1、UDC P TB 中华人民共和国行业标准TB 10113-96 粉体喷搅法加固软弱土层技术规范Technical code on dry jet mixing method to stabilize soft foundation 1996-2-26发布1996-4-1实施中华人民共和国铁道部发布粉体喷搅法加固软弱土层技术规范条文说明本条文说明J束对规范重点条文的编制依据，存在问题以及在执行中应注意的事项等予以说明。为丁减少篇幅，只列条文号，未抄录原条文。1. O. 2、2.1.1水泥A般适用于淤泥质t、粘性七、粉士、素填主(包括吹填土)、杂填土、饱和黄土、中粗砂、砾砂等地基加固。根据宝内试验
2、，般认为用水泥作加固料，对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软主加固效果较好;而对含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性t以及有机质含量高，pH值较低的粘性主加国效果较差。石灰一般适用于粘土颗粒含量大于20%，粉粒及粘粒含量之和大于35%，粘士的塑性指数大于10，液性指数大于0.7，士的pH值为48，有机含量小于11%，士的天然含水量大于30%的偏酸性的土质加固。在粘粒含量不足的情况下，可以添加粉煤灰。当pH值小于7时，掺入百分之几的石灰，通常pH值就会大于12。受机械设备的限制，国内施工机械加固深度大于15m时，喷粉量难以保证。故规定加固深度不宜大于15m。3. 1. 1 采用粉喷
3、加固软弱土层应收集的资料说明如下:(1)粉喷技术作为一种新的地基处理方法，它的选择合理与否很大程度上取决于工程地质条件。一般应有下列土的物理、力学性指标z天然密度，含水量，比重，塑、液性指数，塑、液限，粘聚力，内摩擦角，无侧限抗压强度，压缩系数及土的承载力，变形模量。砂性土应进行颗粒级配分析。特别注意士的粘粒含量及对加固料有害的土中离子种类及数量，如SOL、Cl等。23 (a)饺式加固(c)格子式加固(b)壁式中加固Cd)块体式加固按加固断商形状的分类软弱后(a)承力层支承式持力层(b)非承力层支承式按支承形式的种类说明围3. 1. 1-1 24 防止填土等的滑动破坏、减小沉陷增加基础抗水平抵
4、抗力挖方披面的稳定防止高填土的滑动破坏防止桥台背的滑动破坏、减少沉降防止对邻近结构物产生不良影响适用例说明图3.1.1-2 结构基础防止基坑隆起减少板桩埋入长度防止地下埋设物的沉陷25 (2)建筑物上部结构与基础是一个统一体。上部结构的荷载大小及分布直接影响到地基处理的方法及型式。常用的加固方法及型式如说明图3.1.1-12o(3)加固料费用占粉喷技术加固总费用的50%.所以加固料选用应就地取材，减少运输、保存等方面费用开支，降低工程造价03.1.2 为了研究不同类型软弱土用石灰加固的效果，铁道部第四勘测设计院曾先后选择了我国南方两处有机质含量较高，及中南地区一处有机质含量一般的软士，事先按不
5、同的含水量，不同的加固料掺入量和不同的养护龄期制成试件，进行各种物理、力学性试验。结果表明:(1)加灰后软土的液性指数h随着含灰量的增加呈线性递减。当制备含水量小于50%时，加灰后的液性指数h很快小于零，而使士从原来的流塑状态进入半固态或固态，提高了土的强度(见说明图3.1.2-1)。内6FOaa句unURVPOaanFMAULLLL-UO队队队dH相拥划WR说明图3.1.2一1加灰后灰土的液性指数变化情况土样取自广东肇庆)26 20 养护28dilIJ备含水量=70%去15嗣10曾要回5 。3 6 10 石灰粉含量(%)15 说明图3.1.2-2加灰后灰土的压缩量变化情况(土样取自广东肇庆)
