密实状亚砂土,残积风化土等持力层内,施工时可根据持力层深度调整桩长。要求桩身持续性好,不得出现断桩,夹层土等现象。

2 粉喷桩软土地基处理

2.1 施工机械和施工工艺

叶信高速公路第15合同段,粉喷桩施工采用武汉PH-5A型和PH-5B型设备,采用YP-1干粉喷射机,喷粉量由流表控制。该设备最大成孔深度为18.0 m。

粉喷桩的工艺流程:施工放样※桩机调试就位※下钻旋转搅拌至设计孔深※孔底喷粉,搅拌,提升至地面以下0.5 m※向地面以下3/4桩长复搅至原地面※桩基移位。

2.2 试验桩施工

叶信高速公路第15合同段粉喷桩在K177+020～K178+120段进行。桩径为50 m,桩长为10.0 m,按正三角形布置,桩位横向间距为纵向间距为水泥干粉喷入量为50 kg/m。试验桩为5根。采用小应变法对试验桩进行检测时发现,5根试验桩强度均不能满足设计要求。为了分析原因,采取钻孔取芯的方法分析5根试验桩体呈灰白色,桩体垂直,水泥土芯完整,凝结较好,桩周围略粗糙但界面清楚;3.7 m～5 m范围内桩体呈灰黑色,桩体垂直,水泥土芯较完整,但没有凝结,呈软塑状,经取样试验,水泥芯的强度仅为普通土的30%～40%。也就是说,该段软土地基5.0 m以下范围粉喷桩所用材料试验失败。

2.3 检测结果分析

通过地质取样发现,该段软土地基0 m～5.0 m为灰色的亚黏土硬壳层,5.0 m～11.5 m范围为灰黑色流塑状淤泥质土,其pH<3.5,呈酸性。5.0 m以下粉喷桩强度不能形成的主要原因是流塑状淤泥质土中酸性物质含量过大,水泥中的游离状钙离子等不能有效地与软土中的钾离子等发生交换作用,水泥土的碳酸化作用也很大程度受到影响,从而导致成桩较差,甚至不能形成强度。

2.4 变更设计方案

施工单位接到设计变更通知,水泥粉喷桩试验失败地段变更为挤密碎石桩施工。挤密碎石桩是采用振动成桩法先用桩管振动成孔,再填入足够量的碎石,振动密实形成桩体。设置碎石桩的目的是通过振动,挤密的成桩过程,将被处理土体振动密实。对于软土地基碎石同时又作为地下排水通道,可加速地基的估计,达到增强地基强度的目的。

碎石桩施工完成后,通过沉降观测,K177+810通道基础混凝土完成7 d的累积沉降量为8.6 m,K178+600通道基础混凝土完成14 d的累积沉降量达到11.3 cm,而且出现不均匀沉降现象。由此可见,在该地质条件下采用碎石桩处理结构物基础的方法不成功。

3 粉喷桩采用材料分析

3.1 水泥

3.1.1 水泥的水化反应

普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙,二氧化硅,三氧化二铝,三氧化二铁及三氧化二硫等组成。在水泥拌入软土中后,很快与软土中的水发生水化反应,生成氢氧化钙,水化铝酸钙及水化铁酸钙等化合物。

3.1.2 土颗粒与水泥水化物的作用

凝结作用:水泥与水发生反应析出大量的钙离子,这些钙离子与黏土中的矿物质进行化学反应,逐渐生成不溶于水的结晶化合物:

这些新形成的物质在水中和空气中逐渐硬化,增大了水泥土的强度。

离子交换作用:软土中含有多种矿物质,并有钠离子Na+和钾离子+它们能和水泥水化生成的钙离子2+进行当量吸附交换,使较小的土颗粒形成较大的团体粒,也使土体强度提高。

碳酸化作用:水泥水化物中的氢氧化钙,与空气中的二氧化碳反应生成不溶于水的碳酸钙,也能提高软土的强度。

3.2 生石灰

3.2.1 生石灰质量要求

生石灰应是磨细的,最大粒径应小于2 mm,石灰中应无杂质,氧化钙、氧化镁含量不应小于85%,其中氧化钙含量不应小于80%。

3.2.2 石灰加固软土的机理

用石灰粉作为固化剂进行软土的加固时,石灰粉应为生石灰经研磨而成的生石灰粉。由于生石灰的主要成分是CaO,其次是MgO,当通过喷粉搅拌机机械将生石灰粉拌入软土后,CaO立即吸收软土中的水分,消解成熟石灰,即:

