高等级公路软土路基施工技术

　　摘要:软弱地基是在工程中经常遇到的问题,在设计中往往不能考虑的很具体,这就要靠现场的施工单位和监理工程师共同去解决,首先要深入了解地基的基本情况,针对76省道温岭太平至玉环漩门一级公路一处软土地基性质及分布范围,分析粉喷桩治理软土地基的作用机理,并进行比较分析,在此基础上,结合公路路基的整体设计要求,来选定处理方法。认为粉喷桩是能适用本段软土路基工程特点的一种处治办法。
　　关键词：高等级公路，软土地基，处理，施工技术
　　1工程概况
　　76省道温岭太平至玉环漩门一级公路B标工程路基填方段原地形地貌为三面环山中间夹一狭长农田，路堤覆盖整个农田地基，地下水位高———常水位BM16.486m，与现地面标高同。经现场探坑、触探并进行土样分析，发现本段地基土属饱和性黏土、含水量为36.6%，此种土层最小层厚为8.5m，地基承载力在20kPa～69kPa之间，且为不均匀分布。该段路基填方最大填土高度为6m，设计要求清除表层软土0.5m并换填碎石土。根据以上地质情况，按原设计方案施工不能满足路基设计要求。为避免路基产生长期不均匀沉降，保证本段路基填土质量，针对该段软土性质及施工总工期要求，提出合理的地基处理措施，以满足设计要求。
　　2施工技术方案
　　根据以往软土地基处理的施工经验，对加固土桩处治地基法进行理论分析结合本标段工程特点，选择粉喷桩处理软土路基的施工处治方法。
　　2.1粉喷桩处理软土路基的作用机理
　　粉喷桩处理软土地基法是用于加固饱和黏性土地基的一种新方法，它是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(粉体)强制搅拌由固化剂和软土间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。
　　由于粉体喷射搅拌法(粉喷桩法)采用粉体作为固化剂，不再向地基中注入附加水分，反而能充分吸收周围软土中的水分，因此加固后地基的初期强度高。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。
　　当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥骨架;有的则与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，并由于水泥水化生成的凝胶粒子能产生很大的表面能，形成坚固的联合，从而使水泥土的强度大大提高。随着水泥水化反应的深入，溶液析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要后，在大碱性环境中，能使组成黏土矿物的氧化物一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物增大水泥土的强度。
　　从水泥土的加固机理分析，由于搅拌机械的切削作用，实际上不可避免的会留下一些未被粉碎的大小土团，在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒添满。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小团内部则没有水泥，只有经过较长时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才能逐渐改变其性质，因此在水泥土中产生强度较大的和水稳性较好的水泥土区和强度较低的土块区。两者在空间上相互交替，形成一种独特的水泥土结构，因此，搅拌越充分，土块被粉碎的越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，总体强度也越高。从粉喷桩处治软土作用基理来看，并结合本标段软土地基性质、分布范围及工程工期要求，采用粉喷桩处治方案较为适宜。
　　2.2粉喷桩加固地基
　　按设计文件要求，填土地基承载力达到100kPa;按复合地基理论并结合以往施工经验确定粉喷桩施工具体参数。
　　复合地基承载力的确定:fspk=mRkd/Ap十β(l-m)fsk)式中，fspk为复合地基承载力标准值，取150kPa；m为面积置换；Ap为桩的截面积；fsk为桩间天然地基土承载力标准值；β为桩间土承载力折减系数β=0.4；Rkd为单桩竖向承载力，按工地试验室试配。
　　结合以往施工经验确定如下施工具体参数：桩位按正方形布置；桩径:φ=50cm；间距：a=l.5m；桩长l1=10m；l2=8m。垫层:桩顶施作砂垫层，垫层层厚0.5m。
　　3喷粉搅拌桩施工工艺
　　3.1基本原理
　　喷粉搅拌桩的原理是通过水泥水解、水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子交换、团粒化作用、碳酸化反应以及硬凝反应等一系列物理———化学作用，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土。