6、(2)在一定的稳定压力下，灰土的压缩量随着石灰粉含量的增加呈线性递减(见说明图3.1.2-2)。从说明图3.1.2-2可看出，当加灰量为15%.稳定压力i.lP=Q. 3MPa时，其压缩量减少近三倍。(3)加灰后软士的压缩系数av减小，侧限变形模量Eo增大(见说明表3.1.2-1)。P=o. lO. 3MPa加灰后灰土的压缩系数也及侧限变形模量Eoav (kPa)-1 Eo(kPa) F气胃口UmAVAV-AV hu-句，AUEq -n4 AU (4)加灰后软土的无侧限抗压强度变化软士经过加固后，其强度一般用无侧限抗压强度来表示。取自广东某地的试样表明，其原状土的元侧限抗压强度为27kPa，加
7、入生石灰并掺拥少量石膏后，灰土的无侧限抗压强度明显提高。不同龄期下其无侧限抗压强度qu见说明表3.1.2-2。27 加灰后士的无侧限抗压强度说明表3.1.2-2龄期qu (kPa) 7d 454 28d 785 90d 1309 (5)加灰后软士的抗剪强度指标C，五岁值崎千i明显提高，见说明表3.1.2-3。期-h-mu龄726灰土的抗剪强度指标天然地基8 说明表3.1.2-390d 330 35045 741 上述石灰土室内试验结果表明，软L采用石灰搅排)Jn罔后，只物理力学性质均有明显的改善。实践证明在提高地基承载力，减小地基沉降变形方面，其加固放果是肯定的。Brandl (1981) ，
8、Erans和Bell(l981)，Serra(l983)以及其他专家分别证明，加入生石灰通常能增加软土的渗透性。然而Terashi和Tanaka(983)曾观察到海相粘i二中掺入生石灰后，其渗透性反而减小。当采用水泥加固时，这种渗透性的减小是屉苦的。铁道部第四勘测设计院从广东某地取1:试验，粘土颗粒含量为49.63%的软士当掺入15%的生石灰后，其粘土颗粒含量降低至18.98%。证明软土加入生石灰后可使颗粒粗化，增加了土的渗透性。软士采用水泥加固形成的水泥土其物理力学性状及其影响因素分述如下。a.重度:由于拌入软土中的水泥数量较少，且与软土的重度相近，因此，水泥土的重度与天然软土的重度亦相近。
9、通常水泥土的重度仅比天然软i:大3%。故采用水泥土加固软1二地基时，其加固区对其下部未加固区不致产生过大的附加荷载，也不会产生较大的附加沉降。b.水泥土元侧限抗压强度一般为O.34. OMPa，比天然软土大几倍歪数百倍，其变形特性随强度不同而介F脆性体与弹塑28 性体之间。水泥士受力开始阶段，应力与应变关系基本上符合虎克定律，呈线性关系。当外力达到极限强度的70%80%时，试件的应力和应变关系不再保持直线关系。当外力达到极限强度时，对于强度大于1.5MPa的水泥土则很快出现脆性破坏，破坏后残余强度很小，此时轴向应变约为O.8%1. 2%;对于强度小于1MPa的水泥土则表现为塑性破坏。c.水泥土
10、的抗拉强度随抗压强度的增长而提高。:当水泥士的抗压强度qu=O.54. OMPa时，其抗拉强度严O.1 o. 7MPa ,J:!p t=(0.150. 25)quo d.用高压三轴仪进行水泥土的剪切试验表明:水泥土的抗剪强度随着抗压强度增加耐提高。吁qu=O.54. OMPa时，其粘聚力c=0.11.1MPa，即c=(0. 200. 30)qu;其内摩擦角正当一般为200300;试件破坏时，真剪切面与最大主应力面夹角约600。e.当水泥土抗压强度qu=O.34. OMPa时，其变形模量E50=40600MPa。即Eso=(l20150)quo 3.1.3 水泥、石灰等加固料加固土体后其标准强度
