摘要:公路交通是一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)賴以發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。西部大開(kāi)發(fā)公路當(dāng)先行,隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,公路建設(shè)事業(yè)突飛猛進(jìn),其規(guī)模和數(shù)量不斷擴(kuò)大,然而我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家,尤其是西部地區(qū),自然地理、工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,公路建設(shè)不可避免地要穿越一些軟弱地基的地區(qū),這樣,高等級(jí)公路建設(shè)中的公路軟弱路基的處理問(wèn)題就越來(lái)越成為一個(gè)十分突出的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。為此,筆者以河南境內(nèi)商周高速公路全長(zhǎng)137.24km為依托工程,撰寫本文。

關(guān)鍵詞:粉噴樁;加固機(jī)理;軟基處理

1 粉噴樁及其加固機(jī)理

粉噴樁是一種新型的地基加固處理技術(shù),它利用特殊的攪拌機(jī)械,在鉆孔過(guò)程中,將粉狀的水泥或石灰噴入地下并充分?jǐn)嚢杌旌?與周圍土體發(fā)生一系列物理、化學(xué)的作用,使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的復(fù)合地基。粉噴樁復(fù)合地基主要用于加固軟土,具有施工工期短、無(wú)公害、施工過(guò)程無(wú)噪音、不排污、對(duì)相鄰建筑物無(wú)不利影響等優(yōu)點(diǎn)。粉噴樁體的復(fù)合地基具備多個(gè)方面作用。

樁體作用:由于粉噴樁體的剛度較周圍土體大,在剛性基礎(chǔ)下變形時(shí),地基中應(yīng)力將按材料模量進(jìn)行分布,因此,樁體上產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,大部分荷載由樁體承擔(dān),這就使得復(fù)合地基承載力較原地基有所提高,沉降量有所減少,隨著樁體剛度增加,其作用就會(huì)發(fā)揮得更加明顯。

墊層作用:樁與樁間土復(fù)合形成的復(fù)合地基,由于其性能優(yōu)于原天然地基,它可起到類似墊層的作用,均勻地基應(yīng)力。如果樁體沒(méi)有完全貫穿整個(gè)軟弱土層,墊層作用就會(huì)更明顯。

加速固結(jié)作用:粉噴樁水泥硬化過(guò)程會(huì)吸收周圍土體中的水分,另外,粉噴樁還會(huì)減小地基土的壓縮系數(shù),雖然它也會(huì)降低土的滲透系數(shù),但前者的減幅通常較后者大,因此可加速軟土層的固結(jié)。

加筋作用:粉噴樁復(fù)合地基除了可以提高地基的承載力外,還可以用來(lái)提高土體的抗剪強(qiáng)度,增加土的抗滑能力。對(duì)于軟土邊坡的支護(hù),粉噴樁就既起到加固的作用又起到加筋的作用。

粉體噴射攪拌樁處理軟基是一項(xiàng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)、科研工作。這種軟基處理方法對(duì)于加固淤泥類土效果較顯著,加固

后可很快投入使用,適應(yīng)快速施工的要求。

2 粉噴樁參數(shù)選取的研究

在影響粉噴樁質(zhì)量的各因素中,除了水泥摻入比(摻入的水泥重量/被加固軟土的天然重量)、摻入粉體的質(zhì)量、樁土置換率等指標(biāo)外, 還與樁長(zhǎng)、樁徑、布樁形式、施工工藝、地基土的性質(zhì)有關(guān),尤以與有機(jī)質(zhì)含量及含水量的關(guān)系甚為密切。因此應(yīng)綜合考慮各種因素,選取適當(dāng)?shù)膮?shù)以滿足粉噴樁復(fù)合地基承載力和沉降的要求,同時(shí)也應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)合理的原則。

在商周高速公路K18+270～471竹葉溝段,采用了粉噴樁處理,根據(jù)地基土的性質(zhì)和承載力設(shè)計(jì)要求,對(duì)各參數(shù)的選取分別進(jìn)行了如下分析。

樁長(zhǎng)的確定:粉噴樁的樁長(zhǎng)通常要根據(jù)計(jì)算確定,應(yīng)盡量選擇天然承載力較高的土層作為持力層。但是由于樁的軸向應(yīng)力在樁的上部3～5倍樁徑范圍內(nèi)比較集中,以下收斂較快,當(dāng)樁具有一定的長(zhǎng)度時(shí)(一般大于8m),則樁端持力層對(duì)單樁承載力影響很小,所以樁長(zhǎng)時(shí)對(duì)樁端持力層的要求不是很嚴(yán)格的。樁長(zhǎng)與樁身強(qiáng)度、置換率、天然地基承載力有直接的關(guān)系,因此要進(jìn)行綜合考慮。

