【正文】 樁的強(qiáng)度。 陽離子交換與團(tuán)?；饔? 由于鉀、鈉鹽一般都是溶于水的，而水泥水化后產(chǎn)生的Ca2+與K+和Na+交換后，會生成不溶于水的沉淀物并附在粘土顆粒表面而形成較大的粘土團(tuán)。 硬凝反應(yīng) 水泥水化后，當(dāng)粘土中還有溶液且溶液為堿性時，Ca2+還可與粘土中的Al2O3，SiO2等發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水的結(jié)晶礦物，并在水中或空氣中逐漸硬化，從而增加水泥土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 從以上分析可知，水泥土強(qiáng)度的提高主要是水泥水化產(chǎn)生的凝膠體和水化后產(chǎn)生的Ca2+的作用。因此，在一定條件下，噴灰量越大，水泥土的強(qiáng)度就越高。在這種情況下，可以在水泥中摻入溶于水的鈣鹽來提高水中Ca2+的濃度，并且不消耗土中的自由水。實(shí)驗(yàn)表明摻入3%～〔3〕。 Rk=ηApqu　(η=) (1)(2)式中：Rk為單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；η為強(qiáng)度折減系數(shù)；Ap為樁截面積(m2)；qu為與攪拌樁配比相同的室內(nèi)加固土試塊90 d(天)齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的平均值(kPa)；D為加固樁直徑(m)；fs為樁端天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；α為折減系數(shù)。 下面筆者通過工程實(shí)例來分析如何選擇合適的單樁承載力，以便使其既達(dá)到荷載要求，又降低工程造價的目的。其工程地質(zhì)條件如表1所示。表1 工程地質(zhì)條件表層號名　　稱狀態(tài)平均厚度/m含水量/%濕度承載力標(biāo)準(zhǔn)值/kPa壓縮模量/MPa粉噴樁側(cè)阻力/kPa1雜填土松散　　　　　21粘土可塑　濕130　　822淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土流塑　飽和　70　　423粉細(xì)砂稍密　飽水1501424中砂中密未揭穿　飽水18018(2)某教學(xué)樓粉噴樁工程 m，要求復(fù)合地基承載力達(dá)到160 kPa。同樣，根據(jù)(1)，(2)，(3)式可得出中對應(yīng)于不同單樁承載力的諸設(shè)計(jì)參數(shù)(表4)。其工程地質(zhì)條件如表3所示。表3 工程地質(zhì)條件表層號名稱狀態(tài)平均厚度/m含水量/%濕度承載力標(biāo)準(zhǔn)值/kPa壓縮模量/MPa粉噴樁側(cè)阻力/kPa11雜填土致密12以粘土為主的素填土軟—可塑飽和82421粘土可塑飽和110622粉質(zhì)粘土可塑飽和13283粉砂中密未揭穿飽水18018表4 對應(yīng)于不同單樁承載力的設(shè)計(jì)參數(shù)表單樁承載力/kN樁體強(qiáng)度/MPa樁長(有效)/m置換率/%對應(yīng)于100 kN時置換率的樁長/m對應(yīng)于100 kN時樁長的減少/%A樓B樓C樓A樓B樓C樓A樓B樓C樓A樓B樓C樓6080100120+++ 注意事項(xiàng)根據(jù)樁受力特征來選擇單樁承載力對復(fù)合地基而言，在上部荷載作用下單樁最大軸向力在5～6倍樁徑范圍內(nèi)。比如A樓地基表面是fk=130 kPa的低含水量土層， MPa，就沒什么意義。而對于C樓(fk=82 kPa)的飽和軟粘土， MPa，則需要較大費(fèi)用。B樓80～120 kN。(2)注重經(jīng)濟(jì)效益分析A樓：對Rdk=100 kN的單樁承載力而言，Rdk=60 kN和Rdk=80 %%的工作量，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。