11、采用90d龄期的试块强度。一般情况下，水泥土的旧，28d强度间有下列近似关系zqU(28d)句1.49qu(7d) ;qu(90d):. 97q叫7d);qu(90d)句1.33qu(28d) 但试验资料表明，90d龄期后其强度依然有所增长，日本研究的结果为:普通硅酸盐水泥:如5的=1.3q咐盹;矿碴水泥:qu(5a) = . 8qU(9仙。3.1.6 粉喷桩的平面布置在垂直受力条件r，往往布置成柱状;在侧向受力条件下，因粉喷桩抗剪、抗拉强度较低，往往布置成壁状或格栅状。3.1.7 粉喷桩不是桩基，桩间J!.没有严格的约束。可只在基础平面内布桩，不设护桩，但周围建筑物对其有影响时(包括应力扩散
12、29 及沉降变形)，应在基础外侧设置隔离桩，以消除附加应力及负摩擦的影响。3.1.8 粉喷桩的长度，一方面要满足强度计算要求，另一方面尚须满足变形计算要枣。对于变形来说，增加桩长，对减少沉降变形是有利的。实践证明，若粉喷桩能穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层，则沉降量是很小的。但对稳定性来说，粉喷桩的长度应由危险滑弧的位置决定。3.1.9 当加固料为水泥时，矿渣水泥试块的前期强度低于普通水泥试块，而后期强度却正相反。所以从经济及后期强度方面考虑应用矿渣水泥。水泥标号一般用325号及425号。国外对生石灰的要求是:(l)CaO总含量大于90%;(2)活性CaO含量大于85%90%; (3)生石
13、灰颗粒不小于67目含量犬于99%;大于168日含量90%93%。我国石灰的CaO含量一般为70%80%，根据使用经验，其生石灰掺入量为湿土重的10%-15%。水泥掺入量实践及室内试验表明，当掺入量低于8%时，其加固效果较差。故取被加固湿土重的10%-15%。3. 1. 10 国产GPP-5，GPP一7型粉喷钻机标准搅拌翼直径均为500mm。主要由钻机的设计扭短所控制。当土质较软时，可以配用500700mm直径钻头。3.2.1 单桩承载力由桩身强度和土对桩的支承力决定。两者取其小者。在式3.2.1-2中，考虑到粉喷桩端部喷粉量较小，且原状土已被扰动，故不计粉喷桩端部的支承力。但对长度小于10m的
14、桩，则应计及粉喷桩端部的支承力。3.2.2 根据桩身强度及桩周摩阻力两者所提供的支承力相近的原则，这仅仅是指强度方面的考虑。例如当桩身强度为1.6MPa，守取0.35，桩直径为50cm时，按式3.2.1-1得PJ1l2kN。满足这一要求由式3.2.1一2取fi为7kPa计算所得的桩长约为10mo故30 从桩强度方面考虑，桩长由桩身强度控制。但当软弱土层较厚，从减少地基的沉降量方面考虑，桩应设计较长，原则上，桩长应穿透软弱土层到达下卧强度较高之士层。3.2.3 复合地基承载力按3.2.3-1式计算。这公式是从垂直方向力的平衡条件导出的。当在复合地基的表面有荷载时，粉喷桩的压缩性比桩周软士的压缩性
15、小。在变形协调的条件下，粉喷桩上产生应力集中现象。其桩、土应力分别按下式计算:p=。.!-p 8=。民的=n/口十(n-1) a.Jl 民=1/1 + (n- 1) a.J说明图3.2.6-335 3.2.7 粉喷桩平面布置一般成格栅状或连续墙，使桩、土组成一种士挡墙1JH作基坑的侧向支护。利用水泥土的低透水性，设计成防渗帷幕。3.2.8 设计者往往将粉喷桩理解为桩萃，因此要求其像刚性桩那样，在桩长范围内强度一致，而且桩强度越高越好。这是违反复合地基基本假设的。我们认为粉喷桩的设计!但使其符合附加应力传递的规律，上部桩身强度较高，下部桩身强度可稍低，不必强求桩身强度的一致性。桩身强度亦不宜太高
