喷粉桩加固软土地基的设计与应用

来源:用户上传      作者:

　　 粉体喷射搅拌是采用搅拌机械直接将粉体材料等与天然地基土就地强制搅拌，从而使地基土与加固材料发生物理化学反应，在稳定地基土的同时提高其强度形成固体混合物的一种软土地基加固措施。近几年来该项施工工艺应用于襄阳软土地基加固极为广泛，取得了显著的社会和经济效益。
　　粉喷桩加固地基的特点。
　　 使用的固化料（干燥状态）可更多地吸收软土地基中的水份，对加固含水量高的软土，效果显著。
　　 固化材料全面地被喷射到搅拌叶片旋转过程中产生的空隙中，同时靠土的水分把他粘附到空隙内部，随着搅拌叶片的搅拌，使固化剂均匀地分布在土中，不会产生不均匀的散乱现象，有利于提高地基土强度。
　　 施工无地面隆起现象，材料来源广泛。施工无振动，无噪声，施工设备比较简单，安全可靠，施工操作方便，劳动强度低，成桩效率高。机械装备费低。
　　水泥加固原理。
　　 喷粉桩固化材料主要为水泥。水泥喷入地基内，大致可形成下列四种反应：
　　水解，水化反应。
　　离子交换及团粒反应。
　　硬凝反应。
　　碳酸化反应。
　　设计计算。
　　单桩竖向承载力计算：
　　 单桩竖向承载力标准值可通过现场单桩载前实验确定，也可按下列二式计算，取其中较小值。
　　 Rkd=ηfcu.。kAp
　　 Rkd=qsUpL+aApqp
　　 Rkd――单桩竖向承载力标准值（KN）
　　 fcu.。k――――与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块的无侧限抗压强度平均值(Kpa）；
　　 η――强度折减系数，可取0.35―0.50；
　　 qs――桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取5―8kpa；对淤泥土质可取8―12kpa，对粘性土可取12―15kpa；
　　 Up――桩周长（m）L――桩长（m）
　　 qp――桩端天然地基土的承载力标准值(Kpa）
　　 a――桩端天然地基土的承载力折减系数。可取0.4-0.6。
　　 喷粉桩设计时，要收集场地内详细的工程物质，水文物质，土工实验资料，静力触探资料，了解软弱土层的分布范围，成层结构，地下水埋深及其性质。根据具体的地质情况设计单桩长度，确定单桩承载力。
　　粉喷桩的长度，一方面要满足强度计算的要求，另一方尚需满足变形计算要求。
　　 复合地基的设计计算：
　　 喷粉桩复合地基承载力原则上应通过复合地基荷载试验确定，也可由下式计算。
　　 fsp.k=m.Rkd/Ap+β(1-m)fs.k
　　 fsp.k――复合地基的承载力标准值；
　　 m――面积置换率
　　 Ap――桩的截面积
　　 fs.k――桩间天然地基土承载力标准值
　　 Rkd――单桩竖向承载力标准值
　　 β――桩间土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取0.5-1.0，当桩端土为硬土时，可取0.1-0.4，当不考虑桩间软土作用时，可取零。
　　 实际处理设计时，还要考虑桩身强度对β系数的影响，例如桩端是硬土，但桩身强度很低，桩身压缩性很大，这时桩间土就承受较大荷重，β可能大于0.4。
　　 β系数还应根据建筑物对沉降要求而定，当建筑物对沉降要求较高时，即使桩端是软土，β也应取小值，这样较为安全。反之，当建筑物对沉降要求较低，容许有较大沉降时，即使桩端为硬土，β也可取最大值，这样较为经济。
　　 在设计中，当喷粉桩处理范围以下存在软弱下卧层且面积置换率（m≥0.20），且非单行排列时，应按国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7―89的有关规定进行下卧层强度验算。
　　喷粉桩施工工艺。
　　施工流程
　　 放线定桩位，桩位应有明显标记；
　　 移动钻机，准确对孔，对孔误差不得大于50mm；
　　 利用支腿油缸调平钻机，钻机主轴垂直度误差应不大于1%；
　　 启动主电机，根据施工要求，正传预搅下沉，随钻随喷气，防止赌塞喷粉孔；
　　 至设计要求深度后，开启喷粉系统，在确认加固料已喷至孔底时，按0.5m/min的速度反转提升，当钻头提升至比设计桩顶高50cm时，应停止向钻孔内喷粉；
　　 重复搅拌，至上部桩的1/3桩长，重复喷粉，至此设计桩顶面高50cm时，停止喷粉；
　　 钻具提升至地面后，钻机移位对孔，按上述步骤进行下一根桩的施工。
　　施工中应注意的事项。
　　 施工机械、电气设备、仪表仪器及机具等，在确认完好后方准使用。
　　 查明地表、地下障碍物，尤其是地下有无大块石、树根、地下管线及空中有无高压线等，障碍物应事先清除。
　　 桩体施工中，若发现钻机不正常的振动、晃动、倾斜、移位等现象，应立即停钻检查，必要时应提钻复打。
　　 施工中应随时注意喷粉和空压机的运转情况；压力表的显示变化，送灰情况。喷粉时灰灌内的气压应比管道内的气压高0.02―0.05Mpa，以确保正常送灰。桩体喷粉要求一气呵成，不得中断，不允许出现断灰现象。喷粉压力控制在0.5―0.8Mpa为宜。
　　 施工时不允许用已结块、受潮、变质的水泥，并要求管道系统处于干燥状态。每个工程的喷粉量控制应一次大体调定。每根桩喷粉量误差不得超过8%。
　　 对地下水位较深，基底标高较高的场地，或喷粉量较大，停灰面较高的场地，施工时应加水或施工区及时地面加水，以使桩头部分水泥充分水解水化反应，以防止桩头呈疏松状态。
　　 应定时检查喷粉桩的成桩直径及均匀程度，其直径磨耗量不得大于20mm。
　　 在喷粉桩成桩过程中遇有故障而停止喷粉，第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度不得小于1米。
　　 喷粉桩应自然养护14天以上方可挖基坑土方，桩基上部500mm高土层尽可能人工开挖，避免挖土机，挖土机在其上行驶或停在桩上挖土，切割上部桩头时应用人工在周边凿糟，再用锤击破碎。
　　技术经济效果。
　　几年来，我公司承担了喷粉桩软地基处理工程，近50个，总进尺370000余米。通过大量的工程设计与喷粉桩工程应用表明，粉喷桩在襄阳地基处理中具有比其它桩节省投资、缩短工期、处理效果好的特点，具有明显的经济和社会效益。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-590979.htm