當(dāng)表層有一層fk=130 kPa的粘土(含水量少)時， MPa，則只需增加3%～4%的費(fèi)用。因此在設(shè)計(jì)時，選取Rdk=120 kN的單樁承載力更合理。同時42%的置換率使樁的分布相當(dāng)密，使下臥層的應(yīng)力嚴(yán)重重疊，從而使建筑物沉降過大，故不可取。C樓：當(dāng)Rdk=60 kN時，從工作量看，顯然不經(jīng)濟(jì)。 MPa，也得增加5%～6%的費(fèi)用，因此從經(jīng)濟(jì)上講，兩者差不多。(3)根據(jù)下臥層的受力情況選擇單樁承載力我們知道，單位面積的樁數(shù)越多，下臥層土的應(yīng)力重疊越嚴(yán)重，群樁效應(yīng)就越明顯。因此對C樓應(yīng)選擇單樁承載力Rdk=100 kN更合適。(2)應(yīng)在這個合適的單樁承載力范圍內(nèi)，選用不同承載力的幾個設(shè)計(jì)方案確定其工作量，經(jīng)過比較分析，選擇最優(yōu)的一個或幾個方案。第五章隨著改革開放的深入和國家“九五”計(jì)劃的實(shí)施，在軟土地基上建造高層建筑、港口碼頭、公路、鐵路和大型工業(yè)設(shè)施等工程日益增多，軟土地基加固技術(shù)越來越受到廣大工程技術(shù)人員的重視。這種方法適用于加固軟土特別是淤泥類土，經(jīng)過處理后的土體壓縮性明顯減小，抗側(cè)向變形能力有所提高，特別是對于處于橋頭部位的軟土，經(jīng)粉體噴射攪拌樁加固處理，可明顯防止軟土對橋臺樁基的側(cè)向擠壓作用，而且軟土的固化時間較短，沉降穩(wěn)定所需時間較少，適應(yīng)于快速施工要求。江蘇公路工程采用粉體噴射攪拌樁處理軟土地基始于滬宜公路一座大橋。 粉噴樁處理軟基的適應(yīng)性 粉體噴射攪拌樁適用于軟土地基天然含水量在35％～70％。大量試驗(yàn)證明，地基土的含10％，強(qiáng)度可提高30％以上。對于有機(jī)質(zhì)含量較高的軟粘土，用粉體噴射攪拌樁處理的軟土地基的強(qiáng)度較低，且沉降量一般也比較大，應(yīng)慎重對待。水泥的各種水化物生成后，有的自身一定活性的粘土顆粒發(fā)生離子交換、團(tuán)?；饔谩⒂材磻?yīng)和碳酸化反應(yīng)，生成新的化合物，從而提高樁土的強(qiáng)度，因此要求有一定的水泥噴入量。當(dāng)摻入比小于5％時水泥與土的反應(yīng)過弱，固化程度偏低，強(qiáng)度就不能滿足設(shè)計(jì)要求，因而在實(shí)際工程中水泥摻入量大于5％才能取得處治的效果。還應(yīng)當(dāng)注意的是用粉噴樁處理軟土層時，若樁未穿透軟土層，會造成未處理部分軟土層的沉降量增加，沉降速度變慢。粉噴樁處理軟土地 粉噴樁設(shè)計(jì)的概況 粉體噴射攪拌樁所形成的樁柱體在無側(cè)限的情況下，也可保持直立和一定的抗壓強(qiáng)度，它與砂樁、石灰樁等柔性樁有本質(zhì)區(qū)別；在軸向力作用下，它又有一定的壓縮性，特別是當(dāng)樁身強(qiáng)度很低時，就可能產(chǎn)生較大的壓縮變形，這與混凝土樁等剛性樁又有所區(qū)別。即樁身強(qiáng)度越高，其性質(zhì)越接近剛性樁；反之則越接近柔性樁。為了便于施工必須進(jìn)行場地整平，一般采用大面積填土，這種新填土的自重固結(jié)沉降對剛性樁來說必將產(chǎn)生不可忽視的負(fù)摩阻力，但對攪拌樁來說，由于粉體噴射攪拌樁變形模量比剛性樁低得多，受荷后樁本身有一定壓縮量，樁與樁間土能同時下沉，所以回填土的固結(jié)不致在攪拌樁側(cè)壁產(chǎn)生較大的負(fù)摩阻力。粉體噴射攪拌樁加固軟土地基，設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)特點(diǎn)和各路段對沉降的要求，采用不同的樁距和長短樁相結(jié)合等不同的加固形式，以達(dá)到調(diào)整沉降量和節(jié)省材料、縮短軟土地基處理建設(shè)工期的目的。