干振復(fù)合樁在軟土地基中的應(yīng)用

干振復(fù)合樁在軟土地基中的應(yīng)用1、工程概況xx至xx高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃—xx—xx高速公路的一段。該路xx段沿線地勢(shì)起伏較大，分為沖積平原區(qū)、丘陵區(qū)和低山區(qū)。xx高速xx段第二標(biāo)段，所轄區(qū)域均處于沖積平原區(qū)，分布有厚度不等的軟土層，表層覆蓋一層種植土，工程條件一般，在表層種植土向下0.9～1.7m為高液限粘土，工程條件較差，下伏巨厚的砂土層，約7～8m。為提高涵洞等小型結(jié)構(gòu)物基底的地基承載力，采用了干振復(fù)合樁對(duì)軟弱土進(jìn)行處理。本文將從干振復(fù)合樁的工程特性和處理措施等方面，簡(jiǎn)要介紹該路段用干振復(fù)合樁處理小型結(jié)構(gòu)物基底軟弱土的施工情況。2、干振復(fù)合樁的特點(diǎn)本文所述干振復(fù)合樁是指以粉煤灰、石灰、水泥、硫酸鹽為膠凝材料，以砂和碎石為骨料的一種半剛性砼樁。在施工中，通過特制的振動(dòng)沉管樁機(jī)，以邊振動(dòng)邊拔管的方式將混合料送入地下，這樣樁體可以迅速吸收周圍的孔隙水，與混合料發(fā)生一系列的物理—化學(xué)反應(yīng)，從而使原來松散的混合料變成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的加固土體復(fù)合地基，提高地基承載力，減少地基沉降，達(dá)到加固地基的目的。它于CFG樁、水泥攪拌樁等有較大不同。一方面它是以干料的方式在含水量比較豐富的軟土區(qū)域內(nèi)使用，而且可以利用大量的工業(yè)廢渣，同時(shí)為節(jié)約施工成本，一般情況下膠凝材料可以少摻水泥，甚至不摻水泥也同樣可以達(dá)到良好的效果。另外，混合料通過吸收樁間的孔隙水，便加速了樁間土的固結(jié)，降低了孔隙水的含量，使土體的力學(xué)性質(zhì)得到改善。綜合以上分析，其實(shí)他是綜合了多種軟土復(fù)合地基的加固機(jī)理，如：振實(shí)、擠密、降水、固結(jié)等。該種處理方法不但使樁體本身有一定的強(qiáng)度和剛度，而且大大改善了樁間土的力學(xué)性能。3、樁體材料及配合比設(shè)計(jì)樁體入土深度6.5m，樁體有效長(zhǎng)度5m。樁徑為0.25m，布樁形式采用正三角形，間距為1.1m和1.2m。材料及配合比見表1、表2、表3所列：表1樁用材料配合比材料名稱水泥石灰粉煤灰硫酸鈉砂子瓜米石質(zhì)量（kg/mm3）13.2522.7594.754.75271.25135.5表2樁用膠凝材料質(zhì)量比材料名稱粉煤灰石灰水泥硫酸鈉質(zhì)量（kg）10.240.140.05表3復(fù)合樁材料配比材料名稱膠凝材料砂瓜米石質(zhì)量（kg）1124、干振復(fù)合樁施工工藝及質(zhì)量控制4.1準(zhǔn)備工作（1）機(jī)械設(shè)備：干振復(fù)合樁由于樁體混合料為干料，樁體不容易密實(shí)，因此盡量選用移動(dòng)方便，就位準(zhǔn)確的機(jī)型，可采用步履式或走管式樁機(jī)。采用振動(dòng)樁錘，錘重1t，振動(dòng)沖擊力不小于90KN，振動(dòng)錘功率不小于15KW，導(dǎo)管直徑按設(shè)計(jì)要求選用，樁尖為活頁(yè)式?；旌狭习韬驮O(shè)備采用50型強(qiáng)制式拌和機(jī)或滾筒式攪拌機(jī)和若干輛混合料運(yùn)輸車等。（2）場(chǎng)地準(zhǔn)備：清除地表的雜草、樹根、耕植土等，形成不小于2%的外向橫坡。在拓寬的路基外側(cè)開挖臨時(shí)排水溝，保證施工期間的排水，并清除場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)高空障礙物，適宜機(jī)械行走。由于場(chǎng)區(qū)內(nèi)需要堆放大量的原材料，所以施工前必須對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行合理的規(guī)劃，不致影響現(xiàn)場(chǎng)的安全文明施工。（3）人員準(zhǔn)備：每臺(tái)樁機(jī)由10～12人組成，分兩班連續(xù)24小時(shí)作業(yè)。