地基土层与含水率变化对湿喷桩成桩质量的影响

2015-07-14 147 0

核心提示：湿喷桩复合地基常用以应对地质条件不是很理想的松软地基，因此本文将探讨地基土层与含水率变化对湿喷桩成桩质量的影响，为高速公路建设提供理论上的帮助。

前言
　　湿喷桩复合地基在高速公路软基建设之中比较常用，对地质条件比较恶劣、公路建设比较困难的地区的施工作业完成具有重要的促进作用。湿喷桩的形成是通过地基土与水泥浆进行混合，并进行相应的搅拌之后得到的成桩，湿喷桩成桩的质量会受到诸多因素的影响，从而影响高速公路建设的质量。必须对湿喷桩成桩质量影响因素进行细致的研究，才能在高速公路建设的实践之中起到积极的促进作用。
　　1 湿喷桩成桩质量影响因素分析
　　我国的高速公路分布广泛，在各个不同的区域都有建造，但是由于我国幅员辽阔，地质条件极为复杂，在不同的区域，高速公路的建造方法也存在一定的差异[1]。湿喷桩复合地基在我国沿海地区应用比较广泛，在内陆河流、湖泊分布比较广泛的地区使用情况也较多。因为这些地区的土层之中含有较大的水分，并且透水性不好，但是却具有很强的压缩性，在这样的地质条件下对高速公路进行建设，必须对地基建设进行注意，可以说这些地区的高速公路建设，地基建设既是基础也是关键。在地质条件较差的情况下，地基处理不当将会对高速公路带来严重的损失，在长期的运营过程中会出现总体沉降的情况，影响高速公路的正常使用，甚至对人民群众的生命财产安全造成严重威胁[2]。
　　湿喷桩复合地基的使用可以在很大程度上解决高速公路在建设中遇到的这种问题，但是湿喷桩成桩的质量也会受到很多因素的影响。通常可以将影响湿喷桩成桩质量的因素分为三类，一种是软土特性对其的影响，一种是固化剂对其的影响，最后一种是施工工艺对其质量的影响。软土特性是湿喷桩成桩质量比较主要的影响因素，其中土的含水量、有机质含量、塑性指数以及酸碱值等指标因素都会对湿喷桩成桩质量产生影响[3]。在湿喷桩成桩进行搅拌的过程中，需要在其中添加一些固化剂，保障湿喷桩的强度，在添加的固化剂之中，水泥的掺入比例、水泥标号以及不同的外掺剂都会对湿喷桩成桩质量造成一定程度的影响，主要影响湿喷桩成桩的强度。湿喷桩的施工工艺对成桩质量的影响较大，搅拌工艺对湿喷桩成桩的均匀度和密集度将产生很大的影响，在搅拌过程中，为了提高湿喷桩成桩的整体强度，通常会采用复搅的方法，对其进行反复、均匀的搅拌，避免对其质量产生影响[4]。由于湿喷桩成桩质量的影响因素较多，本文只对地基土层与含水率变化因素进行研究。
　　2 地基土层对湿喷桩成桩质量的影响
　　许多地区的地质条件之中具有粘土层、软土层等多种不同的土质结构，在这样的地质条件之下对高速公路进行建设，需要对地基处理进行深入的研究。可以采用原位试验和室内试验的方式来分析地基土层对湿喷桩成桩质量的影响。
　　2.1 原位试验分析
　　对地基断面打设的湿喷桩进行原位试验，可以通过比较轻便的触探试验来检验土层发生变化时对湿喷桩的影响，也可以采取标准贯入试验的方法检查湿喷桩成桩使用初期的强度变化。轻便触探试验是在湿喷桩不同深度分别进行触探数据的采集，分析土层变化对湿喷桩成桩质量的影响[5]。试验采集的数据显示，在土层变化处，湿喷桩成桩的初期强度发生了明显的变化，但并不是呈对称分布。通常在离地面较近的亚粘土层之中，湿喷桩成桩的质量变化较小，在下方的淤泥质粘土层之中，对湿喷桩成桩的质量影响则比较大。在上覆的亚粘土层之中，处于土层分界面位置的湿喷桩成桩强度呈现最低值，只有原强度的20%左右，但在下伏土层的边界位置，湿喷桩成桩的质量反而会增强，由此可见土层对湿喷桩成桩的质量强度具有很大的影响。
　　2.2 室内模型试验分析
　　室内模型试验的方法是通过对实际高速公路建设中的地基土层进行模拟，在试验箱之中对湿喷桩成桩过程进行模拟分析，找到土层变化对湿喷桩成桩的影响[6]。室内模拟系统需要根据所模拟的高速公路地质基本情况进行设计和制作，根据量纲分析法的定理原理设计而成，其中加入了湿喷桩成桩原理以及成桩工艺方面的设计，以此对湿喷桩和粉喷桩的成桩过程进行模拟。室内模拟系统通常包括一些主体部分和相应附件组成，主体有模拟箱体、模型打桩机、模型装机轨道、注浆机等。
