粉噴樁在加固公路路基基床中的應用

鄭 威

中交第二航務工程局有限公司，福建晉江 362212

粉噴樁在加固公路路基基床中的應用

鄭 威

中交第二航務工程局有限公司，福建晉江 362212

本文介紹土質改良加固基床的常用方法，以及粉噴樁在改良加固路基基床土質中的應用。通過對現場質量檢測分析,發現加固效果明顯,可以應用于路基基床土質加固工程。

路基基床；粉噴樁；加固

路基是位于道路基層下面，受路面結構及荷載影響的那部分地層，當道路結構直接建造在未經加固的天然土層上時這種路基稱為天然路基。有的天然路基很軟弱不能滿足荷載對路基的強度和變形要求時，那么就應事先對路基進行人工改良加固再建造路面，這種加固路基的方法稱為路基處理，所形成的路基稱為人工路基。路基處理的主要對象是軟弱路基系指由淤泥、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構成的[1]。

1 影響土改良加固效果的因素

1.1 土的礦物成分

如果粘性土主要的礦物成分是高齡石、蒙脫石等用水泥改良加固效果較好；而含有伊利石、氯化物、水鋁石英和有機質的粘性土用水泥改良加固效果則較差。在潮濕和缺氧環境中未經充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機質土，有機質含量大于60%，其含水量極高，壓縮性很大且不均勻，一般不宜作天然地基，需進行處理。

1.2 土粒的大小

一般來說，土粒越細其表面積越大，這樣與水泥或石灰攪拌在一起后相互作用充分，能達到較好的加固效果。

1.3 摻加物的含量

不論摻加物是水泥還是石灰，我們都有一個最佳的摻入量來滿足經濟效益和技術要求。如果用石灰量太少，只能部分改善土的塑性和膨脹性，強度變化小；如果用石灰過多，那么石灰與粘土的反應不充分多余的石灰沉積下來，又因為石灰本身的強度不高，土體強度改變也不大[2]。

2 土質改良加固基床的常用方法

對于新建線路，土質改良可以使路基設計規范規定的不得使用的填料（如膨脹土、濕陷性黃土等）用作基床填料，因為改良土的物理力學性質滿足基床土的要求。若設計合理、施工質量得到保證，運營后基床穩定幾乎不出現基床病害。此措施在我國廣泛得到應用，解決了一些缺乏基床填料的困難，節約了資金，效果良好。

對于既有線路，土質改良可以用于治理基床病害，如整治基床下沉、翻漿冒泥、凍害等。一般方式有基床換填、挖孔樁或粉噴樁。

3 粉噴法的加固機理

多年來，粉噴樁廣泛應用于軟土路基的加固，用于基床加固是近幾年的發展。該法是通過帶有噴嘴的鉆頭在軟土中輸入粉粒體加固材料。通過和原位加固土強制的攪拌混合使加固土與加固材料發生化學反應在穩定基床土的同時提高其強度的方法。常用的加固材料有水泥粉、石灰粉或粉狀石膏等。通常將用水泥粉的處理方法稱為深層攪拌法，多用于建筑地基上；而將主要用石灰粉的處理方法稱為粉噴法,多用于鐵路、公路的路基工程[3]。

粉體噴射方法是在深層攪拌方法的基礎上演變而來的。它使用干燥的生石灰或水泥粉粒，用壓縮空氣輸送至加固深度底端，采用葉片旋轉攪拌是與周圍軟粘土顆粒混合并發生水解和水化反應通過離子交換從而產生硬化的加固柱體。粉噴法的加固機理如下：

石灰的吸水、發熱和膨脹作用。在軟弱土層中加入生石灰它便和土中水分發生化學反應形成熟石灰。在這一反應中又相當于生石灰重量39%的水分被吸收。

形成熟石灰時，每一摩爾產生25.6千卡的熱量，即每1公斤的CaO水化作用，發生295千卡的熱量。這一熱量又促進了水分的蒸發從而使相當于生石灰重量48%的水分蒸發掉。形成熟石灰時土中共減少了相當于生石灰重量的76%的水分，另外由生石灰變熟石灰的過程中石灰體積膨脹1～2倍這樣就促進了周圍土的固結[4]。

從粉噴樁的加固機理可知，利用石灰固化處理基床土分為形成熟石灰快速反應強化的前半過程和形生熟石灰以后緩慢固結的后半過程。

4 粉噴樁施工方法與流程

4.1 施工前準備工作

開工前應熟悉施工圖，了解工程概況，了解施工現場地質水文資料。編制整套粉噴樁施工組織設計方案。施工組織設計的主要內容包括：確定粉噴樁施工方案、編排樁施工順序平面布置、選擇機械設備、編制各項計劃措施等。

