泡沫粉煤灰混凝土桩地基处理与无砂混凝土预制方桩地基处理对比
-
- -
泡沫粉煤灰混凝土桩地基处理
(1) 处理方案
① 建议试验段采用KQ系列潜水工程钻机施工的泡沫粉煤灰混凝土桩，该方案要求施工空间小，解决了采用原地基处理方案无法施工的问题。
② 粉煤灰混凝土桩桩径600mm，在保证施工质量的前提下，建议采用泡沫混凝土以减少桩身自重和造价，泡沫剂掺入量现场试验确定。
③ 布桩：试验段设计桩长随着远离桥涵方向逐渐缩短，桩间距适当调整，沿道路长度方向分为8小段，每段10m，具体布置如下：
第1段桩长30m，按2m×2m的正方形布桩；
第2段桩长27m，按2m×2m的正方形布桩；
第3段桩长24m，按2m×2m的正方形布桩；
第4段桩长21m，按2m×2m的正方形布桩；
第5段桩长18m，按2m×2m的正方形布桩；
第6段桩长15m，按2m×2m的正方形布桩；
第7段桩长15m，按2.4m×2.4m的正方形布桩；
第8段作为对比试验，不作任何处理。
④ 碎石垫层和钢塑土工格栅要求：
碎石垫层应采用静压法施工，碾压应满足地基系数K30≥130MPa/m，孔隙率n＜31%的要求，高程、宽度、横坡、平整度、垫层厚度以及设置范围也应满足碎石垫层控制要求。
钢塑土工格栅材料铺设的允许偏差及检验方法应符合要求。
试验段地基处理方案施工图见附图1-1~1-3。
(2) 材料要求：
① 混凝土、混凝土外加剂和掺和料、砂及粉煤灰均应符合相应标准要求，其掺量应根据施工要求通过试验室确定(建议水泥:砂:粉煤灰:水=1:0.6:0.5:0.35)。
② 严格按照配合比配制混合料，根据设计好的配合比施工。
③ 泡沫剂用量现场试验确定。
无砂混凝土预制方桩地基处理
(1) 处理方案
① 建议试验段采用ZYJ600B型静压机施工的无砂混凝土预制方桩，该方案要求施工空间小，解决了采用原地基处理方案无法施工的问题。
② 无砂混凝土预制方桩边长500mm×500mm，桩顶设置圆形桩帽，桩帽直径1200mm。
③ 布桩：试验段设计桩长随着远离桥涵方向逐渐缩短，桩间距适当调整，沿道路长度方向分为8小段，每段10m，具体布置如下：
第1段桩长28m，按2m×2m的正方形布桩；
第2段桩长25m，按2m×2m的正方形布桩；
第3段桩长22m，按2m×2m的正方形布桩；
第4段桩长19m，按2m×2m的正方形布桩；
第5段桩长16m，按2m×2m的正方形布桩；
第6段桩长13m，按2m×2m的正方形布桩；
第7段桩长13m，按2.4m×2.4m的正方形布桩；
第8段作为对比试验，不作任何处理。
④ 碎石垫层和钢塑土工格栅要求：
碎石垫层应采用静压法施工，碾压应满足地基系数K30≥130MPa/m，孔隙率n＜31%的要求，高程、宽度、横坡、平整度、垫层厚度以及设置范围也应满足碎石垫层控制要求。
钢塑土工格栅材料铺设的允许偏差及检验方法应符合要求。
地基处理方案施工图见附图1-4~1-6。
6.4施工机械
6.4.1泡沫粉煤灰混凝土桩施工机械
建议本地基处理灌注桩成孔设备选用KQ系列潜水工程钻机或类似型号设备。
(1) 潜水钻机的工作原理