　　本文以连盐高速公路之中的盐城段区域为例，对其土层分布情况进行模拟，在地基部分进行双层地基土设置，观察在实际湿喷桩成桩的过程中，地基土层对湿喷桩成桩质量的影响。地基土层设置中，将下层设置为粘土层，而上一层设置为粉土层，在试验箱之中对两种土层之中的湿喷桩成桩情况进行分析，得到土层变化对湿喷桩成桩质量所产生的影响。
　　准备工作完成之后，在模型地基中打设湿喷桩，并在不同的天龄对湿喷桩成桩的强度变化进行取样，通过数据分析可以发现，在无侧限抗压强度试验的情况下，湿喷桩成桩在粘土层之中比在粉土层之中的强度要大很多，通常会超出0.03～0.04MPa。通过对比分析可以发现，不同的土层对湿喷桩成桩的质量具有很大的影响[7]。
　　湿喷桩需要通过对土质与水泥浆进行混合搅拌才能形成，在施工过程中，水泥之中的矿物质会与软土之中的各种矿物质或者有机物进行反应，在物理反应的基础上，形成一定的化学物质，这些化学物质的结构与湿喷桩成桩的强度具有很大的关系。在湿喷桩成桩的施工过程中，化学反应的进行情况在一定程度上决定了湿喷桩成桩的强度，所谓强度的增长性，就是指湿喷桩成桩强度会在化学反应的进行过程中逐渐增强。
　　通过生长曲线的设计可以对湿喷桩成桩的强度变化进行分析，随着湿喷桩成桩天龄的增加，强度也不断增强，达到一定反应程度之后，湿喷桩成桩的强度将不再发生明显的变化。在温度为20℃时，湿喷桩成桩的强度比较容易形成。通过对比分析可以发现，湿喷桩成桩强度的增长在两种土层之中没有太大差异，在实际的湿喷桩施工过程中，需要对成桩时间进行延长，才能保障湿喷桩成桩的质量。
根据土层对湿喷桩成桩质量的影响，在对湿喷桩的施工过程中，可以通过施工工艺在土层交界处的湿喷桩质量进行加强，比如对其采用多样化搅拌的方式，将湿喷桩的均匀度提高，从而提高湿喷桩成桩的质量，避免地基土层对湿喷桩成桩质量的影响。
　　3 含水率变化对湿喷桩成桩质量的影响
　　研究含水率对湿喷桩成桩质量的影响，可以采取单一土质进行研究，在相同的土质情况下，研究含水率的变化对湿喷桩成桩质量是否具有影响。在不同的湿喷桩龄期，分别对其进行采样观察，通过数据分析得到湿喷桩复合地基在什么情况下的含水率最优。通过单轴抗压试验得出的数据显示，含水率与湿喷桩成桩的强度具有较大的影响，根据养护龄时间的长短，含水率对湿喷桩成桩强度的影响逐渐加大[8]。在含水率比较固定的情况下，养护龄逐渐增长，湿喷桩成桩的强度会首先进行快速的增长，之后放慢增长速度，湿喷桩成桩的强度值趋于正常的强度标准，并保持稳定不再发生明显的变化。在土质含水率在25%以下或者75%以上时，湿喷桩桩身的强度会明显减弱，在含水率为30%到45%之间时，湿喷桩桩身的强度最强，可见，含水率的不同对湿喷桩成桩的质量具有较大的影响。湿喷桩成桩的强度将影响湿喷桩复合地基的质量，湿喷桩成桩强度较低时，地基的质量也会明显下降，当湿喷桩成桩的强度可以明显加强时的含水率可以称为最优含水率。
　　在湿喷桩成桩形成过程中，湿喷桩在形成初期受到含水率的影响比较小，湿喷桩桩身的强度不会随着含水率的变化发生明显的波动，但是在龄期逐渐增加的过程中，湿喷桩桩身强度会随着含水率的变化受到越来越大的影响。通常地基土质的含水率在30%到45%之间时，湿喷桩桩身的强度会达到正常标准，在养护龄增加的情况下，湿喷桩桩身的标准值会随之发生变化。
　　在对高速公路湿喷桩复合地基进行处理时，需要对地基的含水量进行控制，找到湿喷桩成桩的最优含水率，在湿喷桩成桩施工过程中对土层含水率进行相应的调节。在地基的含水率低于最优含水率时，湿喷桩桩身的强度将会下降，含水率越低，湿喷桩桩身强度也会随着数值变化呈现明显下降趋势，所以，需要对地基的含水率进行相应的调节，提高湿喷桩成桩的质量。
　　4 结语
　　湿喷桩复合地基在高速公路建设中具有十分重要的作用，可以在地质条件较差的地区发挥巨大的支撑效用。湿喷桩复合地基在施工过程中会受到不同因素的影响，降低湿喷桩成桩的质量，从而使高速公路的稳定性，避免出现总体沉降的情况。本文对地基土层和含水率变化对湿喷桩成桩质量的影响进行了分析，发现二者对湿喷桩成桩的质量都具有较大的影响，在湿喷桩成桩施工过程中需要特别注意，增加湿喷桩成桩的强度。

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