软土地基处理施工方法及质量要求

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软土地基处理施工方法及质量要求
一、挖除换填、抛石挤淤
表层分布厚度小于3m的软土时，可采用换填、抛石挤淤的方法进行处理。
换填是将原路基一定深度和范围内的淤泥挖除，换填符合规定要求的材料。换填时，应分层铺筑，逐层压实，使之达到规定的压实度。
    抛石挤淤是强迫换土的一种形式，它不必抽水挖淤，施工简便。抛石挤淤应采用不易风化的石料，片石大小随泥炭稠度而定。对于容易流动的泥炭或淤泥，片石可稍小些，但不宜小于30cm，且小于30cm粒径含量不得超过20％。
当软土地层平坦时，抛投应沿路中线向前抛填，再渐次向两侧扩展，使泥沼或软土向两侧挤出。软土地层横坡陡于1：10时，应自高侧向低侧抛投，并在低侧边部多抛投，使低侧边部约有2m宽的平台顶面。片石抛出软土面后，应用较小石块填塞垫平，用重型机械碾压紧密，然后在其上设反滤层，再行填土。
二、砂垫层或砂砾垫层
砂垫层为设置在路堤填土与软土地基之间的透水性垫层，可起排水的作用，可保证填土荷载作用下地基中孔隙水的顺利排出，从而加快了地基的固结。
砂垫层材料宜采用洁净中、粗砂，含泥量不应大于5％，并应将其中的植物、杂质除净。也可采用天然级配砂砾料，其最大粒径不应大于5cm，砾石强度不低于四级(即洛杉矶法磨耗率小于60％)。
摊铺后适当洒水，分层压实，压实厚度宜为15～20cm。如采用砂砾石，应无粗细粒料分离现象。砂垫层宽度应宽出路基边脚0.5～1.Om，两侧端以片石护脚或采用其他方式防护，以免砂料流失。
三、灰土垫层
当软弱土层的厚度在1～3m范围内时，也可考虑用灰土垫层来提高地基承载力，通常灰土为石灰土或二灰土(石灰粉煤灰)。
㈠石灰土垫层施工前必须对下卧地基进行检验，如发现局部软弱土坑，应挖除，用素土或石灰土填平夯实。
㈡施工时应将灰土拌和均匀，控制含水量，如土料水分过多或不足时应晾干或洒水润湿，以达到灰土最佳含水量。
㈢分层松铺厚度按采用的压实机具现场试验来确定，一般情况下松铺厚度应不大于30cm，分层压实厚度应不大于20cm。
㈣压实后的灰土应采取排水措施，3天内不得受水浸泡。灰土垫层铺筑完毕后，要防止日晒雨淋，应及时铺筑上层。
四、反压护道
反压护道是在路堤一侧或两侧填筑一定宽度和高度的护道，运用力学平衡原理，平衡路堤自重作用而产生的滑动力矩，以提高路基的稳定性。
用作反压护道填料材质及护道的高度、宽度应符合设计要求。反压护道施工宜与路基同时填筑，分开填筑时，必须在路堤达到临界高度前将反压护道筑好。
反压护道压实度应达到重型击实试验法测定的最大干密度的90％，或满足设计提出的要求。
五、土工合成材料加筋路堤
用变形小、老化慢的土工合成材料作为路堤的加筋体，可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降，又可以提高地基承载能力，同时也不影响排水，故可提高路基的整体性和稳定性。
土工合成材料应具有质量轻、整体连续性好、抗拉强度较高、抗腐蚀性和抗微生物侵蚀性好、施工方便等优点；非织型的土工纤维应具备当量孔隙直径小、渗透性好、质地柔软、能与土很好结合的性质。
应根据出厂单位提供的幅宽、质量、厚度、抗拉强度、顶破强度和渗透系数等测试数据，选用满足设计要求的土工合成材料。土工合成材料在存放以及施工铺设过程中应尽量避免长时间暴露或暴晒，以免其性能劣化。
土工合成材料加筋路堤施工时应符合以下规定：
㈠应在平整好的下承层上按路堤底宽断面铺设，摊铺时应拉直平顺，紧贴下承层，不致出现扭曲、折皱、重叠。在斜坡上摊铺时，应保持一定松紧度(可用U型钉控制)。
㈡铺设土工聚合物，应在路堤每边各留足够的锚固长度，回折在压实的填料面上，平整顺适，外侧用土覆盖，以免人为破坏。锚固长度应满足设计要求。
㈢应保证土工合成材料的整体性，当采用搭接法连接时，搭接长度宜为30～90cm；采用缝接法时，缝接宽度应不小于5cm；采用粘接法时，粘接宽度不应小于5cm，粘合长度应不低于土工合成材料的抗拉强度。
㈣现场施工中发现土工合成材料有破损时必须立即修补好。双层土工合成材料上、下层接缝应交替错开，错开长度不应小于0.5m。

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六、袋装砂井