其中施工班長(zhǎng)1名負(fù)責(zé)施工指揮，質(zhì)量進(jìn)度協(xié)調(diào)以及各工序之間的銜接；司機(jī)工1名，正確操作樁機(jī)的定位、下鉆、投料、提升等工序，觀察檢查機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況和維修保養(yǎng)；配料工2名，負(fù)責(zé)按施工配合比進(jìn)行混合料拌和；運(yùn)料工1名，將攪拌好的混合料運(yùn)至樁機(jī)儲(chǔ)料斗。對(duì)于樁長(zhǎng)5m的樁，在充分保證施工質(zhì)量的前提下，從樁機(jī)移位—就位——沉管—放料—拔管整個(gè)過程只要7～8min。4.2干振復(fù)合樁復(fù)合地基的施工流程4.2.1施工工藝流程圖：沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)平機(jī)體樁機(jī)就位平整場(chǎng)地沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)平機(jī)體樁機(jī)就位平整場(chǎng)地施工下一根樁移位成樁振動(dòng)拔管投料施工下一根樁移位成樁振動(dòng)拔管投料4.2.2施工工藝（1）、機(jī)械運(yùn)至工地后，先安裝調(diào)試，待轉(zhuǎn)速、震動(dòng)錘工作正常后，再開始就位。（2）、沉管頭對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)樁位，校正樁管垂直度應(yīng)≤1.5%；校正樁管長(zhǎng)度及投料口位置，使之符合設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。（3）、啟動(dòng)振動(dòng)錘，將樁管下到設(shè)計(jì)深度。（4）、停止振動(dòng)，立即向管內(nèi)裝入規(guī)定數(shù)量的混合料。（5）、稍提升樁管使樁尖打開。振動(dòng)拔管，拔管前先振動(dòng)5秒以后邊振動(dòng)邊拔管，直至拔出地面。（6）、移動(dòng)樁架至另一孔位，重復(fù)以上操作。4.2.3干振復(fù)合樁的施工質(zhì)量及檢驗(yàn)要求見表4表4干振復(fù)合樁施工質(zhì)量及檢驗(yàn)要求項(xiàng)次項(xiàng)目單位允許偏差檢測(cè)方法和頻率率1樁距cm≤D/4抽查2%2樁長(zhǎng)cm不小于設(shè)計(jì)查施工記錄3樁徑cm不小于設(shè)計(jì)抽查2%4豎直度%＜1.5查施工記錄5強(qiáng)度Mpa不小于設(shè)計(jì)抽查0.1%4.3在施工中的關(guān)鍵控制程序（1）選料及存料：石灰必須采用二級(jí)或二級(jí)以上的石灰。為保證樁體的強(qiáng)度，施工中用的石灰應(yīng)盡量選用袋裝磨細(xì)生石灰，石灰中活性CaO含量要高，進(jìn)場(chǎng)時(shí)要有產(chǎn)品檢測(cè)合格報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)抽樣檢測(cè)。生石灰在野外施工現(xiàn)場(chǎng)很難保存，可以采用熟石灰。熟石灰可以通過生石灰自然陳化3～5天得到，陳化超過5天后的石灰不能采用，注意篩余粗大或未陳化的石灰顆粒，避免經(jīng)陳化或未陳化的石灰受到雨淋。存料應(yīng)盡快在一周內(nèi)用完。石灰的等級(jí)劃分見表5。表5生石灰的等級(jí)劃分項(xiàng)目目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰一等二等三等一等二等三等有效鈣+氧化鎂鎂含量（%）＞858070807565未消化殘?jiān)苛浚?mmm篩余）（%）＜71117101420粉煤灰是樁體最主要的構(gòu)成材料，其品質(zhì)直接影響復(fù)合樁的強(qiáng)度和耐久性。一般三級(jí)以上粉煤灰均可用于復(fù)合樁，在干灰獲得比較困難的情況下，也可以采用濕灰或調(diào)濕灰，甚至陳灰，但在使用前應(yīng)對(duì)粉煤灰的燒失量、細(xì)度和抗壓強(qiáng)度比等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。