水泥粉煤灰樁在路基處理中的應用分析

黃永生

(中鐵隧道集團二處有限公司)

0 引 言

水泥粉煤灰樁是由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌和,用各種成樁機制成的具有可變粘結度的樁型,水泥粉煤灰樁和樁間土一起,通過褥墊層形成水泥粉煤灰樁復合地基。水泥粉煤灰樁具有應用性廣、較高承載力、施工簡便、工期短、造價低等技術優點目前在土建方面得到廣泛應用。

1 工程概況

某公路穿越的路段工程地質情況為上覆第四系全新統沖洪積層的粉質黏土,由于路基下存在淤泥、松散粉砂等軟弱地層且厚度大,嚴重影響了路基的穩定性。為了提高路基承載力和路基沉降,應對軟土層進行加固處理。該路段軟土路基長 470m,路基頂寬 35m,路基填方高度為 5～7m。地基土的天然承載力不滿足上部荷載要求,故對該路基采用水泥粉煤灰樁進行加固處理。

2 設計參數

水泥粉煤灰樁復合地基設計參數主要包括樁長、樁徑、樁體強度、褥墊層厚度及材料設計參數。設計一般采用較大樁距、樁長原則,并且樁端要達到持力層上。本工程中設計承載力標準值為200kPa,樁土置換率為6.5%。

(1)樁長:樁長是水泥粉煤灰樁復合地基設計首要參數,主要由建筑物對承載力和變形的要求、土質條件和土的性質、施工工藝等因素所決定,宜取 3～5倍樁徑為宜。本工程中設計樁長8.9m,有效樁長8.4m。

(2)樁徑:樁徑取決于所采用的成樁設備,本工程中樁徑為0.4m。

(3)樁距:樁距由地基承載力、土的性質、施工工藝等因素確定,宜取 3～5倍樁徑。本工程中樁距為1.6m×1.6m,呈正方形布孔。

(4)樁體強度:本工程設計樁體混凝土強度等級為 30。

(5)褥墊層厚度及材料:大量工程實踐和試驗研究表明,褥墊層厚度取 15～30cm為宜,當樁徑大或樁距大時褥墊層厚度宜取高值。本工程褥墊層采用級配良好的砂石,厚0.3m,最大粒徑不宜大于30mm。

3 施工工藝及施工技術措施

3.1 施工工藝

施工工藝如圖 1所示。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工過程

(1)施工前應對主要原材料砂、碎石、水泥和粉煤灰進行檢驗,水泥采用 425#普通硅酸鹽水泥,碎石料徑為 20～40mm,砂采用中粗砂,含泥量不應大于 5%,粉煤灰等級應高于Ⅱ、Ⅲ級。

(2)施工前清理現場包括地表植物及雜草,平整至設計標高,根據設計資料準確放出樁位位置。核對地質資料,勘察現場是否與設計相符合,然后試樁 2根,檢查樁身混凝土密實度、強度和樁身垂直度等指標,做到隨時發現問題解決問題,調整施工工藝。

(3)準確放線標定樁孔位置,確定樁頂標高。施工時要隔行隔樁分散跳打,避免相互之間產生干擾現象,相鄰樁施工時間間隔大于 7d,成樁順序為從路中心向兩側推進。

(4)鉆機就位后,用鉆機塔身前后、左右的垂直標桿檢查塔身導桿,校正位置,使鉆桿垂直對準樁位中心,確保水泥粉煤灰樁垂直度允許偏差不超過 1%,樁位允許偏差不大于5cm,打樁過程中要隨機檢測鉆桿傾斜度。

(5)鉆孔到設計標高后停止鉆進,泵送混合料。當鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管,嚴禁先提管后泵料。成樁的提拔速度宜控制在 1.2～1.5m/min,邊振邊拔,每拔0.5～1.0m,停拔振動 5～10s,如此反復,直至樁管全部拔出。拔管過程避免反插,如上料不足,需在拔管過程中控制投料。

