粉喷桩在高速公路软基处理中的应用

粉喷桩在高速公路软基处理中的应用摘要：本文论述了粉喷桩在软基处理过程中桩的支承方式、单桩承载力、土的含水量、置换率、掺入量、复搅转速对桩强度的影响以及粉体计量等。关键词：高速公路软基处理粉喷桩应用沪宁高速公路昆山试验段实践证明，采用粉喷桩方法加固软土地基具有许多优点：如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，实测的最大侧向位移仅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。但是，粉喷桩法在实际应用中尚有一些问题需要进一步探讨，有一些缺点需要克服。1粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响昆山段试验表明，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，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的性能外，在设计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。2地基土含水量对粉喷桩质量的影响粉喷桩质量的优劣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，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力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，如果不作处理将会造成过大的路基沉降。3粉喷桩复合地基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??天然地基土的允许承载力。无疑，桩的强度将直接影响复合地基的强度，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。4桩土置换率及粉体掺入量对复合地基强度的影响在实际设计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。实践证明若置换率过低，如小于10％往往达不到设计要求，甚至全功尽弃。某高速公路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，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。5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相差甚大。复搅的作用在于通过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，对桩的强度不利。如承受水平推力截止水作用的话，应进行全程复搅，若作为路基加固只承受垂直向力作用，也可以只复搅上部1/3的桩体。为了提高工效，粉喷钻机下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升；否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。6粉体喷入的计量桩的质量与粉体掺入量的多少有直接关系，如何计量粉体便成为关键。从理论上讲，气体和固体双相流的计量具有很大难度，但又非常重要，目前使用的灰罐体积测量法、电子秤称重法、弹簧秤称重法等均不是很理想的计量方法。最近某些单位通过对粉喷桩新型计量装置的研制，提出了气固双相流称量计量，它可以较大程度地克服现有计量装置所产生误差，同时也提出了改进目前电子秤称重法的方案，从而使得粉喷桩施工工艺更趋完善，质量更加可靠。设为主页加入收藏联系我们网站地图--------------------------------------------------------------------------------新技术让高速路“肋骨”更坚实2004年4月30日由于粉喷桩的施工是在地下直接完成，质量检测长期存在着“黑匣”问题。湖北省荆东高速公路指挥部与中国地质大学合作，采用“相邻道瞬态瑞雷波”技术对水泥土搅拌桩的质量进行检测，这一新技术不仅攻克了搅拌桩的“黑匣”问题，而且极大地提高了工程的质量检测水平，保证了工程质量。粉喷桩，高速公路的“肋骨”那些吃足了“搓板路”和“跳车”苦头的汽车驾驶员，长期以来并不知道造成路面坎坷不平的一个主要原因就出在粉喷桩上。作为高速公路“肋骨”的水泥土搅拌桩，又称粉喷桩，是在复合地基上直接打孔并将水泥粉均匀喷入经松散后的泥土里，形成直接竖立在地下的半硬性桩体，起到加固软基和防止沉降的作用。由于粉喷桩的施工是在地下直接完成，整体质量检测难度大，20世纪80年代末的检测方法是先打试桩，再挖出桩头，以浅代深，查看无问题后再批量生产。