粉体喷搅法加固软土地基浅谈

粉体喷搅法加固软土地基浅谈一、前言随着建筑业的蓬勃发展，软土地基加固技术不断得到改进和提高，粉体喷搅法是近年来迅速推广应用的一种软土地基加固方法。粉体喷搅法（简称粉喷法），是用特别的设备和机具，将加固剂粉体材料（水泥或石灰粉等）通过压缩空气的传送，并与地基土强行拌合，使之产生充分的物理、化学反应后，形成连续、水稳性的坚硬桩体（简称粉喷桩），是一种改善土质、提高地基强度的软土地基加固方法，可广泛地适用于淤泥土质、杂填土、浜填土、软粘土等地基加固。该项技术起源于瑞典，1967年由kjeidpaus提出以石灰粉为固化材料，故称为石灰桩法，并于1974年取得专利。日本称这项引入技术为“dryjetmixingmethod”(简称djm法)，在抗滑、地基加固、边坡稳定等工程中得到广泛应用。由于在施工技术的研究，专用设备的研制和工程应用方面的迅速发展，目前，日本粉喷桩的加固深度已到30米以上，桩径可达0.3-1.0米，加固土方达几百万m³。在欧美和东南亚国家，这项技术应用十分的广泛。自1983年铁四院应用该技术首先成功地用于铁路涵洞软土地基加固以来，经过多年的实验，研究和工程实践，国内粉体喷搅法已在港口、石油化工、市政和工业与民用建筑工程中得到大量应用，并去得了良好的技术经济效果二、加固机理粉喷法的粉体固化剂有石灰及水泥两个系列，但石灰粉体在生产、运输、保存等没有水泥方便，故粉喷法目前多用水泥作为固化剂，国内外大量的试验与研究证明，水泥与软土拌合后，将发生如下的物理化学反应。水泥的水解水化反应。减少了软土中的含水量，增加土粒间的粘土。水泥与土伴合后，水泥中的（）酸二钙、碳酸三钙、铝酸三钙以及铁铝四钙等矿物与土中水发生水解反应，在水中形成各种（）、铁、铝质的水溶胶，水泥中的caso大量吸水，水解后形成针状结晶体。离子交换与团粒作用。水泥水解后，溶液中的ca++含量增加，与土粒发生阳离子交换作用，等当量置换出k+na+，形成软土大的土团粒和水泥土的团粒结构，使水泥土的强度大为提高。硬凝反应。阳离子交换后，过剩的ca++在碱性环境中与sio--，al;o;发生化学反应，形成水稳性的结晶水化物，增大了水泥土的强度。4、碳化反应。水泥土中的ca（oh），与土中或水中co，化合生成不溶于水的caco，增加了水泥土的强度。水泥与地基土伴和后经上述的化学反应形成坚硬桩体，同时桩间土也有少量的改善，从而构成桩与土复合地基，提高地基承载力，减少了地基沉降。三、水泥搅拌的加固土物理力学特性根据冶金研究院试验研究，水泥加固土的主要物理力学特性如下：物理性质（1）容量：水泥与土搅拌后，其容量变化不大，仅比原土的容量增加5%（2）含水量：水泥加固土含量略低于原土的水量，约减少()2、水泥土力学性质（1）水泥加固土的抗压强度一般为300——40000kpa，比天然软加大几十~几百倍，影响加固土的抗压强度的因素较多。与土类、水量、水泥深入量、养护龄期以及外掺剂等因素有关。a、水泥掺入比：经试验当掺入比a＜5%，加固效果微弱，而工程实用一般采a=7.——12%为宜。目前，本公司掺入比为15%左右。b、地基土含量的影响当其他条件相同时，水泥加固土的强度随土的含水量增加而低，当土样的含水量为50-80%范围时，含水量每降低10%则水泥的强度提高30——50%。c、龄期的影响水泥加固土的强度随龄期增长而增大，早期强度增长较快，7天龄期强度可达28天龄期强度的60%，一般龄期超过28天后，强度仍有明显增加，3个月龄期强度是一个月的强度1.5-1.8倍，粉喷桩体强度可达到6-2.0mpa。（2）水泥加固土抗拉强度经试验，当水泥土的抗压强度在300-4000kpa时，抗拉强度为抗压强度15%-25%，即ot=（0.15-0.25）qu。（3）抗剪强度，当抗压强度为300-4000kpa时，水泥加固土的内聚力c为100-1100kpa，并随抗压强度增加而增大，一般约为水泥加固土的抗压强度20-30%，其内摩擦角=20°——30°之间。（4）水泥加固土变形摸量当抗压强度为300-40000kpa时，e=400-300mpa一般为抗压强度的126-150倍，即e=（120-150）qu。四、粉体喷搅法加固软土地基的特点粉体喷搅法加固软土地基，是一项新的工艺，与其他软土加固方法相比具有较多突出之处。机理科学，费用低廉。该工艺采用地基原土作为桩料，与少量固化剂抖和具有下列优点：加固成本低，由于采用地基土自身作为桩料，而掺入少量固化剂，一般掺入12-15%的水泥，每米材料成本10元左右，比其他地基加固方法，成本均较低。桩身质理好。由于成桩粉体与土拌合，化学反应充分，桩身强度相对较高。