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小议水泥深层搅拌桩在高速公路软基加固中的应用
作者:佚名 来源:建设工程教育网 点击量: 发布时间:2015-1-18 20:20:47

  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。

  1、水泥深层搅拌桩加固地基的基本原理

  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。

  1.1水泥的水介和水化化学反应

  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。

  1.2水泥水化物与黏土颗粒的化学作用

  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。

  2、水泥深层搅拌桩在高速公路软土地基加固中的作用

  2.1工程概况

  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。

  2.2软土地基加固设计

  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对称布桩,桩长8 m~14 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。

  2.3水泥深层搅拌桩施工工艺

  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%.

  2)施工机械。采用SJB-1型深层水泥搅拌机。该机为自动卷扬走管式,自重13 t,底盘为4.0 m×8.0 m,主机转速为60 r/min,功率37 kW,最大深度22.0 m

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