特殊路基處理施工技術

李新蕾

(山東省聊城市公路勘測設計院)

特殊路基處理施工技術

李新蕾

(山東省聊城市公路勘測設計院)

介紹了幾種主要的軟基處理工藝的方法和原理。

生石灰樁;粉噴樁;塑料排水板;砂樁;土工聚合物處置;堆載預壓

淤泥、淤泥質土及天然強度低、壓縮性高、透水性小的一般黏土統稱為軟土。大部分軟土的天然含水量為 30%～70%,空隙比 1.0～1.9,滲透系數為 10-8～10-7cm/s,壓縮性系數為 0.005～0.02,抗剪強度低,具有觸變性,流變性顯著。對于高速公路,標準貫擊次數小于 4,無側限抗壓強度小于 50 kPa且含水量大于 50%的粘土或標準貫擊次數小于4且含水量大于30%的砂性土統稱為軟土。修建在軟土地區的路基,主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動破壞的穩定問題和量大且時間長的沉降問題。軟土地基處理的施工技術有很多種,常常是多種方法綜合應用,主要介紹以下幾種方法及原理。

1 生石灰樁

生石灰與地基軟粘土通過強制攪拌均勻,很快產生水化作用,形成 Ca(OH)2。在這生石灰變為熟石灰的過程中,產生的熱量促進水分蒸發,使軟土地基的含水量降低,同時石灰體積產生膨脹,此時膨脹力的功能轉化為周圍土的變形位能,樁體體積增大,對周圍土起了壓密作用,是石灰對軟粘土的前期作用;熟石灰與粘土顆粒中的活性硅鋁礦物進一步產生化學作用,過程中又吸收石灰漿中的水分,形成結晶和鋁酸鹽和水化硅酸鈣,改變了粘土的結構。這一反應過程將持續數年,是石灰對軟粘土的后期作用。

1.1 材料要求

石灰應選用新鮮塊灰,破碎過篩,粒徑 20～50mm,含粉量不得超過總重量的 10%;氧化鈣含量不得低于 80%。其中有機質含量不大于 5%,不含石塊和有機雜質。

1.2 作業條件

(1)巖土工程勘察報告、基礎施工圖紙、施工組織設計應齊全。

(2)施工場地已進行平整,對樁機運行的松軟場地已進行預壓處理,周圍已做好有效的排水措施。

(3)樁軸線控制樁及水準點樁已經設置并編號,且經復核;樁孔位置已經放線并釘標樁定位或撒石灰。

(4)已進行成孔、夯填工藝和擠密效果試驗,確定有關施工工藝參數(分層填料厚度、夯擊次數和夯實后的干密度、打樁次序),并對試樁進行了測試,承載力擠密效果等符合設計要求。

1.3 工藝流程

振動打樁機成樁工藝流程見圖 1。

圖1 振動打樁機成樁工藝流程圖

1.4 操作工藝

施工工序一般是先外排后內排,先周邊后中間,單排樁應先施工兩端后中間,并按每間 1～2孔的施工順序進行,不得由一邊向另一邊平行推進,以免樁擠向一邊。樁孔經驗收合格,應立即向樁孔內分層填入要求粒徑的生石灰塊;用人工填料,每填 20～50 cm,用 10～15 kg的夾板錘或梨形錘進行夯實。因生石灰吸水膨脹,對各個方向都將產生很大的膨脹力,為減少向上膨脹力的損失,約束石灰樁的上舉力,夯填至距樁頂 20～30 cm,用 3∶7灰土或 C7.5素混凝土搗實封頂,其頂部標高宜恰好為基礎的底部。

1.5 施工中應注意的問題

(1)頸縮或坍孔。

石灰樁應打一孔填一孔,若土質較差,夯填速度較慢,宜采用間隔打法,以免因振動、擠壓,造成相鄰樁孔出現頸縮或坍孔。

(2)生石灰失效影響擠密。

石灰樁不宜雨期施工,現場存料不得超過 2 d,應隨運隨施工。樁位按梅花形布置;出現軟心應重復灌注石灰或加打砂樁;供應新鮮石灰,不得受潮;適當控制加荷時間,應使石灰樁達到一個月左右的硬化期。

2 粉噴樁

粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基的方法,深層攪拌法是加固飽和軟粘土地基的一種新穎方法,它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的攪拌機械就地將軟土和固化劑強制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理—化學反應,使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的優質地基,粉噴樁與樁間土組成復合地基,改善并提高軟土地基土層的物理化學性質,使之成為優良的地基,此法由于具有加固效果明顯,且施工過程中無振動、無污染,對周圍環境及建筑物無不良影響,經濟廉價,施工簡便等優點而很快被工程界接受,在軟土地基施工中得到廣泛應用。

在施工粉噴樁前 7 d做好一切準備工作,并將制定的施工技術措施,一切材料的樣品,試驗報告和機械設備情況提交監理工程師審批同意后,開始施工。粉噴樁施工按照施工規范規定對表土進行清理平整,根據設計圖紙進行樁位放樣,然后安放粉噴樁機械就位,鉆進至樁底標高,邊噴水泥邊攪拌,提升至離地面 50 cm處,重復攪拌下沉至樁底,重復攪拌提升至離地面 50 cm以下,關閉攪拌機械、移位進行下一樁施工。粉噴樁施工時采用帶計算機控制的粉噴樁機械施工,可以嚴格控制噴粉量,使之達到規范的要求。施工前先進行成樁試驗,數量不少于 5根,以掌握對該區段的成樁工藝及各項技術參數。

