真空預(yù)壓堆載與粉噴樁在加固軟基中的比較

　　[摘 要]

　　本文通過(guò)對(duì)真空預(yù)壓+堆載與粉噴樁處理軟土地基的比較，為對(duì)同類工程的軟基處理提供借鑒。

　　[關(guān)鍵詞]

　　真空+堆載預(yù)壓 粉噴樁 軟土地基

　　一、前言

　　加固軟土地基在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)成為高速公路建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵。本文從真空預(yù)壓+堆載聯(lián)合加固法及粉噴樁加固軟土地基的加固機(jī)理、適用范圍、效益進(jìn)行比較，為同類工程提供一些借鑒。

　　二、加固軟基機(jī)理

　　粉噴樁是深層攪拌加固技術(shù)的一種。它是用改制的螺旋鉆機(jī)，將鉆桿鉆至設(shè)計(jì)要求的土層深度，鉆頭到達(dá)下部持力層后，用壓縮空氣將水泥或生石灰粉經(jīng)鉆桿內(nèi)孔輸送至鉆頭上特制的噴嘴，隨同鉆頭旋轉(zhuǎn)向四周土體噴射，同時(shí)鉆桿以一定的速度提升。鉆頭上的葉片將其四周一定范圍內(nèi)的土體自下而上不斷切割，使之疏松，并與水泥或生石灰粉攪拌混合膠結(jié)，硬化后即可形成一定直徑的強(qiáng)度高于原土層的固結(jié)體。粉噴樁的樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)780~2000kpa。采用粉噴樁處理后的復(fù)合地基承載力可達(dá)160~180kpa，甚至更高。

　　真空預(yù)壓+堆載預(yù)壓法加固軟基是在真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，兩者都是屬于排水固結(jié)法。排水固結(jié)法就是利用外加荷載,對(duì)天然軟土地基或預(yù)設(shè)了豎向排水通道(通常是袋裝砂井或塑料排水板)的軟土地基進(jìn)行分級(jí)加壓，使土體中的孔隙水逐漸排出，沿橫向排水系統(tǒng)(一般為砂墊層)被排至場(chǎng)地外遠(yuǎn)處，土體逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度也逐步得到提高。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法就是利用“真空荷載”和堆土荷載作為分級(jí)加壓的加壓系統(tǒng)，一般設(shè)袋裝砂井(或塑料排水板)，砂墊層作為排水系統(tǒng)，在兩個(gè)系統(tǒng)的共同作用下，地基迅速發(fā)生沉降，通常在預(yù)壓施工期間，沉降基本完成或大部分完成;同時(shí)可增加地基土的抗剪強(qiáng)度，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。當(dāng)施加真空荷載抽出部分水和氣時(shí)，土體孔隙中形成負(fù)的超孔隙水壓力，部分土體處于非飽和真空負(fù)壓狀態(tài),在總應(yīng)力不變的情況下，孔隙水壓力減小，原來(lái)由孔隙水承擔(dān)的壓力逐步轉(zhuǎn)化為土的有效應(yīng)力，從而使地基土強(qiáng)度及承載力得到提高。

　　真空系統(tǒng)主要是利用密封膜履蓋在需加固的場(chǎng)地表面，并使其四周埋入適當(dāng)深度和性能的土層中，以保證與大氣隔絕，然后用真空裝置進(jìn)行抽氣而形成。在真空度不斷向地基中傳遞的過(guò)程中，在地表橫向排水體和土體內(nèi)豎向排水體中形成低壓(相對(duì)大氣壓而言)區(qū)，使土體和排水體之間產(chǎn)生壓力差，在此壓力差和堆土荷載的聯(lián)合用下，土體中的孔隙水不斷排出，直至達(dá)到預(yù)期目的。

　　隨著真空預(yù)壓技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的真空度可達(dá)到80~90kpa，相當(dāng)于4~6m多的普通填土荷載，而且在施加真空荷載時(shí)，由被處理區(qū)四周向低壓區(qū)產(chǎn)生近水平向的壓力，使四周土體趨于向預(yù)壓區(qū)移動(dòng)，這樣在一定程度上有利于抗滑移失穩(wěn)。所以，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法對(duì)加速土體固結(jié)(減少工后沉降)，提高地基整體穩(wěn)定性，增加地基強(qiáng)度有積極的作用。

　　三、適用范圍比較

　　當(dāng)粉噴樁打穿軟土層進(jìn)入較硬的持力層沉降很少;若未打穿軟土層，成為懸浮式時(shí)沉降就大。遇到的深厚軟土?xí)r，現(xiàn)有的粉噴樁機(jī)所達(dá)深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及，工程應(yīng)用受到了限制。

　　粉噴樁質(zhì)量的優(yōu)劣主要反映在粉噴樁的強(qiáng)度指標(biāo)上，這不僅與摻入粉體的質(zhì)量、施工工藝、地基土的性質(zhì)有關(guān)，其中尤以含水量的關(guān)系甚為密切。規(guī)范規(guī)定，地基土 的天然含水量在小于30%或大于70%時(shí)不宜采用。

　　大量的工程實(shí)踐與理論研究都已證明，真空排水預(yù)壓法是處理軟粘土地基的有效方法之一，尤其對(duì)分布在沿海地區(qū)的含水量高、強(qiáng)度低、壓縮性大和透水性差的軟弱粘土層特別有效。

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　　四、效益比較

　　粉噴樁施工速度快，使工期短，一晝夜最快可制直徑0.5m、長(zhǎng)10m的樁50根，施工工期是真空預(yù)壓法工期的1/4。

　　粉噴樁施工設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。在設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力為120kpa、粉噴量為45kg的情況下，每成樁1m的造價(jià)約37～45元，僅為真空預(yù)壓法的85%。

　　五、小結(jié)

　　綜合上面的分析對(duì)比，可以看出，真空預(yù)壓+堆載聯(lián)合加固軟土地基的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

　　● 地基的沉降在聯(lián)合加固期間大部分被消除(80%～90%)或基本消除。路堤在使用期間不致有過(guò)大的沉降和沉降差，可以大大減少橋頭跳車。

　　● 聯(lián)合加固能加速地基土抗剪度的增長(zhǎng)，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。

　　● 施工不受氣候影響，在雨季仍可正常施工，可以縮短工期，提高施工效率。

　　● 處理含水量高、強(qiáng)度低、壓縮性大和透水性差的軟弱粘土層特別有效。

　　而粉噴樁加固軟基的特點(diǎn)體現(xiàn)在：

　　● 施工費(fèi)用低廉、操作簡(jiǎn)單。

　　● 土體與固化劑膠結(jié)能有效地減少地基的總沉降量，控制路堤的工后沉降。

　　● 能承受較大的加荷速率。

　　● 抗側(cè)向變形能力強(qiáng)。

　　● 可大大縮短施工期。

　　綜合考慮軟土地基加固技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益，粉噴樁加固軟土地基具有許多優(yōu)勢(shì)，是值得推廣的一種施工工藝。但對(duì)于含水量高、軟土層厚的軟弱粘土層采用真空預(yù)壓+堆載聯(lián)合加固法具有一定優(yōu)勢(shì)。