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1粉噴樁加固處理技術

粉噴樁是深層攪拌樁的一種,其特點是借助壓縮空氣,通過固化材料供給機的特殊裝置,攜帶粉體固化材料(水泥或石灰等),通過高壓軟管輸送到攪拌葉片的噴嘴處噴出,對于含水量高、孔隙比大、壓縮性較好、靈敏度高和滲透性低的軟土地基,粉噴樁處理可以獲得較好的效果。

1.1工程地質條件

武漢某住宅樓地基土根據巖土工程勘察報告,土層從上至下分別是:①粉質粘土:屬第四紀全新統沖洪積層,厚1.0m左右。②淤泥質土:呈流塑狀態,具有高壓縮性、觸變性和不均勻性,厚2.8m左右。③粉質粘土:以含礫粉質粘土為主,局部為粘土,可塑狀態,厚3.0m左右。④淤泥質土:呈流塑狀態,具有觸變性、高壓縮性,厚3.0m左右。⑤粉質粘土:石灰巖風化而成,局部為粘土,可塑~硬塑狀態,中等壓縮性,厚4.5m左右。

1.2粉噴樁施工工藝及加固原理

本工程中設計的試驗粉噴樁樁徑為0.6m,樁中心距為1.3m,三角形布樁,樁長11m,水泥用量為15%,采用425號普通硅酸鹽水泥,置換率25%。具體施工流程:樁位放樣→樁機就位→預攪下沉→噴粉提升攪拌→復攪下沉→復攪→移到下一樁位。粉噴樁處理軟土地基的機理包含兩個方面內容:1)固化劑與軟土發生物理化學反應而形成強度和剛度都比軟土大得多的水泥土或石灰土機理;2)粉噴樁與樁間土構成復合地基的作用[1]。目前對水泥土加固土的機理,一般認為有包括幾個過程:水泥的水解和水化反應;粘土顆粒與水泥水化物的作用;碳酸化作用。復合地基效應主要有:1)置換作用。復合地基中樁體的強度和模量比周圍土大,在荷載作用下,樁頂應力比周圍土表面應力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減小了周圍土承擔的荷載。這樣由于樁的作用使復合地基承載力提高,變形減小。2)擠密作用。對于松散填土、松散粉土,采用非排土和振動成樁工藝可使樁周圍土孔隙比減小。密實度增加,提高樁周圍土的強度和模量。3)樁對土的約束作用。群樁復合地基中,樁對樁周圍土具有阻止土體側向變形的作用。相同荷載條件下,無側向約束時土的側向變形大,從而使豎向變形加大;由于樁對土體側向變形的限制,減小側向變形,使復合地基沉降變形明顯降低[2]。

1.3地基承載力試驗及加固效果

工程設計要求復合地基的容許承載力不小于150kPa。粉噴樁施工后隨機進行單樁靜載荷試驗和復合地基靜載荷試驗,壓板尺寸1.5m×1.5m正方形鋼板,采用慢速維持載荷法分級加荷載。對于單樁靜載荷試驗,在300kPa荷載作用下按沉降比0.01確定單樁容許承載力,試驗結果表明,單樁容許承載力均在150kPa以上,滿足要求。對于復合地基靜載荷試驗,按沉降比為0.01確定復合地基容許承載力,試驗結果顯示,復合地基承載力均在160kPa以上,沉降量也滿足要求,且未發現水泥富集、不均勻現象。

2擠密碎石樁加固處理技術

擠密碎石樁是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后,再將碎石擠壓入土孔中,形成大直徑的碎石構成的密實樁體。擠密碎石樁加固軟土地基的主要目的是提高地基土承載力、減少變形和增強抗液化性。

2.1工程地質條件

武漢某高校擬建辦公樓,根據巖土工程勘察報告,土層從上至下分別是:①粉土:1.0m~1.5m,較濕。②粉質粘土:1.0m~1.5m,過濕,軟塑。③粘土:1.5m~2.0m,很濕,軟塑,夾雜粉質粘土。④粉土:3.0m~4.5m,很濕,可塑。⑤粉土夾薄層粉質粘土:2.9m~4.0m,很濕,軟塑。

2.2擠密碎石樁施工工藝及加固原理

該工程設計碎石樁采用梅花形布置,樁距1.6m,樁徑0.5m,樁長9m,設計復合地基承載力要求120kPa以上。具體施工流程:施工準備→測量定位→樁機定位→振動沉管至設計標高→填入碎石至自然地坪高度→啟動振動錘振動拔管→邊拔管邊加料有規律反插→二次填料→拔管反插→孔口加料并開錘加壓→成樁。擠密碎石樁的加固原理主要有:1)擠密作用。成樁過程中樁管對周圍軟弱層產生很大的橫向壓力,使樁管周圍的土層孔隙比減小、密實度增大。2)排水降壓作用。碎石樁孔內充填碎石等反濾性好的粗顆粒料,在地基中形成滲透性良好的豎向排水降壓通道,有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高,防止軟土產生液化,并加速地基排水固結。3)振動效應。碎石樁成樁時,振動錘的強烈振動,使填入料和地基土在擠密的同時,獲得強烈振動,對軟土增強抗液化能力是有利的。

2.3地基承載力試驗及加固效果

加固完成后對地基采用靜載法測定承載力試驗,評價加固效果。隨機抽取1組復合地基進行試驗,壓板規格為1.2m2,試驗采用慢速維持荷載法。

3方案對比

通過粉噴樁和擠密碎石樁的加固原理可以發現,兩種加固方法都具有復合地基效應所具有的幾個特征,如:置換作用,擠密作用和樁對土的約束作用。同時,兩種加固方法降低軟土層含水率的原理不盡相同。粉噴樁側重于通過自身固化劑(水泥或石灰)與周圍土體的水分發生物理化學反應,降低土體水分,同時固化劑水化反應生成物加固軟土層;擠密碎石樁則側重于依靠樁孔內充填碎石等反濾性好的粗顆粒料,在地基中形成滲透性良好的豎向排水降壓通道,防止軟土產生液化,加速地基排水固結。兩種加固方法均能產生良好的加固效果,在實際工程中則需要根據土層地質勘查結果擇優選擇。

4結語

1)對軟土地基的加固處理,成樁類型的選擇是工程設計非常重要的問題,選擇時需要從單樁承載力、場地環境條件、樁基施工設備及能力、土質條件和經濟條件等幾個方面綜合考慮。

2)采用粉噴樁、擠密碎石樁對地基進行處理,樁的承載力在很大程度上受施工工藝的影響,在保證施工質量的前提下,科學地選擇施工工藝施工是加固成功的保證。