干振复合桩在软土地基中的应用

干振复合桩在软土地基中的应用1、工程概况xx至xx高速公路是国家高速公路网规划—xx—xx高速公路的一段。该路xx段沿线地势起伏较大，分为冲积平原区、丘陵区和低山区。xx高速xx段第二标段，所辖区域均处于冲积平原区，分布有厚度不等的软土层，表层覆盖一层种植土，工程条件一般，在表层种植土向下0.9～1.7m为高液限粘土，工程条件较差，下伏巨厚的砂土层，约7～8m。为提高涵洞等小型结构物基底的地基承载力，采用了干振复合桩对软弱土进行处理。本文将从干振复合桩的工程特性和处理措施等方面，简要介绍该路段用干振复合桩处理小型结构物基底软弱土的施工情况。2、干振复合桩的特点本文所述干振复合桩是指以粉煤灰、石灰、水泥、硫酸盐为胶凝材料，以砂和碎石为骨料的一种半刚性砼桩。在施工中，通过特制的振动沉管桩机，以边振动边拔管的方式将混合料送入地下，这样桩体可以迅速吸收周围的孔隙水，与混合料发生一系列的物理—化学反应，从而使原来松散的混合料变成具有整体性、水稳性和一定强度的加固土体复合地基，提高地基承载力，减少地基沉降，达到加固地基的目的。它于CFG桩、水泥搅拌桩等有较大不同。一方面它是以干料的方式在含水量比较丰富的软土区域内使用，而且可以利用大量的工业废渣，同时为节约施工成本，一般情况下胶凝材料可以少掺水泥，甚至不掺水泥也同样可以达到良好的效果。另外，混合料通过吸收桩间的孔隙水，便加速了桩间土的固结，降低了孔隙水的含量，使土体的力学性质得到改善。综合以上分析，其实他是综合了多种软土复合地基的加固机理，如：振实、挤密、降水、固结等。该种处理方法不但使桩体本身有一定的强度和刚度，而且大大改善了桩间土的力学性能。3、桩体材料及配合比设计桩体入土深度6.5m，桩体有效长度5m。桩径为0.25m，布桩形式采用正三角形，间距为1.1m和1.2m。材料及配合比见表1、表2、表3所列：表1桩用材料配合比材料名称水泥石灰粉煤灰硫酸钠砂子瓜米石质量（kg/mm3）13.2522.7594.754.75271.25135.5表2桩用胶凝材料质量比材料名称粉煤灰石灰水泥硫酸钠质量（kg）10.240.140.05表3复合桩材料配比材料名称胶凝材料砂瓜米石质量（kg）1124、干振复合桩施工工艺及质量控制4.1准备工作（1）机械设备：干振复合桩由于桩体混合料为干料，桩体不容易密实，因此尽量选用移动方便，就位准确的机型，可采用步履式或走管式桩机。采用振动桩锤，锤重1t，振动冲击力不小于90KN，振动锤功率不小于15KW，导管直径按设计要求选用，桩尖为活页式。混合料拌和设备采用50型强制式拌和机或滚筒式搅拌机和若干辆混合料运输车等。（2）场地准备：清除地表的杂草、树根、耕植土等，形成不小于2%的外向横坡。在拓宽的路基外侧开挖临时排水沟，保证施工期间的排水，并清除场区范围内高空障碍物，适宜机械行走。由于场区内需要堆放大量的原材料，所以施工前必须对场地进行合理的规划，不致影响现场的安全文明施工。（3）人员准备：每台桩机由10～12人组成，分两班连续24小时作业。其中施工班长1名负责施工指挥，质量进度协调以及各工序之间的衔接；司机工1名，正确操作桩机的定位、下钻、投料、提升等工序，观察检查机械运转情况和维修保养；配料工2名，负责按施工配合比进行混合料拌和；运料工1名，将搅拌好的混合料运至桩机储料斗。对于桩长5m的桩，在充分保证施工质量的前提下，从桩机移位—就位——沉管—放料—拔管整个过程只要7～8min。4.2干振复合桩复合地基的施工流程4.2.1施工工艺流程图：沉管至设计标高调平机体桩机就位平整场地沉管至设计标高调平机体桩机就位平整场地施工下一根桩移位成桩振动拔管投料施工下一根桩移位成桩振动拔管投料4.2.2施工工艺（1）、机械运至工地后，先安装调试，待转速、震动锤工作正常后，再开始就位。