16、。应使桩身有一定的变形量，这样才能促使桩问t强度的发挥。否则就不存在复合地基，而成为桩幕r。4. 1. 1 施工技术资料的准备说明如f:(1)施E场地的地质资料，施工前应有7d龄期的配方试验资料，以验证设计参数。(2)测量资料用以控制粉喷桩的桩顶高程及桩长。(3)详细了解设计意图、对施工的有关要求。4.1.2 施工场地的准备说明如下:(1)施工机械进出场地的道路及桥梁要求，必须满足lOt加长卡车及lOt吊机的走行要求。(2)每台粉喷施工机械的总用电负荷为50kW。(3)地F、地表障碍物必须拆除。地F障碍物，例如大石块、树根、地下管线使粉喷钻机无法下钻，甚至损坏钻头。粉喷钻机井架高1620m，离
17、开高压线的距离应符合安全规定。(4)粉喷钻机在场地仁走行的接地压力为34kPa，当场地土质较差时，应铺设施工垫层。4. 1. 3 加固料的进场、使用、保管必须设有专人负责，并应有防雨的料库。严禁受潮、结块、变质的加固料投入使用。4.2.1 本条为一般的施工流程，其关键E序为钻机准确定位及调平;控制钻孔深度提喷粉、停粉时间、喷粉最具复搅长度。4.2.2 工艺性试桩的目的是:36 (1)提供满足设计喷粉量的各种操作参数。例如管道压力、灰罐压力、钻机提升速度、喷粉机转速等。(2)验证加固料的搅拌均匀程度及成桩直径。(3)了解F钻及提升的阻力情况，并采取相应的措施。4.2.3 施工中必须注意F列几点:
18、(1)加固料从料罐到喷灰门有-定的时间延迟，严禁在没有喷粉的情况进行钻机提升作业。(2)竖持逐桩检查加固料的喷入量，并严加控制。(3)定时检查成桩直径及搅拌的均匀程度。(4)粉喷桩桩长大f10m时，其底部喷粉阻力较大，应适吁减慢钻机提升速度，以确保加固料的设计喷入量。(5)钻头提升歪地面以F50cm时，喷粉机即应停止喷粉，是为了防止污染环境。5.1.1 粉喷桩属地F隐蔽王程，施工质量受人为影响的因素很多，对其事后检测亦较困难。因此，每道工序、每个操作环节都必须加强质量意识，把施工质量控制在施王的全过程。5.1.2 本条措施属自检范围。各施工机组应对成桩质量随时检查，及时发现问题，及时处理。开挖
19、检查仅仅是浅部桩头部位，日测其成桩大致情况，例如成桩直径、搅拌均匀程度。5.2.1 成桩7d内采用轻便触探CN10)方法检查桩身强度。触探点的位置一般取桩径的1/4处。当贯入100mm击数Nw小于10击的视为不合格。5.2.2 采用该法可以比较直观地得出桩体强度及变形特性参数。在沪宁高速公路、沪嘉高速公路等地基处理工程中的大量实践证明，该法是种较好的检测方法。其缺点是检测深度受到限制。深度超过2m时，桩体挖掘比较困难。在瑞典利用大型取样筒可以把整个桩体取上来，目前国内尚没有该设备。5.2.3 小应变动测法对粉喷桩进行桩长及桩体均匀性的检测是37 可行的，但目前只能定性检查。在定量方面尚须进一步积累粉喷桩桩体材料与波速之间的相互关系，铁科院在这方面做了大量有益的工作。5.2.4 在保证取岩芯质量的前提下，可采用钻探取岩芯。但该法取岩芯的工艺是关键，往往因水冲或干钻取的均为破碎岩芯，造成假象。5.2.5 复合地基载荷试验是检测粉喷桩加固效果最可靠的方法之一。但往往因试验费用高，且检测深度受承压板宽度限制。故只在重要工程或有特殊要求的工程中采用。38