地基加固后无附加荷载。因为掺入的固化剂含量较少，加固体的容量略大于地基土，对地基的附加荷载可忽略不计。干法施工施工不需水源，不需排污，场地干净桩体强度高，与深层搅拌方法相比在其他条件相同的情况下，则粉体喷搅工艺效果较好。因为前者是湿法施工后者是干法，从地基中吸取一定的水量，提高了地基加固效果。无侧向剂土问题该工艺与打入桩或压入桩相比，由于成桩是将原土作为主要桩料，在地基中几乎不增加体积，故不产生侧向挤土，所以粉体喷搅法施工对临近，环境及设施无甚影响，甚至可以紧贴相邻基础施工。桩身强度可因需要加以控制该工艺可按工程需要及地质条件，以不同掺入量控制不同桩身强度，也可在同一地基中不同层位控制不同桩身强度，满足工程上的需要。适用性能广该工艺桩位平面布置灵活，可以组成各种几何形状如单桩分开的桩式，桩体相切或搭接的墙壁式，以及桩体构成网格状的块体式。并适用于各种工程，如建筑物地基加固，边坡抗滑加固，深基坑的边坡支护等，还可加固地基中的某个部分。应用广泛。施工机械简单操作方便粉体喷搅法施工专用机械主要由成桩钻机，空压机，供料机三大件组成。设备简单，机身体积小巧，步履移动方便。成桩直径500mm，桩长可达12.5米。施工效率较高，台班成桩10-15根。其成桩工艺流。五、施工工艺1、施工机具目前，使用的由上海采矿机械厂制造的gpp-5型喷射搅拌机，主要由成桩钻机、空压机、供料机三大系统组成。机具主要参数见表1.机具参数表成桩直径0.5m加固深度15米副机功率4千瓦主机功率37千瓦钻进速度0.48，0.8，0.47m/min最大提升力10t最大给进力8t步履纵向1.2m步履横向0.5m转盘扭矩500kg/m总重量9233kg接地压力34kpw施工程序主机就为；开启空压机、钻机钻进、钻头切削土壤形成松土柱；钻至设计深度后，钻机换挡反向转动；开启副空压机，驱动粉喷机进行喷粉提钻作业；钻头提升至设计标高后，停止送粉。钻头地压力0.34kg/cm²劳动组织主机机械运转每台班由2-3人组成，班长1人，操作工1人，指挥1人；副机驱动粉喷机，每班4-5人，操作工1-2人，运输3-4人。施工注意事项明确设计要求，了解地基的地质情况；开工前先打试验桩，根据不同的地质条件，合理选择钻机的档位，确定喷粉机压力和喷粉量；认真记录，控制粉管的流量和单桩的用粉量；经常测量钻杆的垂直度及钻头的大小；经常检查橡胶管的畅通，保证喷粉量。六、设计与计算1、粉体喷搅法加固软土地基的设计计算，主要根据工程性质及其对地基的要求，拟建场地的地质条件以及室内加固土配方试验等资料，对地基的加固范围、加固深度、固化剂掺入比以及桩距及桩数等设计与计算。粉体喷搅加固软土地基的承载力，取决于桩身强度和地基土对桩的支承力。而桩身强度又与水泥标号、掺入比以及土质等因素有关。土对桩的支承力是由桩的侧摩阻力和端阻力所组成。由于粉喷桩非完全刚性桩，所以上部的荷载由桩和桩间土共同承担。粉体喷搅桩地基设计计算，目前尚无现行规范，故一般沿用复合地基计算方法。地基变形计算，仍采用分层总合法。2、单桩容许承载力的计算单桩容许承载力pa，可根据现场荷载试验确定，或采用下式计算。当粉体加固置换率较高时，可将群桩及桩间土视为假想的实体基础，按群桩原理进行计算承载力或验算桩下地基土的强度。地基总沉降量计算s=s1+s2s-地基总沉降量（mm）s1——加固深度范围的沉降量（mm）s2——加固深度以下压缩层的沉降量（mm）ep——粉体喷搅桩的摸量（由荷载试验或室内试验确定）es——桩间土的压缩模量o——地基上平均接触压力（kpa）但不少工程证实，实测的沉降比计算的沉降量小得多，这有待今后积累沉降资料加以修正。设计参考参数粉喷桩水泥土无侧限抗压强度可达1.5——2.5mpa，经试验抗剪强度可取无侧限抗压强度的1/2——1/3，试验证明，无侧限抗压强度大时，此比值呈现减小趋势。抗压试验结果，粉喷桩约在桩顶下2.0——2.5米处破坏，破坏时应比约为1%左右，介于柔性桩和刚性桩之间。变形摸量，一般为加固设计强度容许值的100——200倍，相当于原始土压缩模量的10-30倍，达60-100mpa；单桩承载力达100-150kn时，相应沉降量为5-10mm复合地基加固段范围内沉降量约为1-3cm.桩土应力比约为1：3-4，复合地基压缩模量在8-20mpa之间粉喷桩桩距可由地基加固置换率来确定，一般置换率采用11-18%为宜。七、加固质量与检测粉喷桩工程质量检查和地基强度检测，目前，接以下方法进行。外观和桩位检查，通常在地基开挖时进行，外观检查包括对桩径的测量和定灰面的检测。资料检查，即对施工记录的检验，以复核桩端和停灰面标高，喷粉量等是否符合设计要求。