潜水动力装置由潜水电机通过减速器将动力传至输出轴，带动钻头切削岩土，工作时动力装置潜入孔底直接驱动钻头回转切削，钻杆不转只起连接传递抗扭输送泥浆的作用。采用泵举正循环方式将钻渣从孔内通过胶管或钻杆排出孔外。
(2) 潜水钻的特点
优点：潜水钻机设备简单，施工转移方便，适合于狭小场地的施工。整机潜入水中钻进时无噪声且因采用钢丝绳悬吊式钻进，整机钻进无振动。工作时动力装置潜在孔底，耗用动力小，钻孔时不需要提钻排渣，钻孔效率较高。电动机防水性能好，过载能力强，水中运转时温升较低。钻杆不需要旋转，除了可减小钻杆的断面外，还可避免因钻杆折断而发生工程事故。该机采用悬吊式钻进，只需钻头中心对准孔中心即可钻进，对底盘的倾斜度无特殊要求，安装调整方便。可采用正、反两种循环方式排渣，如果循环泥浆不间断，孔壁不易坍塌。
缺点：因钻孔需泥浆护壁，施工场地泥泞，对泥浆制备、循环要求高。现场需挖掘沉淀池，并需处理排放的泥浆。采用反循环排渣时，土中若有大石块，容易卡管。桩径易扩大，易导致混凝土灌注超方。
无砂混凝土预制方桩施工机械
根据本工程地质情况，桩基主要穿过淤泥层，分析液压静力压桩机工作性能与技术参数指标，为有效控制好工程桩的成桩质量、施工进度，拟采用ZYJ600B型静压机施工作业，满足施工要求。
试验段地基处理工艺流程
泡沫粉煤灰混凝土桩施工工艺流程
具体工艺流程如下：
(1) 平整场地，满足现场施工“三通一平”的要求。
(2) 放孔位，挖掘泥浆池及排浆沟，确定钻机移位路线及以为方法、准备必要材料。
(3) 桩施工，施工顺序为第1段→第8段，单桩施工工艺如下：
① 设置护筒。
表土层为砂土且地下水位又较浅，或表层土为杂填土时，应设置护筒。护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒可用4~8mm的钢板制成，其内径应大于钻头直径100mm以上，上部开设1~2个溢浆口。护筒的埋设深度：在黏土中不宜小于1.0m，砂土中不宜小于1.5m。护筒外部下侧应采用黏土填实，其高度应满足孔内泥浆面的高度要求。受水位涨落影响或水下施工，护筒应加高加深，必要时打入不透水层。
② 安放潜水钻机。
③ 钻进。
吊起钻头对准护筒中心，徐徐放下至土面，先空转，然后缓慢钻入土中，至整个潜水钻机基本入土内，待运行正常后才开始正式钻进。
④ 当钻至设计标高后，电机可停止运转，但泥浆泵仍需继续工作，正循环排泥清孔，直至孔内泥浆比重达到规定要求，方可停泵提升钻机。
⑤ 插入导管。
⑥ 第二次清孔。孔底500mm以内泥浆比重小于1.25，含砂率不得大于8%，黏度不得大于28s。
⑦ 水下灌注泡沫粉煤灰混凝土。泡沫混凝土按给定的水灰比和泡沫剂含量现场混合，施工过程符合国家相关规范要求。灌注的粉煤灰混凝土混合料须具有良好的和易性，导管放置距离适宜，且粉煤灰混凝土混合料灌注须连续施工。
⑧ 拔出护筒，移机进行下一个桩孔施工。
(4) 检测。
桩施工完，桩体强度达到设计值后，由检测单位进行选桩、检测。
(5) 清理桩间土和桩头。
(6) 碎石垫层和钢塑土工格栅施工。
① 铺设下层碎石：测量人员进行测量放样，并测出标高。碎石垫层下层应整平，清洁。考虑铺设土工格栅的要求，应按要求取合适的压实厚度（25cm）。整平时采用推土机初平后再用平地机终平，保持纵横平顺均匀，然后再用压路机压实。