采用一定的施工方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼，在孔眼中灌入砂袋即形成了袋装砂井。袋装砂井的主要材料是袋和砂，宜选用聚丙烯或其它适用的编织料制成袋，抗拉强度应能保证承受砂袋自重，装砂后砂袋的渗透系数应不小于砂的渗透系数。砂则宜采用渗水率较高的中、粗砂，大于0.5mm的砂的含量宜占总重的50％以上，含泥量不应大于3％，渗透系数不应小于5×10-3cm／s。
袋装砂井的主要施工机具为导管式振动打桩机，在行进方式上普遍采用的有轨道门架式、履带臂架式、吊机导架式等。
袋装砂井的施工工艺流程为：整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具定位→打人套管→沉人砂袋→拔出套管→机具移位→埋砂袋头→摊铺上层砂垫层。
袋装砂井施工的质量应符合以下规定：
㈠袋装砂井的井距、井长、井径及灌砂率均应符合设计规定，砂井的竖直度允许偏差为1.5％。
㈡砂袋灌入砂后，露天堆放应有遮盖，切忌长时间暴晒，以免砂袋老化。砂袋人井，应用桩架吊起垂直起吊，以防止砂袋发生扭结、缩颈、断裂和砂袋磨损。
㈢为控制砂井的设计入土深度，在钢套管上应划出标尺，以确保井底标高符合设计要求。拔钢套管时应注意垂直起吊，以防止带出或损坏砂袋，施工中若发现上述现象，应在原孔边缘重打；连续两次将砂袋带出来时，应停止施工，待查明原因后再施工。
㈣砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少30cm，并不得卧到。
七、塑料排水板
    塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体，或是由单一材料制成的多孔管道板带(无滤套)。
    芯板是由聚乙烯或聚丙烯加工而成的多孔管道或其它形式的板带，应具有足够的抗拉强度和垂直排水的能力。其抗拉强度不应小于130N／cm；当周围土体压力在15m深度范围内不大于250kPa或在大于15m范围内不大于350kPa条件下，其排水能力应不低于30cm3／s。芯板应具有耐腐蚀性和足够的柔性，保证塑料排水板在地下的耐久性并在土体固结变形时不会发生折断或破坏。
    滤套一般由无纺织物制成，应具有一定的隔离土颗粒和渗透功能，应等效于0.025mm孔隙，其最小自由透水表面积宜为1500cm2／m，渗透系数应不小于5×10-3cm／s。
    用塑料排水板处理软土的主要施工机具是插扳机，也可与袋装砂井打设机具共用，但应将圆形套管换成矩形套管。
    用塑料排水板处理软土的施工工艺流程为：整平原地面→铺设下层砂垫层→机具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割断塑料排水板→机具移位→摊铺上层砂垫层。
    施工质量应符合以下规定：
㈠施工现场堆放的塑料排水板应加以适当覆盖，以防暴露在空气中老化。
㈡插入过程中导轨应垂直，钢套管不得弯曲，施工中防止泥土等杂物进入套管内，一旦发现应及时清除，透水滤套不应被撕破和污染，排水板底部应有可靠的锚固措施，以免拔出套管时将芯板带出。
㈢塑料排水板留出孔口长度应保证伸入砂垫层不小于50cm，使其与砂垫层贯通，并将其保护好，以防机械、车辆进出时受损，影响排水效果。
㈣塑料排水板搭接应采用滤套内平接的方法，芯板对扣，凹凸对齐，搭接长度不小于20cm，滤套包裹，用可靠措施固定。
㈤塑料排水板的板长要求不小于设计值，板距容许偏差为-15～+15cm，竖直度偏差不大于1.5％。
八、砂桩
采用一定的施工方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼，在孔眼中灌入中、粗砂即形成了砂桩。砂桩顶面应铺设砂垫层，以构成完整的地基排水系统。用作砂桩的砂，其要求同袋装砂井，也可使用含泥量小于5％的砂和角砾混合料。
砂桩的施工机具有振动打桩机、柴油打桩机，其成型工艺有冲击式和振动式，桩管下端装有活瓣钢桩靴。
砂桩的施工工艺流程为：整平原地面→机具定位→桩管沉入→加料压密→拔管→机具移位。
砂桩的施工质量应符合以下规定：
㈠砂的含水量对桩体密实度有很大影响，应根据成桩方法分别符合以下规定：
1.当采用单管冲击法、一次打桩管成桩法或复打成桩法施工时，应使用饱和砂。
2.采用双管冲击法、重复压拔法施工时，可使用含水量为7％～9％的砂，饱和土中施工也可用天然湿砂。
㈡地面以下1～2m土层由于侧向约束软弱，不利成桩，应取超载投砂法，通过压挤提高表层砂的密实程度。