燒失量控制在12%以內(nèi)，細(xì)度（45um篩余）不大于25%，28天抗壓強(qiáng)度比不小于60%。（2）混合料拌制：在使用生石灰時(shí)應(yīng)盡量控制砂石料的含水量，建議不超過3%。先將石灰、粉煤灰、水泥、硫酸鹽等膠凝材料拌和均勻后，再將砂石等投入攪拌機(jī)拌和均勻，然后盡快運(yùn)轉(zhuǎn)至下料現(xiàn)場(chǎng)。但采用熟石灰時(shí)也應(yīng)控制含水量，否則影響混合料的吸水能力，同時(shí)混合料應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況調(diào)整含水量值。（3）、過程控制：按設(shè)計(jì)要求的間距在現(xiàn)場(chǎng)布置控制點(diǎn)，并用竹簽注明位置，然后每點(diǎn)撒上石灰點(diǎn)便于司機(jī)工看清點(diǎn)位，而且有利于文明施工。樁機(jī)就位后注意樁管要豎直定位，控制其垂直度，使導(dǎo)管中心和振動(dòng)錘中心位于同一條直上。防止樁打偏或傾斜。沉管前要嚴(yán)格控制樁管和活頁(yè)的工作狀態(tài)，樁機(jī)的機(jī)況，確保其工作正常。當(dāng)樁管沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后根據(jù)樁體體積開始下料。下料時(shí)要邊拔管邊用錘敲擊樁管，使干料充分沉到樁底。拔管的速度不宜過快，一般為1min/m。5、成樁試驗(yàn)及復(fù)合地基試驗(yàn)5.1樁體成樁檢驗(yàn)成樁七天后，挖開自檢，觀察樁體的成型情況及樁體的密實(shí)程度，如實(shí)做好記錄，成型的樁體應(yīng)以整體性和密實(shí)性好為標(biāo)準(zhǔn)，如發(fā)現(xiàn)樁體不良等情況，應(yīng)及時(shí)制定相應(yīng)的處理措施。5.2現(xiàn)場(chǎng)取芯輔以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)樁體檢測(cè)該種方法檢測(cè)樁的齡期一般應(yīng)達(dá)到28天。根據(jù)樁位圖和施工記錄等資料，隨機(jī)選定檢測(cè)樁。隨即選取試驗(yàn)樁P1、P2、P3，在成樁28天后進(jìn)行取芯和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：取芯設(shè)備采用雙套筒鉆頭，標(biāo)貫采用錘重N63.5，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6：表6樁體取芯和標(biāo)貫試驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)段位抗壓強(qiáng)度（Mppa）標(biāo)準(zhǔn)貫入（擊數(shù)數(shù)）芯樣描述P10.0～1.77m＞10.542芯樣為灰白色，完完整、密實(shí)實(shí)，膠結(jié)良良好1.7～3.55m9.450灰白色，完整，有有少量氣孔孔3.5～5.00m8.244灰白色、完整，局局部蜂窩麻麻面P20.0～1.77m7.136灰白色、上部較較松，下部部膠結(jié)密實(shí)實(shí)1.7～3.55m8.839灰白色、完整、密密實(shí)、有少少量氣泡3.5～5.00m＞10.539灰白色、完整、配配比正常，膠膠結(jié)良好P30.0～1.77m6.235灰白色、上部氣氣泡、麻面面較多1.7～3.55m10.044灰白色、完整、密密實(shí)膠結(jié)良良好3.5～5.00m8.639灰白色、完整，有有少量氣泡泡，局部麻麻面5.3復(fù)合地基試驗(yàn)選取本標(biāo)段K5+558.7～611.0段的一組三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（A-6-9、A-15-29、A-17-20）在成樁30天后，進(jìn)行樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，根據(jù)布置的試驗(yàn)樁的間距計(jì)算荷載板的面積為1.05m2（S=0.866b2，b—邊長(zhǎng)），荷載板為正方形，邊長(zhǎng)為1.04m，采用砂堆載慢速加荷法進(jìn)行試驗(yàn)，加載量和相應(yīng)的沉降量見表7所列，如圖1所示。