4.2 粉噴樁施工方法

1）按樁位平面布置圖，現場用鋼尺定出粉噴樁樁位并用竹簽插入土層作標記，誤差不大于5cm，機具移至樁位處并使鉆頭正對竹簽以復核機架的垂直度；

2）啟動空壓機送氣，鉆機正轉并垂直鉆進，當控制雙螺旋攪拌頭到達設計樁底標高時鉆機反向轉動啟動送灰機送灰，待水泥送至噴灰口后再提升鉆頭，根據電子稱重裝置顯示的噴灰量調節調速電機，這樣一邊噴粉一邊攪拌，然后邊提升和邊壓實；

3）當鉆頭提升至設計樁頂標高以上0.5米時停止送灰并關閉送灰機。此時鉆機迅速換檔并重復攪拌，復攪長度按設計要求為2m；

4）復攪結束后，關閉空壓機并消散所有管道壓力和鉆機主電機停機；

5）開啟液壓步履和鉆機移位。

4.3 粉噴樁施工流程

粉噴樁工藝流程見圖1，(a)定位下沉 、（b）深入到設計深度、（c）噴漿攪

拌提升、（d）重復攪拌下沉、（e）重復攪拌提升（f）攪拌完成形成固體

圖1 粉噴樁施工流程

圖2 粉噴樁機配套機械設備

4.4 粉噴樁成樁后的質量檢驗

粉噴樁施工完成后應按規定頻率進行外觀鑒定、取芯、無側限抗壓強度和單樁及復合地基承載力試驗。按規范要求復合地基試驗數量為24塊。對取芯、單樁及復合地基承載力試驗檢測時現場監理應全過程旁站。對未穿透軟土層、部分斷灰、噴灰不均勻、強度不足等檢測中發現的問題應嚴格進行加密、補樁等處理。

1）外觀鑒定檢測頻率為2%，在成樁7天內將樁體開挖0.5m～1.0m，目測檢查樁體成型情況；

2）鉆探取芯法試驗可以較全面的反應樁身材料的密實度、樁身的連續性、樁身物理尺寸等完整樁身質量的基本信息和可靠準確地評價樁身質量；

3）無側限抗壓強度法在成樁28d后在室內無側限抗壓試驗儀上，對原狀水泥土樣進行無側限抗壓強度測試并同時測定其變形指標；

4）載荷試驗檢測是比較直觀和成果可靠的方法，在被測試的地基安置一定規格的平板然后逐級施加靜力荷載之后測出各荷載作用下的沉降量，繪出荷載——沉降關系曲線[5]。

對一般工程，主要應檢查樁和樁間土的干密度和承載力；對重要或大型工程，除應檢測上述內容外，尚應進行載荷試驗或其它原位測試。也可在路基處理的全部深度內取樣測定樁間土的壓縮性和濕陷性。

5 粉噴樁在改良加固路基基床土質中的應用情況

以對某國道路基床的實驗結果為例，該處使用膨脹性土填筑的路基，基床嚴重翻漿冒泥引起路堤下沉。見表1，加固前的基床土屬于弱膨脹性土，特點塑性指數較大并有較大的膨脹量和膨脹力。由于當時對該土性質認識不足而作了基床回填土和加上當時壓實密度較小，在汽車動荷載的作用下而造成了該段路基的基床病害。

表1 基床土加固前后的物理力學性質變化

由表1不難看出，粉噴技術改良基床土的效果是非常顯著的，膨脹量幾乎趨近與零；膨脹力降低了1/2以上；液限、塑限大幅度提高（但液限增幅小于塑限）；塑性指數也降低了1/2。基本失去了加固前裂土的性質。從強度指標看，無側限抗壓強度達到1.0MPa，呈脆性破壞。

采用粉噴技術的關鍵：

1）加固柱體的強度，取決于粉噴的含量，這與軟土的化學特性、礦物組成、有機物含量、PH值等有關。須因地制宜，先做實驗比較工作；

2）加固柱體的質量及其均勻性，取決于施工機械，現場環境及攪拌技術，需做一定的現場實驗來確定；

3）工程經驗的積累和一些試驗成果表明，環境溫度應低于40℃；含灰量控制10%左右為宜；每延長1m石灰柱的攪拌時間控制在1min左右，因為時間長了會影響固結。攪拌次數每分鐘50～100次。

路基處理方法雖眾多，但各自都有不同的適用范圍和作用原理。且不同地區地質條件差別很大，上部結構及交通荷載對路基要求各不相同，施工單位機具千差萬別。因此，選擇路基處理方法，應綜合考慮場地工程地質條件、水文地質條件、上部結構情況和天然路基存在問題等因素來確定處理的目的、處理范圍和處理后要求達到的各項技術經濟指標。在結合現場試驗的基礎上，通過幾種可供采用方案的比較，擇優選擇一種技術先進、經濟合理、施工可行的方案。

[1]嚴家伋.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2]牛志榮主編.路基處理技術及工程應用[J].中國建材工業出版社，2004(4).

[3]孔祥勇，程霞.路基與橋隧[M].北京：中國鐵道出版社，2003，3.

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1674-6708（2013）93-0175-02