② 人工铺设钢塑土工格栅：下层碎石待测试符合要求后，其上铺设单向拉伸钢塑土工格栅。铺设土工格栅时，先将碾压密实的表面平整并清除表面坚硬凸出物，土工格栅不得直接铺设在碎石等坚硬的层面上，应在土工格栅和碎石之间铺设5cm厚的中、粗砂保护层。土工格栅必须拉平拉直，拉紧展平插钉固定，并与下层面密贴，不得有褶皱、扭曲。幅与幅之间对齐并搭接20cm，格栅连接处每隔1米设一个节点，采用铁丝绑扎连接，连接强度不小于格栅抗拉强度。土工格栅铺至边坡处，并预留2m的回折长度。
③ 铺设上层碎石：土工格栅铺设完毕后,在其上采用倒卸法施工上层碎石垫层25cm。垫层施工完必须覆土后方可进行静压。
无砂混凝土预制方桩施工工艺流程
施工前先进行试桩，综合设计及现场施工情况，制定试压桩操作程序，确定压桩施工停压标准，以便有效指导预制桩施工，充分发挥无砂砼预制方桩的优点。
(1) 检查桩机
桩机设备、配件、备件是否齐全，运转是否良好，发现问题及时处理，保证机况处于良好状态。
(2) 材质检查
主动邀请业主代表及监理工程师验收进场预制方桩，验收合格后立即签认材料报验单。
(3) 吊桩
按桩身吊点位置固定吊索，稳当的起吊方桩，待方桩离开地面至垂直后，提升到足够高度，将桩放入桩机夹具内，用吊线锤校核桩身垂直度。
(4) 压桩
预制桩要以桩端穿透淤泥层及试桩时达到的承载力停压标准严格控制桩顶标高达到设计要求，由于淤泥层起伏差异，桩长会有变化，要根据地质报告和施压情况先配合适长度的桩节，避免截桩浪费。其压桩工艺流程如下：试桩确定压桩施工停压标准→桩基就位与施放桩节→吊桩就位与夹桩→桩身调直与压桩→接桩→再压桩→按停压标准停压→人工挖桩帽土→现浇桩帽施工。
FLAC 3D数值计算结果
图1 泡沫粉煤灰混凝土桩处理试验段地基沉降计算结果
图1为采用泡沫粉煤灰桩处理地基时得到的沉降计算结果，图中可以看出，试验段不作处理部分地基沉降98-103cm，当采用泡沫粉煤灰桩时（2*2m），沉降明显减小，桩长15m时沉降减小到46-53cm，随着桩长的增加，沉降呈继续减小的趋势，桩长30m时（已穿透淤泥层），沉降值仅为3-7cm。同时，桩长为15m不变时，桩间距变大为2.4*2.4m时，沉降值相应增大。试验段道路中间沉降小于道路边缘沉降。
图2 无砂混凝土预制方桩处理试验段地基沉降计算结果
图2为采用无砂混凝土预制方桩处理地基时得到的沉降计算结果，图中可以看出，试验段不作处理部分地基沉降98-103cm，当采用无砂混凝土预制方桩时（2*2m），沉降明显减小，桩长15m时沉降减小到58-66cm，随着桩长的增加，沉降呈继续减小的趋势，桩长30m时（已穿透淤泥层），沉降值仅为2-5cm。同时，桩长为15m不变时，桩间距变大为2.4*2.4m时，沉降值相应增大。试验段道路中间沉降小于道路边缘沉降。
图3 两种建议处理方案数值计算结果对比
图3为两种建议处理方案计算结果的对比，图中可以看出，对于试验段产生的地基沉降，数值计算结果显示，采用泡沫粉煤灰桩进行地基处理，产生的平均沉降值要小于采用无砂混凝土预制方桩处理地基产生的沉降值。仅从数值计算的角度来看，说明泡沫粉煤灰桩优于无砂混凝土预制方桩。