粉喷桩稳固公路软土地基应用研究

《粉喷桩稳固公路软土地基应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、粉喷桩稳固公路软土地基应用研究第一章绪论1.1粉喷桩法概述粉喷桩是利用专门的搅拌机械把水泥粉或石灰粉等固化剂与需要处理的软弱地基土进行搅拌而发生一系列物理化学反应形成的一种桩体[1]，其力学强度（抗压强度与刚度）均要高于像砂桩这样的柔性桩而低于像混凝土桩这样的刚性桩；（2）固化剂是一边钻孔一边喷入土层的，那么钻杆会占据桩截面中心的空间，钻头叶片随着向端头搅拌其搅拌力矩会变的越来越大，则水泥土就被搅拌得越均匀，因此桩身强度在桩截面范围内是不均匀的，截面中心点处强度是最小的，沿着截面径向方向强度由中心点处向外逐渐增大；（3）在实际粉喷桩工程中，其破坏往往集中在桩顶下1-2米内。由粉喷桩轴向应力分

2、布规律知：在受到竖向荷载作用下，从桩顶自上而下轴向应力逐渐减小，桩顶下1-2米长度内就是粉喷桩的最大轴向力范围；（4）从粉喷桩与地基土所形成复合地基的角度来讲，桩承受的压力与土承受的压力相比较而言，前者要大得多，正因如此桩达到自身受力极限的时间很短，而桩间土达到自身受力极限要晚一些，此时粉喷桩桩侧摩阻力及其承载能力与一根桩时的桩侧摩阻力和承载力相比较，小了很多；（5）复合地基承载力要求粉喷桩和桩间土相互协调（粉喷桩保证自身强度足够大而不破坏足以传递桩侧摩阻力），就限制了粉喷桩的适用土层[2]。..1.2粉喷桩的发展历史与研究现状美国是最早研制成功水泥系粉体喷射搅拌法[3]的国家。在上世纪六十

3、年代初，日本国内就经常遇到像矿石堆场软土地基加固的工程。为了有效地解决荷载大、沉降大等问题，粉喷桩搅拌法被引进了日本。根据不同的施工需要，不同规格、不同效率的施工搅拌机械相继被许多地基处理施工企业开发研制出来。但其作用原理和加固材料相差无异，至此粉喷桩施工在日本越来越受到亲睐，其技术也达到了相当高的水平。与日本相比，中国的粉喷桩技术起步与发展晚了将近20年，上世纪七十年代末中国才开始从室内试验出发来研究粉体搅拌法，从现场试验中来研制搅拌机械。到八十年代初，国内的第一台粉喷桩施工机具被制造出来，并将其应用于上海一软基工程中，效果颇佳。虽然中国的粉喷桩技术起步较晚，但经过不懈的努力，国内已经开发

4、出多种粉喷桩搅拌机型，最多已达一机六头，使粉喷桩具备适应多种软土地质条件的能力，同时也提高了施工效率。目前，粉喷桩以其独特的优势被广泛地应用于各种软弱土加固工程中，粉喷桩加固道路软土地基就是其中的一个重要领域。影响粉喷桩质量的因素有很多，但要把全部的因素都找出来也是很困难的，主成分法便能很好的解决这一问题。这一方法是把影响粉喷桩质量不同程度的诸多因素进行分类，找出主要因素，去掉次要因素，这样就能分析清楚粉喷桩为什么有质量缺陷了。刘自强[4]等人在西南某铁路粉喷桩处理软基工程中成功地运用了主成分法，效果很好。粉喷桩技术在处理软基方面固然有诸多优点，但是粉喷桩处理的地质情况较为复杂而多变，施工人

5、员的操作水平也不同，施工设备选择没有统一标准，所以施工工艺还是较难控制的，加上质量检测繁琐且不准确，导致粉喷桩的质量难以保证。也正是由于这个原因，研究粉喷桩处理软弱土的人很多。第二章粉喷桩加固软土机理及设计方法2.1粉喷桩加固软土机理粉喷桩是利用专门的搅拌机械把水泥粉或石灰粉等固化剂与需要处理的软弱地基土进行搅拌而发生一系列物理化学反应形成的一种桩体。经过施工机械的搅拌，水泥中的熟料将要处理的软土进行包裹覆盖，而由于软土中一般会存在大量的水分，此时，水会与水泥熟料进行水化反应而生成各种水化离子，水化离子侵入被包裹的软土中，形成强劲的土团粒的空间复杂结构。正是由于内部这种强劲的空间结构与外部水

6、泥熟料形成水化产物的联结结构，才形成了强度相对较高的粉喷桩。软土的物质组成是较为复杂的，在粉喷桩工程中，主要是从对水泥影响的角度进行软土的物质组成分析的。而与水泥作用影响较大的无疑是有机质及其含量，其中硫酸盐与二氧化硅是关键物质。由于软土颗粒都很小，整体土的表面积就很大，且表面上有较多负电荷附着，与土周边水有较强的作用力。普通硅酸盐水泥是粉喷桩法最常用水泥，其中对水泥性能起着最关键作用的便是水泥熟料。由于水泥熟料矿物组成的多样性与复杂性，在水泥水化反应中，往往会提及到水泥熟料典型的矿物成分。它们是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙及铁铝酸四钙。2.2粉喷桩复合地基设计方法在粉喷桩的设计上，总体上应

7、遵循以下几点要求：1)满足工程强度要求；2)满足工程变形要求或者使用要求；3）满足工程成本要求。没有经过详细的地质勘查，在对地层了解不充分的情况下，做出的粉喷桩的设计也是不科学的。粉喷桩对于地质勘查的要求是较为严格的，除了常规对土层性质了解的工程地质勘察外，还应查明：1）道路场地土层的组成与结构，特别要查明大块障碍物（孤石）的尺寸、含量、位置以及河、塘、坑、沟陷、防空洞、溶洞等的位置；2）粉喷桩加固范围内软土