大量的粉體攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)端下未加固土層的壓縮變形根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算，將兩者相加即可計(jì)算出粉體噴 粉噴樁的施工粉體噴射攪拌樁施工場地事先應(yīng)予平整，必須清除地面上大于10cm的石塊、樹根、生活垃圾等一切障礙。由于粉噴樁樁體強(qiáng)度和質(zhì)量與多種因素有關(guān)，因此施工前，首先要在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)條件下制備水泥土試件，進(jìn)行不同齡期強(qiáng)度試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，如達(dá)不到設(shè)計(jì)要求應(yīng)調(diào)整水泥劑量，滿足實(shí)際工程需要。成樁試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到下列要求：(1)滿足設(shè)計(jì)水泥噴入量的各種技術(shù)參數(shù)；(2)水泥攪拌的均勻程度，掌握下鉆及提升的困難程度，確定合理的技術(shù)處理措粉噴樁長度，禁止在尚未噴灰的情況下進(jìn)行鉆機(jī)提升作業(yè)，每根樁成樁結(jié)束后應(yīng)及時檢查水泥的噴入量。施工現(xiàn)場每批水泥應(yīng)進(jìn)行抽檢，滿足設(shè)計(jì)要求的水泥才允許投入工程使用，嚴(yán)禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變性的劣質(zhì)水。所有打設(shè)的粉噴樁其偏斜度不得大于5％的樁長，樁位偏差一般不得大于10cm，樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得小于設(shè)計(jì)中規(guī)定的要求。這種軟土地基處理方法對于加固軟粘土特別是淤泥類土，加固效果較顯著，加固后可很快投入使用，例如這種軟土基加固方法是一種不經(jīng)濟(jì)的處治方法。這些都有待于進(jìn)一步研究和探索，使粉體噴射攪拌樁處理軟土地基技術(shù)更好地為交通建設(shè)服務(wù)。在深層攪拌法中，固化劑的注入有兩種形式，一是漿液灌注，二是粉體噴射。粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡稱，其加固地基的機(jī)理在于固化劑與原位土充分混合后，由于固化劑吸收周圍土層中的水分而發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使混合樁體凝結(jié)硬化，既提高了自身的強(qiáng)度，又穩(wěn)定了樁周圍土層，從而使天然的軟土地基改變成優(yōu)質(zhì)的復(fù)合地基，大大提高了地基的承載能力。從水泥與軟土的物理化學(xué)反應(yīng)過程分析，水泥與原位土攪拌越充分，混合越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)的離散性越小，地基的總體強(qiáng)度也越高。（1）加固工藝合理。（2）施工簡單、技術(shù)可靠。制樁原料除原位土外，僅有適量的固化劑便可。（4）施工工期短，進(jìn)度快。（5）保護(hù)環(huán)境。 粉噴樁雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用上還有一些限制。而下臥軟弱土層壓縮變形量的確定，可以假定粉噴樁群體形成一種實(shí)體深基礎(chǔ)，按雙層地基計(jì)算該實(shí)體深基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，然后再進(jìn)行下臥軟弱土層壓縮變形量的計(jì)算。但有些學(xué)者卻持相反觀點(diǎn)。（2）相對于國外多種多樣、五花八門的粉噴樁施工機(jī)械設(shè)備而言，國內(nèi)的機(jī)械設(shè)備可以說是品種單一、類型雷同，這直接制約了粉噴樁的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。