(6)成樁過程必須連續進行,避免因后臺供料慢而導致停機待料造成斷樁事故。灌樁完成后用水泥袋蓋好樁頭,終凝后灑水進行養護。施工樁頂要高出設計樁頂標高不少于0.5m,樁長偏差不大于10cm,樁徑偏差不大于2cm。

(7)施工過程中,抽樣做混合料試塊,一般一個臺班一組(3塊)15cm×15cm×15cm,并測定28d無側限抗壓強度。

(8)保護土層清除后,截除樁頂設計標高以上樁頭,樁頂高程允許偏差0～20mm。

3.3 施工質量控制

(1)為檢驗水泥粉煤灰樁施工工藝、機械性能及質量控制,核對地質資料,在工程樁施工前,應先做不少于 2根試驗樁,并在豎向全長鉆取芯樣,檢查樁身混凝土密實度、強度和樁身垂直度,根據發現的問題,修訂施工工藝。

(2)長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料,施工在鉆至設計深度后,應準確掌握提拔鉆桿時間,混合料泵送量應與拔管速度相配合,遇到飽和砂土或飽和粉土層,不得停泵待料;沉管灌注成樁施工拔管速度應按勻速控制,拔管速度應控制在1.2～1.5m/min左右,如遇淤泥土或淤泥質土,拔管速度可適當放慢。

(3)控制好混合料的坍落度。大量工程實踐表明,混合料坍落度過大,會形成樁項浮漿過多,樁體強度也會降低。坍落度控制在 3～5cm,和易性好,當拔管速率為 1.2～1.5m/min時,一般樁頂浮漿可控制在10cm左右,成樁質量容易控制。(4)通常樁頂混凝土密實度差,強度低,現場地質條件和施打順序等綜合確定,一般不應比設計標高于 0.5m。(5)成樁過程中,抽樣做混合料試塊,每臺機械一天應做一組試塊標準養護,測定其立方體 28d抗壓強度。(6)清土和截樁時,不得造成樁頂標高以下樁身斷裂。

4 檢測分析

4.1 單樁靜載試驗

根據設計資料,單樁復合地基承載力特征值為不小于326kPa,采用慢速維持荷載法。在樁身強度滿足試驗荷載條件時,宜在施工結束 28d后進行,試驗數量宜為總樁數的0.5%～1%且不少于 3根。本工程取 16根樁進行檢測,平均值為438kPa,提高34%滿足設計要求。

4.2 低應變動力檢測

針對工程樁基的樁身質量及完整性進行無損檢測,按國家現行行業標準《基樁低應變動力檢測規程》(JGJ/T93-95)進行,抽取總樁數 10%的樁進行低應變動力試驗,分別對現場隨機的 286根樁進行了樁身質量及完整性檢測,檢測評價方法見表 1。

表1 樁檢測評價表

5 結 論

(1)根據復合地基靜載試驗檢測結果,本次檢測的復合地基承載力標準值為326kPa,滿足承載力設計值300kPa要求。

(2)動測結果表明,樁身完整性較好,總體上達到了優良樁水平。

(3)水泥粉煤灰樁復合地基由于水泥粉煤灰樁中摻入了少量粉煤灰,不配筋,以充分發揮樁間土的承載力,其受力和變形類似于素混凝土,具有承載力高、變形小、穩定快、施工簡單易行、工程質量易保證等優點,工程造價是一般樁的1/2～1/3,具有較高的經濟和社會效益。

(4)水泥粉煤灰樁復合地基合理的褥墊屋厚度對提高復合地基承載力及減少沉降變形是非常有利的。水泥粉煤灰樁復合地基作為一種新型地基處理技術,設計計算方法簡單易學,適用范圍廣,適用性強,有極大的發展潛力。

[1] 徐至鈞.強夯和強夯置換法加固地基[M].北京:機械工業出版社,2004.

[2] 建筑地基處理技術規范JGJ79-2002[S].

[3] 公路路基施工技術規范JTGF10-2006[S].

[4] 建筑地基基礎設計規范GB5007-2002[S].

[5] 基樁低應變動力檢測規程JGJ/T93-95[S].