高速公路水泥粉煤灰樁設計與施工分析

張 良

(河北唐山公路建設總公司)

1 工程概況

該工程穿越路段工程地質情況為上覆第四系全新統沖洪積層粉質黏土，路基下為淤泥、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。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 加固機理

2.1 水泥的水化反應

在水泥等同化劑與軟土充分攪拌之后，很快與軟土中的水發生水化反應生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣及水化鐵酸鈣等化合物。

2.2 擠密作用

粉噴樁在施工過程中對土體的振動或擠壓使土體得到擠密，利用橫向擠緊作用，提高了樁間土的強度和樁側法向應力，使得樁側摩阻力得到增加，樁體的承載力得到加強，使路基土粒彼此靠緊，空隙減少，提高復合地基的承載力，有利于滿足路基壓實度的要求。

2.3 加速固結作用

地基同結不僅與地基土的排水性能有關，而且還與地基土的變形特性有關。這可從固結系數計算式中反映出來。雖然水泥土類樁會降低地基土的滲透系數K，但它同樣會減小地基土的滲透系數，而且通常后者的減小幅度要較前者大，由此，使加固后水泥土的同結系數大于加固前原地基土的系數，也起到加速固結的作用。

3 設計參數

3.1 平面設計

根據對施工現場勘測，結合本地區設計經驗，采用梅花樁布置。

3.2 水泥粉煤灰樁設計參數

樁長、樁徑、樁體強度、褥墊層厚度及材料設計參數。根據場地勘察設計采用較大樁距、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％。

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12.9m，有效樁長11.4m;樁徑取決于所采用的成樁設備，本工程中樁徑為40cm;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160mm×160mm，呈正方形布孔;本工程設計樁體混凝土強度等級為30;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。

4 施工工藝

對進入現場水泥進行質量檢測。根據設計中水泥摻量，取土平均容重為1.845kN/m3，計算每米樁噴粉量為54kg;指定專人負責現場施工及質量控制，做好原始記錄及過程控制。清理并整平施工場地，使現場做到三通一平;放樣定位，每個粉噴樁中心位置灑上石灰并插一根木筷確保施工時對位快速且準確;對鉆機進行檢測，主要有鉆頭尺寸是否符合要求;空壓機、噴粉機、儀表是否能正常工作;噴粉記錄器顯示數據和實際鉆進深度和噴粉量是否一致等;移動鉆機，準確對孔。對孔誤差不得大于50mm。施工時對各孔進行編號，從一邊按照順序進行施工;利用支腿液壓缸調平鉆機，鉆機主軸垂直度誤差不大于1％;起動主電動機，根據施工要求以I、Ⅱ、Ⅲ檔逐級加速順序正鉆預攪下沉。鉆至接近設計深度時用低速慢鉆，且鉆機應原位鉆動1～2min。為保持鉆桿中間送風通道的干燥，從預攪下沉開始直到噴粉為止，在軸桿內連續輸送壓縮空氣;粉體材料，水泥材料按照設計要求選用425#普通硅酸鹽水泥;提升噴粉、攪拌。在確認水泥已噴至孔底時按0.48m/min速度反鉆提升。當提升到設計停灰標高后慢速原地攪拌1～2min，重復攪拌。為保證粉體攪拌均勻，再次將攪拌頭下沉到設計深度。提升攪拌時速度控制在0.5～0.8m/min;為防止空氣污染，在提升噴粉距地面0.5m處減壓噴粉。施工中孔口設噴灰防護裝置;提升噴灰過程中，配自動計量裝置。噴粉記錄器由控制箱、稱重器、供粉泵和深度測量器四部分組成。它能自動打印不同深度處噴入水泥粉的重量，有效地控制和檢驗水泥土樁的質量;鉆具提升至地面后，鉆機移位對孔。按上述步驟進行下一根樁的施工。

5 結論

水泥粉煤灰樁由于摻入粉煤灰，充分發揮樁間土承載力，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1/2～1/3，具有較高經濟和社會效益。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，具有較好的應用前景。

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