生石灰在消解过程中产生的大量热量会促进软土水分的蒸发,降低含水量。但主要是生石灰消解时,会吸收土中大量的水分,1 kg的CaO完全消解后的理论吸收水量是0.3 kg,Ca(OH)2与空气中的CO2发生碳酸化反应生成不溶于水的碳酸钙,使得软土强度提高,并与周围土体形成复合地基。再者生石灰在消解时体积会增长2倍,也能促进周围土体的固结。该方法于1984年7月在广东省云浮硫铁矿铁路专线上加固单孔4.5 m盖板的软土地基中获得成功。

3.3 粉煤灰

粉煤灰化学成分中要求二氧化硅和三氧化二铝的含量应不小于70%,也可采用石膏粉作为添加剂,有利于强度的提高。

4 结语

粉喷桩是软土地基处理的有效方法之一,在近年高等级公路建设中发挥了重要作用。但由于软土地基地质条件的复杂性,设计单位很难准确掌握软土地基的实际构成,从叶信高速公路软土地基的实际情况来看,设计方案选择是对于地质条件酸碱性等有详细分析方面的缺陷和只采用水泥作为固化剂应该是粉喷桩失败的主要原因。而试验失败后没有对地质结构成分和采用材料等进行分析便变更为碎石施工,更是缺乏科学性。这种变更不仅给施工单位造成了损失,也给业主增加了费用,而且处理效果也不理想。笔者认为,软土地基处理在设计方案选择时,不能盲目套用,一定要充分考虑到软土的有机制含量、酸碱性、液化土层的流塑状态等因素,要充分考虑所选固化剂与地质条件作用后对地基的增长情况,要从处理效果和施工地段实际情况出发,考虑沿线地质条件与材料供应等因素,选择科学合理的软土地基处理方案。

参考文献

[1]JTJ 017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

粉喷桩在软土地基中的应用 篇7

关键词：粉喷桩,软土地基,搅拌桩

粉体喷射搅拌法是在软土地基中输入粉粒体加固材料 (水泥粉或石灰粉) , 通过搅拌机械和原位地基土强制性的搅拌混合, 使地基土和加固材料发生化学反应, 在稳定地基土的同时提高其强度的方法。这种方法处理软土效果显著, 处理后可很快投入使用。以下工程是一个成功的范例。

1 工程概况

拟建建筑物为地上6层, 地面下1层, 拟采用框架结构、筏片基础, 基础埋深约3.0 m, 基底压力为120 k Pa。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

场地地貌单元为汾河冲积平原, 场地地形平坦。

2.2 地层岩性

第①层:素填土 (Q42ml) :褐黄色, 以粉土为主, 局部地方地表有40 cm的耕土, 含大量的植物根系及少量煤屑, 砖屑。该层层厚1.00 m~1.40 m。

第②层:粉质粘土 (Q41al+pl) :褐黄色, 局部地段夹有粉土, 含植物根系, 云母、煤屑、铁氧化物等, 软塑状态, 中等压缩性, 标贯试验实测锤击数N值介于1.0击~12.0击, 平均2.8击。静力触探锥头阻力为0.60 MPa~0.80 MPa。层厚4.50 m~5.90 m, fak=70 k Pa。

第③层:粉土 (Q41al+pl) :黄褐色, 局部夹有粉质粘土和细砂透镜体, 含云母、煤屑、铁氧化物等, 湿, 中密状态, 中等压缩性, 标贯试验实测锤击数N值介于3.0击~14.0击。平均6.5击。静力触探锥头阻力为1.00 MPa左右, 层厚4.40 m~5.00 m, fak=80 k Pa。

第④1层:粉土 (Q42al+pl) :褐黄色, 局部夹有粉质粘土, 含云母、煤屑、铁氧化物等, 密实状态, 中等压缩性, 压缩系数a1-2=0.284, 摇振反应中等, 无光泽, 干强度低, 低韧性。标贯试验实测锤击数N值介于5.0击~15.0击, 平均9.9击。静力触探锥头阻力平均值为2.0 MPa。层厚1.90 m~6.60 m, fak=120 k Pa。

第④2层:细砂 (Q41al+pl) :黄褐色, 局部夹有粉质粘土, 含云母、煤屑、铁氧化物等, 稍密状态, 级配均匀, 标贯试验实测锤击数N值介于4.0击~16.0击。平均13.0击, 静力触探锥头阻力平均值为4.0 MPa。层厚0.70 m~5.20 m, fak=120 k Pa。