表7加載量與相應(yīng)沉降量加載量（P/KKPa）751121501872252623002001000沉降量A-6--9/mmm1.843.895.998.9012.9817.1425.0023.3922.1619.83沉降量A-155-29//mm2.213.946.239.1113.0318.0925.4624.1322.0716.79沉降量A-177-20//mm1.683.165.348.4212.6918.4526.4625.0022.9020.19圖1復(fù)合地基P—S曲線（1）復(fù)合地基承載力確定：從圖1可以看出，在加載至300KPa時(shí)，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線較平坦，未出現(xiàn)明顯下彎，以上情況說明，各試驗(yàn)點(diǎn)地基受壓尚未進(jìn)入極限狀態(tài)，承載力尚有一定余量，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）中，可取s/b=0.06對(duì)應(yīng)壓力值為特征值，則A-6-9、A-15-29、A-17-20三點(diǎn)試驗(yàn)的承載力分別為150KPa、160KPa、152KPa，如表8所示。表8復(fù)合地基承載力的確定樁號(hào)荷載板面積（mm2）樁長(zhǎng)（m）樁間距（m）承載力（KPaa）試驗(yàn)值平均值A(chǔ)-6-91.055.01.1150154A-15-2991.055.01.1160A-17-2001.055.01.1152（2）加固效果評(píng)價(jià)通過以上檢測(cè)試驗(yàn)，采用干振復(fù)合樁進(jìn)行軟土地基處理，具有明顯效果。該段落在處理前的地基承載力僅有95KPa，經(jīng)過干振復(fù)合樁處理后復(fù)合地基承載力達(dá)到了154KPa。因此加固效果十分顯著。6、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析xx二標(biāo)干振干振復(fù)合樁全部設(shè)置在小型構(gòu)造基底共有65365延米。另有2座小型結(jié)構(gòu)物基底設(shè)置水泥攪拌樁處理。下面就干振復(fù)合樁的效益進(jìn)行分析，并與水泥攪拌樁的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比。6.1樁的經(jīng)濟(jì)效益根據(jù)兩種樁的施工配合比和工程量，計(jì)算出干振復(fù)合樁的原材料價(jià)格和水泥攪拌樁的原材料價(jià)格對(duì)比見表9、表10。表9干振復(fù)合樁原材料價(jià)格序號(hào)材料名稱用量（T）單價(jià)（元）總價(jià)（元）1粉煤灰12401101364002石灰297180534603水泥（P.O332.5）174250435004硫酸鈉62850527005瓜米石354629.51046076砂子177328.550530.557合計(jì)441197..5表10水泥攪拌樁原材料價(jià)格序號(hào)材料名稱用量（T）單價(jià)（元）總價(jià)（元）1水泥（P.O332.5）2390250597500從以上表7、表8綜合可以看出，就原材料一項(xiàng)就可以節(jié)約投資約16萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。6.2干振復(fù)合樁的社會(huì)效益6.2.1縮短施工時(shí)間，節(jié)約人力資源同水泥攪拌樁相比，干振復(fù)合樁施工速度快，平均0.7m/min，而水泥攪拌樁平均0.3m/min。就本標(biāo)65365延米的工程量，用1臺(tái)機(jī)械分別用復(fù)合樁和水泥攪拌樁施工，其工期對(duì)比見表11。表11兩種加固方式工期對(duì)比類別每班配備人員（人人）平均施工速度需要工期（工日日）干振復(fù)合樁50.7m/miin195水泥攪拌樁50.3m/miin454從表9不難看出采用干振復(fù)