（2）、沉管头对准设计桩位，校正桩管垂直度应≤1.5%；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长。（3）、启动振动锤，将桩管下到设计深度。（4）、停止振动，立即向管内装入规定数量的混合料。（5）、稍提升桩管使桩尖打开。振动拔管，拔管前先振动5秒以后边振动边拔管，直至拔出地面。（6）、移动桩架至另一孔位，重复以上操作。4.2.3干振复合桩的施工质量及检验要求见表4表4干振复合桩施工质量及检验要求项次项目单位允许偏差检测方法和频率率1桩距cm≤D/4抽查2%2桩长cm不小于设计查施工记录3桩径cm不小于设计抽查2%4竖直度%＜1.5查施工记录5强度Mpa不小于设计抽查0.1%4.3在施工中的关键控制程序（1）选料及存料：石灰必须采用二级或二级以上的石灰。为保证桩体的强度，施工中用的石灰应尽量选用袋装磨细生石灰，石灰中活性CaO含量要高，进场时要有产品检测合格报告，现场还应抽样检测。生石灰在野外施工现场很难保存，可以采用熟石灰。熟石灰可以通过生石灰自然陈化3～5天得到，陈化超过5天后的石灰不能采用，注意筛余粗大或未陈化的石灰颗粒，避免经陈化或未陈化的石灰受到雨淋。存料应尽快在一周内用完。石灰的等级划分见表5。表5生石灰的等级划分项目目钙质生石灰镁质生石灰一等二等三等一等二等三等有效钙+氧化镁镁含量（%）＞858070807565未消化残渣含量量（5mmm筛余）（%）＜71117101420粉煤灰是桩体最主要的构成材料，其品质直接影响复合桩的强度和耐久性。一般三级以上粉煤灰均可用于复合桩，在干灰获得比较困难的情况下，也可以采用湿灰或调湿灰，甚至陈灰，但在使用前应对粉煤灰的烧失量、细度和抗压强度比等指标进行试验。烧失量控制在12%以内，细度（45um筛余）不大于25%，28天抗压强度比不小于60%。（2）混合料拌制：在使用生石灰时应尽量控制砂石料的含水量，建议不超过3%。先将石灰、粉煤灰、水泥、硫酸盐等胶凝材料拌和均匀后，再将砂石等投入搅拌机拌和均匀，然后尽快运转至下料现场。但采用熟石灰时也应控制含水量，否则影响混合料的吸水能力，同时混合料应根据现场的具体情况调整含水量值。（3）、过程控制：按设计要求的间距在现场布置控制点，并用竹签注明位置，然后每点撒上石灰点便于司机工看清点位，而且有利于文明施工。桩机就位后注意桩管要竖直定位，控制其垂直度，使导管中心和振动锤中心位于同一条直上。防止桩打偏或倾斜。沉管前要严格控制桩管和活页的工作状态，桩机的机况，确保其工作正常。当桩管沉到设计标高后根据桩体体积开始下料。下料时要边拔管边用锤敲击桩管，使干料充分沉到桩底。拔管的速度不宜过快，一般为1min/m。5、成桩试验及复合地基试验5.1桩体成桩检验成桩七天后，挖开自检，观察桩体的成型情况及桩体的密实程度，如实做好记录，成型的桩体应以整体性和密实性好为标准，如发现桩体不良等情况，应及时制定相应的处理措施。5.2现场取芯辅以标准贯入试验对桩体检测该种方法检测桩的龄期一般应达到28天。根据桩位图和施工记录等资料，随机选定检测桩。