110586_喷粉桩加固地基的原理、应用及施解读.doc

喷粉桩加固地基的原理、应用及施工 默认分类 ??2009-07-29 03:41 ??阅读25???评论0 ? 字号： 大大? 中中? 小小 ??? 一、概述 ? ? 喷粉桩最早是由瑞典和日本于20世纪60年代后期提出的加固地基的技术工艺。80年代初，国内 开始研究，1993年，我国第一台液压步履式深层搅拌喷粉桩机在铁道部武汉工程机械厂诞生。1984年7月在广东省云浮硫铁矿铁路专用线上用石灰搅拌桩加固单孔4.5m盖板箱涵软土地基获得成功，1985年4月通过铁道部部级技术鉴定。此后，喷粉桩技术在国内沿海地区及长江中下游得到了广泛应用。河南省于1991年引进此项技术，首次用于信阳机务段六层砖混结构住宅楼工程中，在以后短短的几年内，很多设计单位将喷粉桩技术进行了推广应用，特别是郑州、开封、新乡等地下水位较高的地区。目前，省内很多建筑施工单位组建了喷粉桩施工作业队，无论是设备水平还是人员施工素质，都达到了一定的标准。 ? ? 二、原理 ? ? 喷粉桩加固地基的机理是利用粉体喷射桩机在钻孔过程中，用高压空气将粉状固化剂以雾状喷入被加固的软土中，凭借机械上特制的钻头叶片的旋转，使固化剂与原位软土就地强制搅拌混合；固化剂吸水后进行一系列物理化学反应，使桩位原土有软变硬，形成整体性好、水稳性强和承载力高的新桩体；这种桩体与桩间土相互作用形成比天然软土地基承载力有大幅度提高的复合地基。目前在实际工程中喷粉桩所用的固化剂主要是水泥或石灰。喷拌成水泥土桩或石灰土桩。? ? ? 当采用水泥作为固化剂时，水泥的水化与其在砼中的变化机理不同，砼的硬化是水泥在粗骨料中进行，而水泥土硬化是水泥在具有活性的粘土介质中进行，作用缓慢而复杂；水泥吸水后产生水化反应和水解反应，生成Ca(OH)2、H2OCaSiO、H2OCa3(AiO)2、H2OFeCa2(AiO)2等化合物，土粒中的Na+和K+与化合物中的Ca++进行当量吹附交换：土颗粒＜Na+（K+）+Ca＜土颗粒+Na+（土颗粒+Ka+）正是由于Ca++的吸附交换作用，使大量的土颗粒形成较大的土团粒。随着水化反应的深入，Ca++的数量继续增多，当Ca++超过上述离子交换的需要量后，与粘土矿物中的SiO-2和Ai2O3的一部分或大部分进行化学反应，生成不溶于水的微晶凝胶，凝胶在空气中逐渐硬化，增大土的强度、并使水分不易侵入而增加土的水稳定性。微晶凝胶是由极细小的微晶聚集而成，它们在土粒表面形成纤维状的结晶，结晶析出端部、也就是露出晶边的Ai+3将吸引结合于已析出晶面的OH-1，结晶面之间发生排斥，形成“晶边——晶面”结合、并辐射向外延伸，进而再相互侵入并将土团包裹起来，形成水泥土独特的蜂窝状结构。水泥和土搅拌越充分，则水泥土结构的离散性就越小。 ? ? 当采用生石灰作固化剂时，石灰在土层中吸水、膨胀、发热和进行复杂的离子交换，土微粒凝聚、火山灰、 碳酸钙、固结等一系列物理化学反应，生成复杂的化合物，这些化合物在水和空气中逐渐硬化、使土粒得到牢固结合和加强，促使周边土体固结，从而形成较高强度的石灰土。 ? ? 三、特性 ? ? 喷粉桩是由水泥或石灰作固化剂而形成的灰土桩，因为它既不能掺入高强度的粗石骨料，也不能通过用配置钢筋的方法来提高自身的承载力，所以喷粉桩仅考虑竖直荷载的作用，不象砼桩那样，承受竖向力的同时还能承受水平力。喷粉桩自身性质介于刚性桩（钢筋混凝土灌注桩、钢筋混凝土预制桩、木桩、钢管桩等）与柔性桩(碎石桩、砂桩、土桩等)之间的一种桩型，它的刚度、抗压强度和抗侧向压力作用均小于刚性桩而大于柔性桩。由于喷粉桩所用的固化剂是在钻孔过程中、通过钻杆喷入土层中的，桩载面中心的钻杆占去一定的空间，钻头叶片距端头越近搅拌力矩越大，使灰土搅拌愈均匀；因此桩身截面的强度是不均匀的，中心轴处强度最低，沿截面经向由中心轴向外边缘强度逐渐增强，在喷粉桩施工过程中应空杆复钻一次，以便提高混合土的均匀性是非常必要的。??喷粉桩的轴向应力分布是不均匀的，从桩顶自上而下轴向力逐渐减小，最大轴向力位于桩顶3-5倍桩径范围内，再往下轴向力收敛很快，所以，喷粉桩的破坏机理是，以浅层桩向纵向压缩变形增长，外荷载继续增加，桩向达到抗裂极限状态，而使桩体失去传力功能。? ? ? 喷粉桩使软土地基竖向承载力的提高与桩位土质、含水量、固化剂掺入比、土灰混合均匀程度和龄期等因素有直接的因果关系。 ? ? 1、土质：喷粉桩原位土以粉土为最好，掺入固化剂、粉土的强度增长效果远比对淤泥质土和粘性土的效果好；土粒越粗、增强效果越明显；同时，原位土越纯净，增强效果越好；软土层中有机物质含量越多，则增强效果越低。因此，喷粉桩适宜被加固软地基土为粉土、砂土、粉砂土、粉质粘土、淤泥等土层，而不适宜含有石块、树根、有机物的人工填土层。 ? ?