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路基工程知识:小议水泥深层搅拌桩在高速公路

2020-02-28 02:24 作者:中彩神网 点击:

  我国幅员辽阔,地质情况复杂多变,其中软土在我国分布十分广泛,在长江、珠江三角洲等滨海和湖沼地带尤为普遍。软土地基由于其低抗剪强度、高压缩性和弱透水性,工程力学性能很差,直接影响结构工程的稳定性和耐久性。为保证高速公路的安全和正常使用,必须要对高速公路通过地段的软土进行加固处理,使其满足工程的要求。工程实践证明,对于深厚软黏土地基或粘性较大的软土地基的加固处理以深层搅拌法居多。

  深层搅拌法处理深度一般要超过5m,一些资料显示最大加固深度可达60m,一般不超过15m~18m.深层搅拌法采用的固化剂一般分水泥类、石灰类、沥青类和化学材料类。目前最常用的固化剂就是水泥类固化剂,其次是石灰类固化剂。用水泥类固化剂的搅拌桩又分为“湿法”和“干法”两种工艺,水泥深层搅拌桩就是典型的“湿法”。本文介绍的某高速公路中,桥坡段及涵洞或通道结构物处为防止结构物开裂、位移、基桩受剪破坏及控制工后沉降,采用水泥搅拌桩处理方案。

  本工法属于胶结法类。通过搅拌机械将胶结材料(水泥)与地基的软土搅拌成桩柱体。由水泥搅拌桩柱体与四周软土组成复合地基,提高地基的承载力,减少地基沉降。此外,还能阻止地下水的渗透。水泥黏土固化过程中的物理化学机理与混凝土的硬化机理有所不同。水泥黏土在固化过程中由于水泥掺入量很少,它是由黏土包围水泥,与混凝土不同,水泥黏土的固化速度慢,强度也低,并随含水量的变化而改变。

  普通硅酸盐水泥由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成,由这些不同的氧化物可以分别组成不同的水泥矿物,它们是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙及硫酸钙等。当黏土与水泥相接触时,水泥颗粒与黏土中的水发生水介和水化反应,生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等钙化物。这些钙化物是坚硬的固体,是促进水泥黏土具有一定强度而达到加固目的的核心物质。

  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;有的则与其周围的黏土颗粒发生一系列的反应,这些反应如下:1)离子交换和团粒化作用。2)硬化反应。3)碳酸化作用。

  我单位2002年~2005年在安徽滁州市承建的蚌宁高速公路来安曹庄明光段二标K6+920~K8+280范围内桥坡段和小型构筑物地基处理就采用了水泥深层搅拌桩,总桩长为121 606延米。

  1)桥坡段处理方案。针对软土地基上桥台可能发生诸如桥台开裂、位移、基桩受剪破坏等情况,为保证桥台与路堤相邻处差异和工后沉降不大于0.1 m,桥坡段采用水泥搅拌桩预压处理方案,湿法施工,成桩直径50 cm,在桩顶做30 cm厚碎石垫层,布桩形式采用正三角形,按平行于桥台走向布设,桩长8 m~10 m,桥坡段按2倍左右的台背高度等分A,B,C三段加固处理区,桩间距分别为1.1 m,1.2 m,1.3 m,另外在台前1.5倍~2倍左右的台后填土高度及锥坡范围内的D区也要处理,桩间距1.3 m.

  2)小型构筑物地基的处理方案。为满足涵洞或通道结构物对地基承载力的要求和保证工后沉降不大于0.2 m,对软土地基采用水泥深层搅拌桩预压处理方案,湿法施工,成桩直径50 cm,在桩顶做30 cm厚碎石垫层,布桩形式采用正三角形,按平行涵洞的中轴线 m,涵洞附近划分B,A,B三段加固处理区,中间加密区A断桩间距为1.1 m,两端过渡区B段为1.3 m.A区采用20 m高土工格室装碎石回填密实。

  1)成桩试验。在搅拌桩施工前为确认施工工艺,水泥浆配合比及外加剂的加入情况对搅拌桩强度的影响,确定场地相对较好的K8+180圆管涵明光侧B区做试验桩位置,利用工程桩,做8种配合比及不同搅拌情况下的成桩试验,每种做2根,共计16根,分别进行编号,根据试验结果确定最佳施工工艺。根据试验结果,最后确定选用二喷二搅成桩,水泥掺入量15%,减水剂为水泥用量的1.5%.

  4)搅拌桩施工前应对搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机输浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数进行标定。水泥浆液的配制要严格控制水灰比,一般为0.45~0.5.

  5)水泥搅拌桩主要按下列步骤进行:搅拌机械就位、调平;预搅下沉,下沉时采用喷浆工艺;喷浆搅拌提升至设计停浆标高;重复搅拌下沉;重复喷浆、搅拌至设计停浆标高后,再提升到孔口;测量料罐剩余量,对不满足设计要求的桩位应立即补搅,关闭机械,桩机移至下一机位。6)水泥搅拌桩质量检验的项目及抽检数量,按设计及规范要求办理。

  1)加固深度:虽然水泥深层搅拌桩加固深度曾有过60 m,甚至更长的记录,但由于目前搅拌桩桩长受机具工艺限制,且由于水泥搅拌桩复合地基的分层沉降和水平收敛深度在15 m左右所以在作为承载作用下的水泥搅拌桩加固深度还是以不超过15 m~18 m为宜。

  2)搅拌工艺。搅拌机械的搅拌功能和搅拌是否充分对水泥搅拌加固法的加固效果起着重要的作用。因此在水泥搅拌桩施工中不得少于两次循环搅拌,否则部分水泥会失去效用。

  3)水质要求。由于水泥固化过程中吸纳大量的自由水体因此这些自由水体必须是无害的,如pH值不能太低,如果太低就会影响加固效果。

  4)水泥。水泥搅拌桩最基本的原理是通过水泥吸水固化,为达到水泥吸水固化的效果,要求水泥必须是新鲜的,不能存放太久,一般不超过三周。

  5)施工注意事项。水泥深层搅拌法目前因机械自动控制设备不完善,大部分依赖于人工控制,因此造成施工质量不稳定,甚至出现工程事故,为此必须加强水泥用量总体控制和分区、分段甚至分桩控制,务必达到设计要求的水泥用量及充分搅拌。其次在开工前必须先做工程试桩,不得少于10根,通过试桩制定出该工程完整的施工工艺。加强施工检验,主要是用N10轻型动力触探24 h内抽检,抽检量为2%~3%.此外,载荷试验和抽芯检验必不可少。

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