随即选取试验桩P1、P2、P3，在成桩28天后进行取芯和标准贯入试验：取芯设备采用双套筒钻头，标贯采用锤重N63.5，试验数据见表6：表6桩体取芯和标贯试验数据表序号段位抗压强度（Mppa）标准贯入（击数数）芯样描述P10.0～1.77m＞10.542芯样为灰白色，完完整、密实实，胶结良良好1.7～3.55m9.450灰白色，完整，有有少量气孔孔3.5～5.00m8.244灰白色、完整，局局部蜂窝麻麻面P20.0～1.77m7.136灰白色、上部较较松，下部部胶结密实实1.7～3.55m8.839灰白色、完整、密密实、有少少量气泡3.5～5.00m＞10.539灰白色、完整、配配比正常，胶胶结良好P30.0～1.77m6.235灰白色、上部气气泡、麻面面较多1.7～3.55m10.044灰白色、完整、密密实胶结良良好3.5～5.00m8.639灰白色、完整，有有少量气泡泡，局部麻麻面5.3复合地基试验选取本标段K5+558.7～611.0段的一组三个试验点（A-6-9、A-15-29、A-17-20）在成桩30天后，进行桩复合地基载荷试验，根据布置的试验桩的间距计算荷载板的面积为1.05m2（S=0.866b2，b—边长），荷载板为正方形，边长为1.04m，采用砂堆载慢速加荷法进行试验，加载量和相应的沉降量见表7所列，如图1所示。表7加载量与相应沉降量加载量（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图1复合地基P—S曲线（1）复合地基承载力确定：从图1可以看出，在加载至300KPa时，各级荷载对应的时程曲线较平坦，未出现明显下弯，以上情况说明，各试验点地基受压尚未进入极限状态，承载力尚有一定余量，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）中，可取s/b=0.06对应压力值为特征值，则A-6-9、A-15-29、A-17-20三点试验的承载力分别为150KPa、160KPa、152KPa，如表8所示。表8复合地基承载力的确定桩号荷载板面积（mm2）桩长（m）桩间距（m）承载力（KPaa）试验值平均值A-6-91.055.01.1150154A-15-2991.055.01.1160A-17-2001.055.01.1152（2）加固效果评价通过以上检测试验，采用干振复合桩进行软土地基处理，具有明显效果。该段落在处理前的地基承载力仅有95KPa，经过干振复合桩处理后复合地基承载力达到了154KPa。因此加固效果十分显著。6、经济技术分析xx二标干振干振复合桩全部设置在小型构造基底共有65365延米。另有2座小型结构物基底设置水泥搅拌桩处理。下面就干振复合桩的效益进行分析，并与水泥搅拌桩的经济效益进行对比。6.1桩的经济效益根据两种桩的施工配合比和工程量，计算出干振复合桩的原材料价格和水泥搅拌桩的原材料价格对比见表9、表10。表9干振复合桩原材料价格序号材料名称用量（T）单价（元）总价（元）1粉煤灰12401101364002石灰297180534603水泥（P.O332.5）174250435004硫酸钠62850527005瓜米石354629.51046076砂子177328.550530.557合计441197..5表10水泥搅拌桩原材料价格序号材料名称用量（T）单价（元）总价（元）1水泥（P.O332.5）2390250597500从以上表7、表8综合可以看出，就原材料一项就可以节约投资约16万元，经济效益明显。6.2干振复合桩的社会效益6.2.1缩短施工时间，节约人力资源同水泥搅拌桩相比，干振复合桩施工速度快，平均0.7m/min，而水泥搅拌桩平均0.3m/min。就本标65365延米的工程量，用1台机械分别用复合桩和水泥搅拌桩施工，其工期对比见表11。表11两种加固方式工期对比类别每班配备人员（人人）平均施工速度需要工期（工日日）干振复合桩50.7m/miin195水泥搅拌桩50.3m/miin454从表9不难看出采用干振复