　　水泥加固土的强度取决于被加固土的性质(含水量、有机质含量及烧失量等)和加固所使用的水泥品种、标号、掺入量以及外加剂等。加固土的抗压强度随着水泥掺入量的增加而增大，其强度标准值宜取试块90d龄期的无侧限抗压强度，一般可达500kPa～3000kPa。
　　3.2关键施工工艺
　　(1)关键技术
　　关键技术是喷粉，即将粉体成桩固化剂（本工程为水泥干粉）用压缩空气输送到钻头并射到土层中去。喷粉直接关系着成桩的质量。喷粉操作一般在喷气操作后进行，其操作程序是：开通喷粉球阀和蝶阀、关闭喷气阀，按下无级变速器电机启动按钮，使旋转供料器运料到喷射管，喷入土层。以上操作要求迅速连贯，一气呵成。
　　(2)操作要点
　　①机身调平以钻杆是否垂直为依据，实际操作时在机身设置激光对中仪进行控制。
　　②喷粉或喷气时，当气压达到0.45MPa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，将钻头提升至地面，切断空压机电源，停止送气。查明堵塞原因，予以排除。
　　③钻头钻至设计深度，应有一定的滞留时间以保证加固水泥干粉到达桩底。一般在开工前通过观察确定滞留时间。当用30m送料管时，滞留时间为2min～4min。
　　④整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业。在空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时，应开通灰罐进气球阀，以对罐料加压。如出现断粉，应及时补喷。补喷重叠长度不能小于0.5m。
　　⑤粉喷桩搅拌下沉时尽量不用水冲下沉。当遇较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水。采用水冲下沉时，喷粉提升前，必须将喷粉管内的水排净，同时，还应考虑冲水成桩时对桩强度的影响（士层含水量增加10%，水泥土的强度降低10%～15%）。
　　⑥桩顶设计标高与地面标高接近时，地面以下1m范围内喷粉、搅拌、提升宜用慢速，当喷粉即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒钟，以保证桩头均匀密实。
　　⑦喷粉开始时，应将电子秤显示屏归零，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉搅拌时，记录人员应随时观察电子秤的变化显示，以保证各段（通常以lm为一个单位）喷粉均匀。
　　⑧粉体固化剂入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0.5cm，没有纸屑、石块等杂物。水泥采用425R普通硅酸盐水泥，掺入比为15%。
　　3.3施工注意事项
　　(1)对将要进行喷粉搅拌桩施工的场地事先加以平整。彻底清除地上、地下和空中的一切障碍。场地低洼时，应回填黏性土料，不得回填杂填土。如果地表过软时，应采取防止施工机械失稳的措施。在边坡附近施工时，则应考虑施工对边坡的影响，并要采取确保边坡稳定的措施。
　　(2)施工中实际使用的固结剂和外掺剂，要经过加固土室内试验的检验后方能使用。固化剂需严格按照预定的配比拌制。水泥倒入集料斗时应加筛过滤，以免水泥内的杂物损坏空压机。空压机输送水泥必须连续，一且因故中止，要立即通知操机工，严防断桩。
　　(3)为保证喷粉搅拌桩桩位的准确度和垂直度，需使用定位卡，并注意起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度。桩机钻至设计孔深时，应用低速慢转，钻机原位钻动1min～2min后再开始送料，以免下部形成空桩，加大路基后期沉降。
　　(4)在确定加固料已喷至孔底时，按0.5m/min的速度反转提升，当提升到设计停灰标高即地面以下0.5m后，应慢速原地搅拌l2min。
　　(5)各类管线接头必须接好扎牢。控制搅拌机的电器设备要加设防雨措施，严防漏电事故发生。输灰管道必须定时冲洗，以防输灰管堵塞。
　　(6)为保证桩顶部搅拌均匀，桩上部3m应复搅，其速度控制在0.8m/min。如第一次喷粉段不能满足设计要求，应进行复喷。
　　(7)喷粉桩机设有自动计量装置，包括指示压力、喷粉速度和喷粉量，以保证粉喷桩桩身质量。
　　(8)由于爆管、停灰、堵管等现象造成断桩现象，应进行接桩，其搭接长度不得小于1m。
　　4结论
　　测试组对软土路基加固工程进行了静载试验工作。静载试验采用堆载法，加载用慢速维持荷载法。现场测试顺利，结论如下：
　　(1)单桩竖向承载力极限值不小于120kPa，满足工程设计要求。
　　(2)复合地基：各Q～S曲线均较为平稳，S～lgt曲线尾部没有出现向下弯曲。各试点荷载板面积复合地基竖向极限承载力不小于400kPa，复合地基竖向极限承载力不小于220kPa，满足工程设计要求。
　　软基处理的各种方法均有针对性,适用范围以及局限性,我国幅员辽阔,各地软土的物理力学性质,化学成分差别很大,因此必须选择适合于实际情况的软基处理方法,并将两种或两种以上的方法综合运用,才能取得理想的处置效果。在高等级公路施工中,软基处理是基础中的基础工作,只有对软基处理工作精心组织,认真施工操作,严把质量关,才能达到预期目的,从而为保证高等级公路和施工质量打下坚实的基础。