[高速公路粉喷桩复合地基加固机理及其质量检测研究①] 复合地基的作用机理
时间：2019-05-30 03:25:08 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要:本文拟从理论分析入手并对粉喷桩复合地基加固机理及其质量检测等进行了深入的研究,以期为粉喷桩这一软基处理方法能更合理地应用于高速公路软基处理实践中,并为其他类似工程提供借鉴。
关键词:高速公路粉喷桩复合地基加固机理质量检测
中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)09(c)-0116-01
我国地域辽阔,地质情况复杂多变,其中软土分布广泛,这给公路工程建设带来了极大的困难隐患。道路选线时应尽可能避开软土地区,但有时为满足线形要求,不得不经过软土地区。此时路堤常存在稳定性差和过大的变形沉降的隐患,严重影响道路的质量和使用,由此常造成巨大的经济损失。因此本文拟从理论分析入手并对粉喷桩复合地基加固机理及其质量检测等进行了深入的研究,这对于在软土地基上修筑公路,特别是高等级公路,地基的处理显得至关重要。
1粉喷桩复合地基的作用机理
粉喷桩加固地基是桩体与桩间土构成复合地基,并共同承载上部荷载,这就是复合地基效应,即复合地基加固机理。复合地基加固桩的性状不同,桩体材料不同和成桩工艺不同加固机理也就不同,而对于粉喷桩复合地基的加固机理主要有以下几个方面。
1.1 置换作用(也称桩体效应)
复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩项应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减小了桩间土承担的荷载。这样由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小。这一作用称为置换作用或桩体效应。
1.2 垫层作用
粉喷桩通过喷注粉体与地基土原位均匀搅拌硬结成桩体,并与桩间土复合形成一个复合地基或称复合层,显然这一层的力学特性优于天然地基软土,起着均匀压力和增大压力扩散角的作用,若桩体没有完全贯穿整个软弱土层地基时,粉喷桩复合地基起垫层的作用更为明显。
1.3 挤密作用
粉喷桩就地搅拌且喷注水泥粉与地基土形成桩体的过程中,不再向地基中注入附加水,反而桩体中的水泥粉对周围软土是有吸收、发热和膨胀作用,对桩周围土同样可起到挤密作用。
1.4 加筋作用
粉喷桩除了提高地基的承载力,还可起到提高土体的抗剪强度,增加软基路堤填筑的稳定性。
1.5 桩对土的约束作用(又称遮拦作用)群桩复合地基中,桩对桩问土具有阻止土体侧向变形的作用
相同荷载条件下,无侧向约束时土的侧向变形大,从而使竖向变形加大;由于桩对土体侧向变形的限制,减小了侧向变形,使复合地基沉降变形明显降低。
2粉喷桩质量检测常用方法
由于粉喷桩的施工量大面广,且是隐蔽工程,现有的施工机具无法自动地、准确地控制搅拌桩的施工质量。为了确保其的施工质量,不仅要在施工过程中控制好原材料质量,做好室内配比试验、现场工艺试验,加强喷粉施工技术的管理监督,把好桩位测量放样及各道工序的检查关,还要对施工完成的现场桩体进行最终检测,以对粉喷桩施工质量进行全面而准确的判断及评定。
粉喷桩检测包括以下三方面内容:(1)桩的测量放样检测。即在成桩后7d左右,通过检测桩位、桩数、桩间距来检查桩的放样情况;(2)桩体质量检测。包括桩长、桩径、桩身完整性和均匀性、强度等;(3)加固效果检测。主要包括单桩承载力、复合地基承载力的检测和沉降观测等。根据水泥粉喷桩处理软土地基的控制参数及检测内容,检测水泥粉喷桩施工质量常用的检测方法有挖桩检查法、轻便动力触探法、标准贯入法、钻孔取芯法、应力波反射法和静载试验法等几种。
常用检测方法简介如下:(1)轻便动力探触。成桩7d内应采用轻便触探仪检查桩的质量,触探点设在桩径方向1／4处,抽检频率2％。试验过程中,可用轻便触探仪中附带的勺钻,在粉喷桩桩身钻孔,取出水泥土桩芯,观察其颜色是否一致,是否存在水泥浆富集的结核或未搅拌均匀的土团。轻便动力探触应作为施工单位一种自检手段,以检验施工工艺和施工参数的正确性。(2)标准贯入试验。通过标准贯入击数反映桩身的强度,通过芯样来研究水泥土搅拌均匀程度及桩长,因而可以较准确地评价桩身质量,且所需设备简单,操作方便。用锤击数估算桩体强度需积累足够的工程资料,在目前尚无规范可依时,可借鉴同类工程或采用经验公式。(3)整桩钻探取芯用钻机对整个桩身钻取芯样,制成试块进行无侧限抗压强度试验,用以测定桩体强度。该法是检测水泥粉喷桩直观、可靠、有效的方法,这是目前喷粉桩质量检测中常用的方法,测定结果能较好地反映喷粉桩的整体质量;但该方法也存在检测时间长、钻孔费用高,钻孔取芯时间一般需在28d以后,难以对搅拌桩质量实施动态控制等问题,对取芯的工艺要求也较高,往往只能抽取少量的桩进行钻孔取芯检。(4)静载荷试验分为单桩载荷试验和复合地基载荷试验两种。该法最能反应复合地基的实际承载能力,但是其造价高,试验时间长。(5)低应变动测法根据激振力的大小分高应变及低应变两种测试法。由于粉喷桩的桩体强度相对较低,常采用激振力较小的低应变反射波法。这种近年来新开发的原位测试技术利用电子仪器和计算机处理,效率高,质量好,应用非常广。(6)挖桩检查法。该法是目前软基设计规范规定的方法,要求按桩总数2％的取样频率挖桩检查桩的成形情况,即目测法;然后分别在桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m等部位砍取足尺的桩头,进行无侧限抗压强度试验,即截取桩段试压法。
目测法:主要根据眼观、手摸等感觉,检查0.5m～2.0m桩头质量的大致情况,该法是最常用、最基本也是最简便的检测方法,但不能反映有效桩长、桩身的状态信息,因此,也就不能对桩身的质量下完整性结论。截取桩段试压法在成桩一定龄期后(一般不少于l0d),在现场开挖出的桩体上部、桩项以下连续截取长度等于桩径的三段桩体,上下截面用水泥砂浆整平,装入压力架后用压力机试压,可测得桩身的抗压强度和变形模量,同时也可以在桩段抗压破坏时进一步观察桩体喷粉搅拌的均匀性。该方法测试出的数据直接可靠,既可积累室内强度与现场强度之间的数据关系,又可避免桩体横断面方向上强度不均匀的影响。但该方法的缺点是挖桩深度过大,试验根数不能太多,而且该方法需要特制的夹板,对试验机精度也有一定的要求。同时在压前必须将上下面修水平,否则在施压时很容易出现偏心受压,产生较大的试验误差。
总之,粉喷桩复合地基由于能显著改善地基承载力,减小地基沉降,并能有效抑止地基土体侧向变形而成为一种较理想的处理软土地基方式,在工程中得到广泛的应用。但由于地质条件及粉喷桩复合地基本身问题的复杂性,目前对粉喷桩复合地基的认识仍处于不断探讨与研究之中。
参考文献
[1]沈剑林,顾欢达,等.水泥粉喷桩质量及其检测方法分析[J].华东公路,2002.
[2]梁球寿,王德胜.粉喷桩工程检测与综合评价[J].华东公路,2002.