(1)滿足設計要求的噴粉量和施工工藝參數,即鉆進速度、提升速度、攪拌速度和均勻度、氣體流量、空氣壓力等。

(2)掌握各種土質下鉆進下沉和鉆桿提升的困難程度及噴粉情況,以確定合適的技術措施。

(3)成樁 7 d后進行開挖檢查,用目測法、輕便觸探、取芯試驗檢查樁體成型情況,攪拌均勻程度,檢查深度 1.0m,28 d后進行無側限抗壓強度檢驗,取樣深度在樁頂下0.5m、1.5m處截取。

在確定原定施工工藝和水泥土配合比可以滿足設計要求時,試樁完畢,原則應重復試驗,直至合格。

(4)粉噴樁施工過程中應當注意如下事項。

隨時復核樁位和樁架垂直度,以確保樁位和成樁垂直度。

嚴格控制噴粉時間和噴粉的連續性。增強控制手段,使用計算機控制,確保噴粉量和均勻度,嚴禁在尚未噴粉的情況下提升鉆桿作業,隨時檢查儲粉罐內的儲灰量,保證儲灰量比一根樁的用量多 50 kg以上,以防噴粉中斷。

如遇停電、機械故障等原因,噴粉中斷時,及時記錄中斷深度和時間,在 12h內采取補噴措施,否則采取補樁措施。

3 塑料排水板施工

通過塑料排水板增加土的豎向排水途徑,縮短排水距離,加速地基固結。對表土進行清理整平,在基底上鋪設第一層砂礫墊層為減小對原地面的擾動,計算好砂礫墊層的方量,集中鋪設砂道,然后推平碾壓,再進行塑料排水板施工,同時安排土工格柵的施工,施工中要注意保證土工格柵的搭接長度,土工格柵施工結束后,鋪設第二層砂礫層,同樣鋪設一條砂道然后推平碾壓。該方法的實施被證明可以減少對已打設的塑料排水板的損壞并且不擾動地基。第一層砂礫填筑完畢后,在其上面按照設計圖紙指示繪制方格網,在塑料排水板位置標設小竹簽,然后在定位處將塑料排水板打入,再在上面鋪設土工格柵和砂礫層。

塑料排水板施工采用鏈條式插板機施工,在插板機上裝設有人工操作的機械平衡裝置,保證設備的平衡度和垂直度,控制已完工塑料排水板的垂直度。

在鉆機上做標志以控制深度,在塑料板的跟帶問題上,對插板的頭部作一改進,用竹簽封頭。保證了塑料排水板的有效深度。

打設后外露的排水板彎貼于鋪筑好的下半層砂礫上,外露的長度視砂礫層的厚度而定,但保證塑料排水板的頂部伸入砂礫層不小于 20 cm,使其與砂礫石貫通,保證排水暢通,并盡快鋪筑第一層土工格柵及上層砂礫,整平碾壓,減少塑料排水板的外露污染,保證其排水性能。

對打設過程中,插板跟出的泥土隨時帶隨時撿,確保砂礫層排水板的清潔。

4 砂樁施工

砂樁對軟土的作用,一方面通過在軟土中取代同體積的軟土(置換作用)形成復合地基,使地基承載力提高,沉降量減小;另一方面,在軟土地基中砂樁可以起到排水作用,從而加快地基的固結沉降速率。

恢復中線,放出路段的邊線樁,清理平整作業現場,做好排水系統,保證路基內的水被擠出后能迅速的排出路基;測繪布設樁位平面圖,準確放出樁位并編號;將裝有振動器的多功能打樁機架在孔位就位,將裝有樁尖的鋼管對準孔位定位。起動振動器,使鋼管下沉到要求深度后上拔 0.5～1.0m,清除樁尖真空吸力,并張開活瓣;提起振動器和樁帽,從鋼管上口交替裝入水、砂,同時徐徐提管敲擊,使砂加速下落,并不斷投料使之形成樁柱;灌砂數量和提管速度要緊密配合,通過計算確定每分鐘灌砂數量和提管高度,保證砂樁連續、密實。移動樁機,平整砂樁頂地面,鋪筑砂墊層。

(1)原材料用砂采用中、粗砂,大于 0.5mm砂的含量占總重 50%以上,含泥量不應大于 3%,滲透系數不小于5×10-3cm/s,并將其中植物、雜質除盡。

(2)因砂的含水量對樁體密實度有很大的影響,采用一次拔管法施工,并使用飽和砂。

(3)成樁后砂樁的相對密度大于 0.7,并根據砂的含水量控制填砂量,實際填砂量不應小于設計值,如果實際灌砂量未達到設計用量要求時,應在原樁位將樁管打入,補充灌砂后復打 1次,或在旁邊補樁 1根。

(4)樁管就位應垂直,樁靴閉合,將樁管沉入規定深度的土層中,將料斗插入樁管斗口,向管內灌砂,邊振動邊拔出樁管。振動拔管 50 cm,停拔繼振 20 s,如此重復進行至樁管拔出地面。

(5)砂樁大面積施工前進行成樁試驗,取得施工工藝和技術參數,用以控制拔管速度和上覆壓重。

(6)樁體在施工中應確保連續、密實。在軟弱粘性土中成型困難時,可隔行施工,各行中也可間隔施工。

U 416.1

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1008-3383(2010)06-0018-02

2010-03-11