现行的“单桩静载试验”和“钻孔取芯抗压试验”法虽有所进步，仍无法达到预先控制施工质量的目的和完全摒弃人为因素。对此，业内向来有“良心工程”一说。谈及“良心工程”，湖北省荆东高速公路建设指挥部技术处副主任张五茅深有感触，他说现在南方有不少村子的人就是靠打粉喷桩发了财。粉喷桩易打不易测，什么人都能浑水摸一把鱼。特别是后期的“钻孔取芯”检测，极易被人钻空子：一是一芯多用，隐瞒各桩承载力的真实值，二是以少充多，使整桩的质量检测数据不完整。如再遇上不负责的监理和施工单位联手作假，将对公路造成无法预测的质量隐患。为了找到从根本上解决这一问题的好办法，荆东高速公路指挥部对省内外多项工程进行了考察，最终也没能找到满意的办法。有位高级工程师这样告诉他：“不管用什么办法，最后你能把50公斤水泥打进去就行了。”言外之意，粉喷桩能做到这一步就算不错了。去年3月，由中国地质大学完成的“高精度综合地球物理方法及在道路和堤坝质量检测中的应用研究”通过国家科学技术成果鉴定后，荆东高速公路指挥部意识到此项新技术对高速公路建设的重要性。这项新技术很快就在最初的实验路段上显示出了惊人的高效率和良好的应用前景。一路三景的启示“荆东高速公路地处荆江分洪区，软基处理问题十分突出，要想让施工速度真正快起来，关键能否找到一个解决目前粉喷桩检测方法滞后的有效手段。”这是我们在施工现场听到最多的一句话。就其检测的准确度而言，“单桩静载实验”无疑是现行最可信的一种检测方法了，但那慢如蜗牛的工作效率也是有目共睹的。“钻孔取芯抗压实验”由于各种原因，钻孔取芯实际最多只能提取全桩的80%%至90%%，不仅得不到全桩连续完整的准确数据，同时，使用这种检测方法，还必须等到粉喷桩完成28天后才能进行钻孔取芯，使工程不能迅速转入下道工序。相对于前两项而言，使用“相邻道瞬态瑞雷波”对粉喷桩的检测要简单得多，火柴盒大小的黄色检波器直接插在桩头上，看上去像在给路面做心电图检查。它既可以对全组五根桩同时进行检测，又能达到每根桩多点检测的效果，极大地提高了整桩检测质量，对桩体亦无任何损伤。检测结果直接传回实验室进行分析研究后，便可迅速准确地描绘出整根桩体的直观效果图。现场野外作业的中国地质大学（武汉）瑞雷波研究与应用工作室王晓柳副教授算了一笔账：1公里路段需要打粉喷桩750排12750根，“相邻道瞬态瑞雷波”对单桩检测的平均时间不到6分钟，约为“单桩静载实验”的1/240。“钻孔取芯抗压实验”必须等到粉喷桩完成28天后才能进行，而“相邻道瞬态瑞雷波”在桩体14天龄期内就能对粉喷桩的质量作出初步判断。高效，高速公路的生命从一份由荆东高速公路技术处和中心实验室共同上报给指挥部的报告中，可以看出“相邻道瞬态瑞雷波”新技术在软基地层变化复杂的荆东高速公路建设时被认可的程度???一、能直观呈现桩体的长度、完整性及垂直度；二、能在不扰动、破坏桩体的基础上，通过波速的定量处理得到直观的强度色彩分级显现；三、能在早期发现桩体的断桩和强度较弱部位；四、与静载实验作对比相关分析后，能对桩体的承载力作出范围性估计；五、成本低廉，检测快捷，频率高，覆盖面积大。实际应用中，该技术的优越性越来越多地显现出来，其中一个显而易见的优越性就是能在原桩和含水度不变的前提下，准确地检测出粉喷桩的强度。王晓柳介绍说，撇开它的测试原理不谈，仅就检测结果来看，用“相邻道瞬态瑞雷波”检测完成的粉喷桩质量效果图能做到一桩一图，还因其准确直观、易看好懂，被施工单位称为“傻瓜图”，达到了让企业明明白白用科技的目的。这些经过反复对比验证的独特优点，在使荆东高速公路建设加快进度的同时，使粉喷桩的检测成本也大幅度降低。采访中我们得到这样的一组数字???使用静载荷检测一根粉喷桩的费用为2200元，钻孔取芯检测一米桩心的费用为128元，荆东高速公路的粉喷桩平均桩长8米，约需1024元，而“相邻道瞬态瑞雷波”每组5根桩的检测费用仅有2800元，平均单桩为560元。刘江平教授表示，他们之所以这么快就想方设法将“相邻道瞬态瑞雷波”应用于高速公路建设，不仅仅是简单地想拓宽一个新的科研应用领域，最终还是想为中国的高速公路事业做一点实事。□链接荆东高速公路荆东高速公路是湖北省第一条由民营企业投资、该省交通厅以技术和管理作为资本参股的在建高速公路。该路全长58.432公里（其中荆江分洪区内路线长33.745公里），工程总投资约22亿元。作为国家规划的重点干线公路太原至澳门公路的重要组成部分，荆东高速公路也是湖北省规划的“五纵三横一环”高等级公路网中襄荆高速公路的重要路段，全线采用双向4车道高速公路建设标准，计算行车时速100公里，路基宽26米。该路于2003年6月动工，预计2005年底建成通车。〖打印此页〗〖关闭窗口〗=154&cid=26----------------------------------------------------------------