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粉喷桩在公路工程软基处理中的应用

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粉喷桩在公路工程软基处理中的应用

发布日期:2021-02-02 作者: 点击:


粉喷桩在公路工程软基处理中的应用
文章论述了粉喷桩在软基处理过程中桩的支承方式方法、单桩承载力、土的含水量、置换率、渗入量、复搅转速对桩强度的影响以及控制标准、检测方法和评定方法。地基施工队一般是指用于改善支承建筑物的地基(土或岩石)的承载能力或改善其变形性质或渗透性质而采取的工程技术措施。
  采用粉喷桩方法加固软土地基具有许多优点:能有效地减少地基的总沉降量;与排水固结法相比总沉降量能减少25%~49%;这对控制路堤的工后沉降和解决桥头“跳车”具有明显的效果,具体表现在地基加固深度内沉降量的大幅度减少。经加固后路基在填筑过程中侧向位移明显减少,实测的Z大侧向位移仅6~7cm。与排水固结法在相同条件下相比,侧向位移减少60%~70%,而且在较短时间内即趋稳定。侧向位移的减少,不仅能增加路基的稳定,特别在桥涵与路堤连接处保护桥台桩基不受过大的侧向推力,而且也减少地基的沉降。粉喷桩复合地基能提高地基土的承载力,适应快速填筑施工,与排水固结法相比,可以允许有较高的填土速率。
  一、粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响
  长封段试验(test)表明,在桩长11m范围内的沉降量与桩尖以下沉降的比值达1∶1.5。查阅其他资料也证明(zhèng míng),当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层沉降很少;若未打穿软土层,成为悬浮式时沉降就大。地基的过大沉降,说明桩尖下卧软土层的沉降还相当大,而且持续时间较长,将不得不重新进行处理甚至报废。目前高速公路不断向沿海近海地区延伸,遇到的深厚软土越来越多,而且是现有粉喷桩机所达深度远远不及的。如何来解决这个问题,除了进一步提高机械设备(组成:驱动装置、变速装置等)的性能外,在设计(Design)理论上也需要有一个突破。对下卧层软土的沉降有一个正确的评估,同时在实践中探索解决的方法。
  二、地基(dì jī)土含水量对粉喷桩质量的影响
  粉喷桩质量(Mass)的优劣(yōu liè) 主要反映在粉喷桩的强度指标上,这不仅与掺入粉体的质量、施工(Construction)工艺、地基土的性质有关,其中尤以含水量的关系甚为密切。规范规定,地基土的天然(natural)含水量在小于30%或大于70%时不宜采用。因为当土的含水量小于30%时,土中的水份不足以使粉体进行水化作用;当含水量大于70%时,含水量过高的土壤(质地类型:壤土、砂土、黏土)往往孔隙比大,若按常规掺入粉体数量,由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体,将严重影响(influence)粉喷桩的强度,在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时,土周边的限制力极低,当钻头反转提升喷灰时,产生一个垂直向下挤压力(pressure)和一个径向水平推力,由于土呈流塑状,束缚力极低,桩体在成形过程(guò chéng)中向下及向四周水平向排水,影响形成竖向桩体,通常形成所谓“掉桩”或“下沉”,常为地表下1~2m。当发生“掉桩”或“下沉”时,只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅,就能克服这种现象(phenomenon),如果不作处理将会造成过大的路基沉降。
  三、粉喷桩复合地基(dì jī)承载力和粉喷桩单桩承载力的关系
  粉喷桩复合地基的平均允许承载力公式为:
[σ复合]=a×[σ桩]+(1-a)×[σ土]
  式中:
  σ复合――复合地基的平均允许承载力;
  a――置换率;
  σ桩――搅拌桩的允许承力力;
  σ土――天然地基(dì jī)土的允许承载力。地基打桩工程施工将木桩或石桩等砸进地里,为了使建筑物基础坚固。
  无疑,桩的强度将直接影响复合地基(dì jī)的强度,假设桩的强度不断增加而土的强度依然不变,按照公式的计算,复合地基的强度也会不断增加,然而实际情况(Condition)并不如此。因为粉喷桩从本质上来讲是属摩擦桩类,当土的强度不变,而且饱和软粘土的强度很低时,在这种情况下,即使不断增加桩的强度,但总的复合地基强度也不会随之增加。这如同一根筷子在浆糊里和一个钢筋在浆糊里的情况是类同的。只有当天然土的强度也增强时,整个复合地基的强度才会增加。所以桩的强度应适度,要和天然土的强度相互匹配。反过来桩的强度很低,这当然也是不行的。
 
  四、桩土置换率及粉体掺入量对复合(recombination)地基强度(strength)的影响(influence)
  在实际设计(Design)运算时往往提供所要求达到的复合地基强度、拟定的粉喷桩强度及天然地基土的强度来求桩土的置换率,计算出桩数,然后布置桩位,再作有关的验算。地基施工队一般是指用于改善支承建筑物的地基(土或岩石)的承载能力或改善其变形性质或渗透性质而采取的工程技术措施。实践证明(zhèng míng)若置换率过低,如小于10%往往达不到设计要求,甚至全功尽弃。某快速干线采用粉喷桩复合地基处理,置换率仅为6%~7%,当路堤填至设计标高后出现裂缝,不得不重新处理。这说明作为复合地基的桩土置换率必须大于一定值,否则起不到复合地基的作用(role),所以在规范中定为10%~20%,这是有道理的。同样粉体的掺入量也需控制在一定值,规范定为10%~15%。如前所述,当软土中含水量大于70%,必须加大粉体掺入量,否则将形成不了桩体或形成强度达不到要求的桩体,不能满足设计要求。
  五、复搅和转速对桩强度的影响
  大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量(Mass)相差甚大。复搅的作用在于通过(tōng guò)充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用,促使桩体的充分形成。同时,钻头喷出的粉体一般呈脉冲状,若不充分进行搅拌,粉体在桩中往往呈层状,形成一种“夹生”。

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