二建公路知識點:水泥土攪拌法干法施工要求
粉體噴射攪拌法是利用壓縮空氣向軟土輸送和噴射干粉(生石灰粉、水泥干粉等),利用干粉與土拌和發(fā)生化學(xué)反應(yīng),改善土質(zhì),提高地基的強度,它屬于化學(xué)加固方法。加固后,可增加路基的穩(wěn)定,減少路基的沉降。這種技術(shù)使得施工能在解決了干粉連續(xù)輸送、壓縮空氣與干粉在土中分離以及土中空氣排除等技術(shù)問題后得以進行。壓縮空氣將粉體加固料以霧狀噴入地基深部,憑借鉆頭葉片的旋轉(zhuǎn),使粉體加固料與原位軟土攪拌并得到充分混合,形成樁體或墻體,與路基下軟土形成復(fù)合路基,從而使軟土硬結(jié)。
水泥干粉與軟土被攪拌后形成水泥加固土。它與混凝土的硬化機理有所不同。水泥加固土,水泥摻量很?。▋H是被加固土的7%-15%),水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定的活性介質(zhì)——軟土內(nèi)進行,硬化速度緩慢且作用復(fù)雜。水泥顆粒表面的礦物質(zhì)能與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng),生成多種化合物,有的自身繼續(xù)硬化,有的則與其周圍具有一定活性的黏土顆粒發(fā)生反應(yīng)。這些新生的化合物在水中和空氣中趣均勻,則水泥土的結(jié)構(gòu)強度的離散性越小,總體強度越高。
粉體噴射攪拌法適合于加固各種成因的飽和軟黏土,目前國內(nèi)常用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、雜填土等含水量較高的黏性土。廣泛應(yīng)用于公路路基、機場、鐵路、水壩、港口和工業(yè)與民用建筑工程中。以干粉作為加固料,不需向地基注入附加水分,反而能充分吸收周圍軟土中水分,因而初期強度高。可以事先合理選擇加固料及配合比,針對不同的地質(zhì)情況靈活設(shè)計樁徑、樁長及樁距,可大大減少地基沉降量。
(1)材料要求
粉體噴射攪拌法通常采用水泥、生石灰粉、粉煤灰等作為加固料,其質(zhì)量規(guī)格應(yīng)滿足以下要求:
①生石灰
生石灰應(yīng)是磨細的,最大粒徑應(yīng)小于2mm。石灰中應(yīng)無雜質(zhì),氧化鈣、氧化鎂含量不小于85%,其中氧化鈣含量不應(yīng)低于80%。
②水泥
水泥采用普通水泥或礦渣水泥,應(yīng)是國家免檢產(chǎn)品,嚴禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。
③粉煤灰
粉煤灰化學(xué)成分中要求SiO2和A12O3,的含量應(yīng)大于70%,燒失量應(yīng)小于10%。也可采用石膏粉作為添加劑,有利于強度的提高。
施工實際使用的固化劑和添加劑必須通過室內(nèi)試驗檢驗,符合設(shè)計要求后方能使用。
(2)機械設(shè)備
粉體噴射攪拌法的施工機械主要是鉆機、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機和攪拌鉆頭等。
①鉆機:是粉體噴射攪拌法施工的主要機械。為便于運輸,鉆機及桅桿架可安裝在載體(如汽車)上,也可用汽車單獨運至工地后,移置于地面上進行操作,它必須滿足:動力大、扭矩大,適合大直徑鉆頭成柱。鉆頭直徑一般為500mm;具有正向鉆進、反轉(zhuǎn)提升的功能;提升力大,并能實現(xiàn)勻速提升。
②粉體發(fā)送器:是定時設(shè)置發(fā)送粉體材料的設(shè)備,它是粉體噴射攪拌法加固軟土地基施工機械中的關(guān)鍵設(shè)備。
由空氣壓縮機輸送來的壓縮空氣,通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)風量的大小,進入“氣水分離器”,使壓縮空氣中的氣水分離。然后,“干風’’到達粉體發(fā)送器喉管,與“轉(zhuǎn)鼓”定量輸出的粉體材料混合,成為氣粉混合體,進入鉆機的“旋轉(zhuǎn)龍頭”,通過空心鉆桿噴入地下。
粉體的定量輸出,由控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。施工前必須按照加固工程的地質(zhì)條件,通過室內(nèi)試驗,找出最佳粉體摻入量(例如石灰粉的最佳摻入量,采用相當于干土量的4%-5%)。根據(jù)施工時鉆機的提升速度、鉆機的轉(zhuǎn)速、攪拌鉆頭的類型,選用合理的粉體發(fā)送量。
③空氣壓縮機:粉體噴射法的粉體噴出,是以空氣壓縮機作為風源。空氣壓縮機的選型,主要受加固工程的地質(zhì)條件和加固深度所控制。