又如在樁長的確定上，理論上以穿透軟土層為最佳，但國內(nèi)配套鉆桿長度絕大多數(shù)都在15m以內(nèi)、12m左右，因此在應(yīng)用粉噴樁時，都以下臥軟土層的厚度不超過上述長度為選擇依據(jù)之一，如果下臥軟土層的厚度超過上述長度，則一般可以不考慮采用粉噴樁，轉(zhuǎn)而采用其他的軟基處理方法如塑料排水板等。軟弱土基下為承載力較高的卵礫石層。圖1　橋頭路基粉噴樁處理示意設(shè)計(jì)采用425＃普通硅酸鹽水泥作為固化劑，樁直徑為50cm，噴粉量45kg?m，樁體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求大于750kPa，樁長10m，平面布置為梅花形。這樣設(shè)計(jì)的目的是使橋頭路段與一般路段之間有一個過渡，防止沉降的突變。成樁16d和28d時，分別取芯進(jìn)行了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表表表4。但問題是如何在有限的投資內(nèi)使粉噴樁的施工質(zhì)量能夠得到保證并有所提高。從表3看出：上層試件和中層試件的強(qiáng)度增長均相當(dāng)緩慢，平均增長速率為4．2kPa?d，不及下層試件的強(qiáng)度增長速率。從試件描述及評價來看，樁身自上往下，其含灰量和固結(jié)程度均呈下降趨勢，且芯樣可采率越來越低。綜合施工情況和對抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)報告的分析，認(rèn)為問題的關(guān)鍵并不在于提高多少噴粉量，而在于每延米噴粉量的控制和復(fù)合土的攪拌均勻程度上。在設(shè)計(jì)方面也同時調(diào)整樁長至14．5m以充分適應(yīng)設(shè)備的鉆進(jìn)能力。圖2為2＃樁噴粉曲線，其鉆進(jìn)深度14．5m，?；疑疃?．5m，復(fù)攪深度8．6m。成樁36d時，取芯進(jìn)行了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表表表7。試驗(yàn)結(jié)果：最大試驗(yàn)荷載為260kN，對應(yīng)的沉降量為20．35mm，完全滿足設(shè)計(jì)提出的160kN要求。（2）國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017—96）和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ071—98）規(guī)定按2％頻率檢查樁距和樁徑，根據(jù)施工記錄檢查樁長、豎直度和單樁噴粉量， 工程檢測方案根據(jù)省內(nèi)外其他幾條公路的檢測實(shí)例來看，上述規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容已不適應(yīng)當(dāng)前公路建設(shè)的實(shí)際需要。因此，必須對規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容加以修改和補(bǔ)充。該方案對規(guī)范進(jìn)行修改和補(bǔ)充的主要內(nèi)容如下。不合格率超過10％時，應(yīng)擴(kuò)大檢測范圍按相同頻率繼續(xù)檢測。（2）在大橋、特大橋兩端橋頭各做兩處靜載荷試驗(yàn)。同時對每個施工標(biāo)段有代表性區(qū)域進(jìn)行天然地基的靜載荷試驗(yàn)。 提高粉噴樁樁身強(qiáng)度的關(guān)鍵在于每延米噴粉量的控制和復(fù)合土的攪拌均勻程度，應(yīng)要求施工單位配備能自動記錄每延米噴粉量的電腦設(shè)備，同時在規(guī)范要求深度以外對樁身進(jìn)行復(fù)攪。 若有每延米噴粉量的施工記錄，則粉噴樁的樁身強(qiáng)度檢測頻率可適當(dāng)降低，這樣既可加快工程進(jìn)度，又可減少工程