第⑤层:粉质粘土 (Q32al+pl) :褐黄色, 局部夹有细砂, 含云母、煤屑、铁氧化物等, 可塑状态, 中等压缩性, 标贯试验实测锤击数N值介于5.0击~19击。层厚1.90 m~6.40 m, fak=160 k Pa。

第⑥层:粉土 (Q32al+pl) :黄褐色, 局部夹有粉质粘土透镜体, 含云母、煤屑、铁氧化物等, 湿, 中密状态, 中等压缩性, 标贯试验实测锤击数N值介于8.0击~13击, fak=170 k Pa。

勘察期间实测稳定水位埋深介于地表以下1.00 m~1.20 m, 属孔隙潜水, 主要由侧向径流补给和大气降水补充。勘探期间进入平水期, 水位随季节性变化幅度为0.5 m。

3 评价重点

3.1 场地特有的问题

自然地面下8.0 m以上为典型的软土, 从静探曲线可清楚的看到静力触探的锥头阻力为0.4 MPa~0.6 MPa。曲线顺直, 很少突起, 场地属于典型软土场地。

第②层土承载力较低, 只有70 k Pa, 而含水量很高, 为29.6;液限平均值为31.1, 液性指数平均值为0.85。在地震作用下属于易产生震陷的土层, 软土震陷已被大量的工程实践所证实, 设计时必须考虑第②层软弱土的震陷。

拟建场地为液化场地, 液化等级为中等液化, 主要液化土层为第③层和第④1, ④2层。

3.2 地基处理方案讨论

本工程的特点是土质非常软, 上部土震陷, 下部土液化, 而两者的处理厚度及方法相差甚远。

震陷性软土加固时, 需要将水排出 (吸出或挤出) , 而液化土需要挤密加固, 而粉质粘土挤密时水分又排不走, 若采用碎石桩加固液化土时, 在施工完成后短时间内地基土的强度在该地区不升反而降低。并且由于噪声和震动等环境污染因素, 不能在市区施工。

经过多年探索, 现在在市区普遍采用粉喷桩对多层住宅液化地基进行加固处理。

3.3 粉喷桩

本场地地基土为软弱土, 地基需要处理。处理方法建议采用深层搅拌桩 (湿法) 粉喷桩, 选桩径d=500 mm, 按3d桩距正三角形布桩, 桩侧阻力特征值取12 k Pa, 桩端阻力特征值取90 k Pa, 估算的单桩承载力特征值约160 k Pa, 复合地基承载力特征值可达130 k Pa。强度上能满足拟建建筑物基底平均压力为120 k Pa要求。

3.4 深层搅拌桩单桩复合地基静载荷试验

S1号桩在加至264 k Pa时达到相对稳定, p—s曲线呈缓变形, 最大沉降量为21.17 mm, 满足终止试验要求, 停止加荷。依据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A第A.0.9条规定, 取s/b=0.006, 即s=6.6 mm所对应荷载为157 k Pa, 大于最大加载量的一半即132 k Pa, 根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A第A.0.9条规定, 取极限荷载的一半即132 k Pa为该桩的单桩复合地基承载力特征值。

S2号桩在加至264 k Pa时达到相对稳定, p—s曲线呈缓变形, 最大沉降量为19.52 mm, 满足终止试验要求, 停止加荷。依据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A第A.0.9条规定:取s/b=0.006, 即s=6.6 mm所对应荷载为154 k Pa, 大于最大加载量的一半即132 k Pa, 根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A第A.0.9条规定, 取极限荷载的一半即132 k Pa为该桩的单桩复合地基承载力特征值。

S3号桩在加至264 k Pa时达到相对稳定, p—s曲线呈缓变形, 最大沉降量为7.08 mm, 满足终止试验要求, 停止加荷。依据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A第A.0.9条规定:取s/b=0.006, 即s=6.6 mm所对应荷载为255 k Pa, 大于最大加载量的一半即132 k Pa, 根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A第A.0.9条规定, 取极限荷载的一半即132 k Pa为该桩的单桩复合地基承载力特征值。

根据3根单桩复合地基静载荷试验结果, 3根试桩单桩复合地基承载力特征值均为132 k Pa, 满足设计要求。

4 结语

在软基处理方面, 粉喷桩发挥了良好作用, 取得了良好的社会效益和经济效益, 在类似或同等场地可选用粉喷桩。

参考文献