粉體噴射攪拌法與旋噴法(CCP工法)不同。粉體噴射攪拌法是以機械強制攪拌,氣粉混合體只需克服噴灰口處土及地下水的阻力而噴入土中,通過攪拌葉片的機械攪拌作用,使灰、土混合,形成加固柱體;旋噴法則是依靠高壓脈沖泵所噴射的高壓水來破壞土層。因此,粉體噴射攪拌法所用空氣壓縮機的壓力不需要很高。此外,空氣壓縮機的風量也不宜太大。
④攪拌鉆頭:粉體噴射攪拌法憑借攪拌鉆頭葉片的攪拌作用使灰粉與軟土混合,因此攪拌鉆頭的形狀直接影響灰土的攪拌效果。鉆頭的形式應(yīng)保證于反向旋轉(zhuǎn)提升時,對柱中土體有壓密作用,而不是使灰、土向地面翻升而降低樁體質(zhì)量。
⑤計量裝置:是用于監(jiān)測粉噴樁施工中粉體輸入量的連續(xù)性及均勻性的裝置,及時掌握鉆機在粉噴過程中噴入軟土層的水泥數(shù)量,它能逐段按層分析粉體的輸入量,通過安裝在粉體發(fā)送機上的調(diào)孔裝置,使輸入量能滿足設(shè)計要求,并能自動記錄打印。
(3)施工現(xiàn)場準備
施工機械設(shè)備進場前,必須做好下列施工場地準備工作:①施工機械進出場的道路條件。對道路及橋梁的要求,一般應(yīng)滿足lot卡車及汽車吊機的行走要求。②電力供應(yīng)。一臺粉噴樁施工機械其用電功率為50kW,在沒有電源的地區(qū),應(yīng)配備75kW柴油發(fā)電機組。③查明障礙物。地下有無大塊石、樹根、地下管線等,空中有無高壓線。障礙物均應(yīng)事先消除。④料庫及工具間。施工場地的料庫及工具間應(yīng)便利加固料的運輸及工作方便,并有防火、防盜設(shè)施。⑤施工場地。地面土質(zhì)較差、承載力較低時,應(yīng)鋪設(shè)山皮土或碎石墊層,以滿足施工機械場地的行走要求。
(4)施工工藝
①場地清理。工作場地表層硬殼很薄時,需先鋪礫石、干燥土墊層,厚50cm左右,以便機械在場區(qū)內(nèi)順利移動和施鉆。不宜鋪墊碎石材料,以免給施鉆造成困難。如果場地填有石質(zhì)材料或植有樹木,需將石質(zhì)材料、樹木及其根部挖除。
②放樣定位。用經(jīng)緯儀將樁位精確放樣,標出每根樁的位置。
③鉆機就位。根據(jù)確定的加固樁體的位置,移動鉆機,準確對孔,水平對孔誤差不得大于50mm,鉆機主軸垂直度誤差應(yīng)不大于1%。
④鉆孔。啟動攪拌鉆機,鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進。根據(jù)施工要求,以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔逐級加速的順序,正轉(zhuǎn)預(yù)攪下沉。鉆至接近設(shè)計深度時,應(yīng)用低速慢鉆,鉆機應(yīng)原位鉆動l-2min。為了不致堵塞噴射口,不噴射加固材料而是噴射壓縮空氣,鉆進一定深度啟動一次,將泥沙從噴射口吹出。鉆進時噴射壓縮空氣,可使鉆進順利,負載扭矩小。鉆孔深度由鉆機上面的刻度盤指示(刻度盤上有指針表明鉆孔深度),樁長誤差不得超過土100mm,垂直偏差不超過1.5%。
⑤提升噴粉攪拌。當鉆機達到設(shè)計高程后,即開啟空壓機連接水泥罐的閥門,邊提升鉆桿邊噴水泥(水泥是通過空壓機與鉆桿頂部用橡皮膠管連接,靠空氣壓力,使水泥從鉆桿內(nèi)孔穿過,由麻花鉆頭中部小孔噴射),直至孔口。在確認加固料已噴至孔底時,按0.5m/min的速度反轉(zhuǎn)提升。當提升到設(shè)計?;腋叱毯?,應(yīng)慢速原地攪拌l-2min。沿深度方向加固材料的混合量,系根據(jù)發(fā)送器輸出的加固材料數(shù)量與攪拌葉片提升速度的關(guān)系確定。
⑥提升結(jié)束,樁體形成。當鉆頭提升至距離地面30-50cm時,發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料,成樁結(jié)束。由于裝置的回路是封閉的,在回路內(nèi)輸送過程中,粉體不會向空中噴發(fā)與飛散。在攪拌鉆頭距地表30-50cm處停止噴粉,則粉粒不會溢出地面。
⑦重復(fù)攪拌。為使水泥攪拌均勻,對其復(fù)鉆是必要的,一般復(fù)鉆深度為設(shè)計樁長的2/3。此時,停止噴粉,鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進至設(shè)計要求的復(fù)拌深度,再提升反向邊旋轉(zhuǎn)邊提升。提升攪拌時,其速度控制在0.5-0.8m/min左右,使土體和粉體充分拌和,土塊被充分粉碎,水泥粉均勻分布在地基中。
⑧鉆具提升至地面后,鉆機移位對孔,按上述步驟進行下一根樁的施工。