一般確定樁長(zhǎng)可采用以下幾種方法:①當(dāng)因地質(zhì)條件及施工因素限制樁長(zhǎng)或根據(jù)土層結(jié)構(gòu)情況可以定出樁底標(biāo)高時(shí),應(yīng)先按實(shí)際情況定出樁長(zhǎng);②當(dāng)攪拌樁的加固深度不受限制時(shí),應(yīng)先通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)選定固化劑摻人比 P和試驗(yàn)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,求出單樁承載力,計(jì)算出樁長(zhǎng);③根據(jù)總荷載和總樁數(shù),先選定單樁承載力,然后求出樁長(zhǎng)。

在商周高速公路K18+270～471竹葉溝段,軟弱土層厚度較大,有的可達(dá)5.0m,而其下的碎石土又是良好的持力層,所以根據(jù)土層結(jié)構(gòu)情況設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為7.0m,樁端進(jìn)入碎石土層內(nèi),可滿足工程需要。

樁徑、樁距、布樁形式的確定:粉噴樁的樁徑通常是按粉噴鉆機(jī)確定的,目前常采用的粉噴鉆機(jī)的鉆孔直徑為0.5m。粉噴樁的樁距一般為1.0～1.5m,當(dāng)已確定單樁承擔(dān)的加固面積時(shí),可根據(jù)下式確定樁距:

a= (1-1)

式中:a——樁距(m);

Ac——根樁承擔(dān)的處理面積,一般取1～2m2。

通常樁距a和一個(gè)樁承擔(dān)的面積Ac要進(jìn)行互相試算和調(diào)整后確定。而樁的布置情況要根據(jù)公路的設(shè)計(jì)等級(jí)、路面情況、構(gòu)造物的類型等所要求的承載力、沉降量進(jìn)行綜合分析,由于粉噴樁的強(qiáng)度和剛度與剛性樁比較接近,根據(jù)這一特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)只需要在結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁即可。

在商周高速公路K18+270～471竹葉溝段,粉噴樁徑按粉噴鉆機(jī)確定為0.5m;單樁承擔(dān)的處理面積與樁距互相試算和調(diào)整后分別確定為1.247m2和1.20m。為節(jié)省工程量,布樁形式采用梅花形,其優(yōu)點(diǎn)是擋住未加固淤泥質(zhì)土側(cè)向擠出,從而減少因場(chǎng)地原因未處理范圍內(nèi)淤泥質(zhì)土的總沉降量。粉體摻入比確定:在一定的荷載下,一般來(lái)說(shuō)粉體摻入越多,樁身強(qiáng)度越大,土置換率越高。但復(fù)合地基承載力是由樁體和樁周土強(qiáng)度共同決定的,從經(jīng)濟(jì)和合理的角度分析,粉體的摻入量需控制在一定值,一般粉體的摻人量占加固土體的7%～15%,規(guī)范定為10%～15%。粉體摻入量受土中含水量的影響非常大,土的含水量小于30%時(shí),土中的水份不足以使粉體進(jìn)行水化作用,含水量大于70%時(shí),土壤孔隙比往往較大,若按常規(guī)摻入粉體數(shù)量,由于水分過(guò)多,將形成不了樁體或形成強(qiáng)度達(dá)不到要求的樁體,不能滿足設(shè)計(jì)要求,所以必須加大粉體摻入量。

結(jié)語(yǔ)

本次工程所處地段的軟基土主要是淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,孔隙較小,含水量多在30%左右,故在土質(zhì)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)借鑒類似工程經(jīng)驗(yàn)確定出粉體摻入比為15%。本文以商周高速公路軟基段為對(duì)象,對(duì)高等級(jí)公路軟基處理的不同方法進(jìn)行了深入的定性和定量研究。詳細(xì)分析和評(píng)價(jià)了拋石擠淤法、粉噴樁法、孔內(nèi)強(qiáng)夯擠密法以及沖填法等四種軟基處理方法的加固機(jī)理和處理效果。并且,對(duì)所提公路軟基處理新方法——孔內(nèi)強(qiáng)夯擠密法從理論上和實(shí)體工程中作了重點(diǎn)分析和研究。最后,對(duì)高等級(jí)公路軟基處理的方法從處理效果、經(jīng)濟(jì)效益、適用性、環(huán)境效益以及社會(huì)效益等多方面進(jìn)行綜合分析比較,得出:孔內(nèi)深層強(qiáng)夯擠密法是高等級(jí)公路軟弱路基處理的最佳方法。該方法為西部大開(kāi)發(fā)公路建設(shè)中的軟基處理提出了一個(gè)新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]崔 .山區(qū)高速公路溝谷軟基處理技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2005年.

作者簡(jiǎn)介:馬永見(jiàn)(1964-)男 河南滎陽(yáng)人,主要從事公路橋梁教學(xué)研究。