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文章界定了粉喷桩复合地基的定义和特点,从四个方面论述了粉喷桩加固软土地基的机理,给出了粉喷桩复合地基的设计和计算方法,并阐释了粉喷桩复合地基在某公路软基处理中的实际应用.
文｜黄荣
一、概述近年来,随着国家对交通建设投资的大量增加,在铁路和公路建设中遇到了越来越多的软土地基.这类地基具有低密度、大孔隙、高含水性、压缩性高以及沉降量大等特点,当软土路基受荷载作用时,地基承载力低,容易发生失稳破坏,甚至造成事故.针对此类软土路基,出现了很多的软基处理方式.利用粉喷桩复合地基来提高地基的承载力即是其中一种.
(一)粉喷桩复合地基的定义及其特点
粉喷桩复合地基由粉喷桩和软土地基一起组成,以达到加固软土地基的目的.粉喷桩属水泥土搅拌桩的一种,它以水泥粉体材料作固化剂,通过专用的施工机械,压缩空气将水泥喷入地基中,依靠钻头叶片的旋转,使固化剂与原位软土搅拌并得到充分混合,通过固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学作用形成抗压强度比天然土强度高得多、并具有整体性、水稳性的水泥土桩,与桩间土一起承受上部荷载,形成水泥粉喷桩复合地基,从而提高软土地基的承载力和降低地基的沉降变形量.粉喷桩复合地基具有使用土质范围广,包括各种软粘土和淤泥质土；施工机具轻巧,施工作业简单,并无噪声和环境污染；土体加固后重度基本不变,因此对软弱下卧层不致产生附加沉降等优点.
(二)粉喷桩复合地基的适用条件
粉喷桩复合地基适宜于处理各种成因的饱和软粘土淤泥、淤泥质土,也可用于处理粉土、粘性土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基.室内实验表明,对含有高岭石、蒙脱石等粘土矿物质的软土加固效果好,而对含有伊利石和石英等矿物质的粘性土以及有机质含量高的粘性土加固效果差.地基天然含水量大于70%或地下水pH小于4的酸性环境下也不宜用此方法.
二、粉喷桩复合地基的加固机理
粉喷桩复合地基按其形成可视为由桩地基加固体、土地基自然体组成的一个工作系统.考虑各部分的主要作用及相互影响,其工作机理主要包括以下几个方面：
(一)桩体作用
在路堤填筑荷载作用下,由于桩体的刚度明显较桩周围土体打,因此此时复合地基中的应力将按材料模量进行分布.大部分填土荷载由桩体承担,而作用在桩间土的应力明显减少,产生了应力集中现象.因此就使得复合地基承载力较原软土地基承载力有所提高,沉降量有所减少.这种作用可称为桩土效应或者置换作用.
(二)挤密作用
粉喷桩在喷注水泥粉且就地搅拌与地基土形成桩体的过程中,由于场地区域内质量的迅速增加,使软土地基的密度迅速增加.同时,喷注的水泥粉主要成分之一为碳酸钙干粉,可对周围软土迅速进行吸水、发热和产生膨胀作用,这样也可对周围土体产生很好的挤密效果.
(三)垫层作用
粉喷桩通过喷注水泥粉与地基土原位均匀搅拌在桩端部硬结形成“桩垫”.显然,这一硬结地层的力学特性要优于天然软土地基,且同时可均匀上部传递过来的应力和增大应力扩散角的作用.在复合桩体形成过程中,若桩体没有完全贯穿整个软土层,这种垫层作用就会显著减小.
(四)加筋作用
在复合地基的力学指标方面,粉喷桩除了提高软土地基的承载力之外,还可提高土体的抗剪强度,增加软土路堤的稳定性.
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三、粉喷桩复合地基承载力的设计和计算
粉喷桩复合地基的承载力由粉喷桩和桩间论文范文同承担.
(一)单桩承载力的设计计算
单桩的设计步骤可分为以下三种情况来确定：
1．当搅拌加固的深度不受限制时,可根据室内强度试验选择水泥渗入比,确定桩身强度qu,再根据选定的强度,计算单桩承载力Pa,然后求出桩长L.
2．当拟加固场地的土质或者施工机械因素等限制桩机打设深度时,应首先确定桩长L,然后依次计算单桩承载力Pa 和桩身强度Ap,并根据水泥土室内试验资料,选择相应的水泥掺入比：
3．直接根据上部荷载对地基的要求,根据单桩承载力,即可求得桩长和桩身强度,然后根据室内强度试验资料,选择相应的水泥掺入比.
单桩竖向承载力特征值可按照下列两式计算,并取其中较小值：
四、工程应用
(一)粉喷桩处理范围及工程地质概况
某高速公路支线DK4+494~DK4+512段修建时遇软土地基,拟采用粉喷桩进行地基处理.该段线路属堆积平原区,路基基底自上之下主要为淤泥质粉黏土、粉质粘土和强风化凝灰岩.地下水较发育,地下水稳定水位埋深在0.5~2.0m,且地下水无腐蚀性.
各岩土层力学指标如下:
（1）泥质粉黏土: 层厚度5 ~ 8 m ,天然容重
(二)粉喷桩复合地基设计计算
1.粉喷桩设计.
（1）桩径:根据施工设备确定d等于500mm.
（2）桩长:根据地层情况,选用强风化凝灰岩作为持力层,根据相关原则,确定有效桩长l等于12m.
（3）桩位布置:按正三角形布置,经过试算,取桩中心距D等于1.lm.
五、结语
粉喷桩具有施工时无振动、无噪音、无废水污染、无土体位移,对工程环境影响小、施工简便、工期短、成本低等诸多优点.作为一种一种海陆兼备、地基基坑双用的软土处理技术,其加固深度和加固效果随着设备的功能提高而加大.这些优点决定了粉喷桩复合技术在软土地基加固中将有着更为广阔的发展前景.
参考文献
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（作者系中铁八局二公司工程师）
责任编辑：陈倩
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复合地基置换率引用文献:
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