㈢桩体在施工中应确保连续、密实；在软弱粘性土中成型困难时，可隔行施工，各行中也可间隔施工。
㈣实际灌砂量未达到设计用量要求时，应在原位将桩管打入，补充灌砂后复打1次，或在旁边补桩一根。
㈤砂桩的桩长、桩径、灌砂量应符合设计要求，桩距允许偏差为-15～+15cm，竖直度偏差应小于1.5％。
九、碎石桩
    采用砾石、碎石等散粒材料，以专用震动沉管机械或水震冲器施工形成碎石桩，碎石桩与周围地基组成复合地基。粒料桩对地基有置换、挤密和竖向排水作用。
    碎石桩的填料应为未风化的干净砾石或轧制碎石，粒径宜为20～50mm，含泥量不应大于10％。一般可饮用水均可用于碎石桩的施工。
    施工前应按规定做成桩试验，记录冲孔、清孔、制桩时间和深度、冲水量、水压、压人碎石量及电流的变化等参数。经验证设计参数和施工控制的有关参数作为碎石桩施工的控制指标。
碎石桩的主要施工机具是振冲器、吊机或施工专用平车和水泵。其施工工艺的程序为：整平原地面→振冲器就位对中→成孔→清孔→加料振密→关机停水→振冲器移位。
碎石桩施工质量控制应符合以下规定：
㈠碎石桩施工应根据制桩试验成果严格控制水压、电流和振冲器在固定深度位置的留振时间。
水压视土质及其强度而定，一般对强度较低的软土，水压要小些；对强度较高的软土，水压宜大。成孔时水压宜大，制桩振密时水压宜小。水量要充足，使孔内充满水，以防塌孔。
应严格控制电压稳定，一般为(380±20)V。应控制加料振密过程中的密实电流，密实电流的规定值应根据现场制桩试验定出，宜为潜水电动机的空载电流加上10～15A，或为额定电流的90％左右；严禁在超过额定电流的情况下作业。
振冲器在固定深度位置的留振时间宜为10-20s。
㈡填料要分批加人，不宜一次加料过量，原则上要“少吃多餐”，保证试桩标定的装料量，一般制作最深桩体时填料偏多。每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时应继续加料，继续振实，严格防止“断桩”和“缩颈桩”的发生。
㈢施工时碎石桩的桩径、桩长、灌碎石量均应符合设计要求，桩距施工允许误差为±15cm，竖直度偏差小于1.5％。
㈣碎石桩密实度宜抽查5％，要求用重Ⅱ型动力触探测试，贯人量10cm时，击数不小于5次。
十、粉喷桩
㈠ 定义
    粉喷桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，也叫加固土桩。深层搅拌法是加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂(浆液状和粉体状)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地墓。粉喷桩就是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法。深层搅拌法具有施工工期短、无公害、施工过程无噪音、不排污、对相邻建筑物无不利影响等优点。
㈡ 适用范围
1.适用土质
粉喷桩最适合于加固各种成因的饱和软粘土，目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土。由于粉喷桩是将干的固化剂(水泥粉、石灰粉)拌入地基的，所以当软基中的含水量低于30％时，为了保证粉体的充分固化，必须在搅拌过程中加入适当水分，因此当选用粉喷桩时，土层的含水量宜大于50％。
2.加固深度
加固深度取决于施工机械的功率，国外某些加固软土的深度已达到60m；国内的施工机械的搅拌能力一般为30m，所以加固深度只能达到26～27m。
3.适用工程
由于采用水泥或石灰与软土充分搅拌后形成的复合体，其抗压强度比天然软土能够提高数十倍甚至数百倍，因此它与周围天然土层组成的复合地基可大大提高承载力、减少沉降量。因此粉喷桩能够应用于公路路基、机场、铁路、建筑物、堆料场、办公楼、住宅楼、水坝、港口等各种工程中。
㈢ 粉喷桩的施工
1.材料要求
可采用水泥、生石灰粉、粉煤灰等作为加固料，其质量规格应符合设计要求。
⑴生石灰
生石灰应是磨细的，最大粒径应小于2mm，石灰中应无杂质，氧化钙、氧化镁含量不应小于85％，其中氧化钙含量不应低于80％。
⑵水泥
水泥采用普通水泥或矿渣水泥，应是国家免检产品，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等试验报告。
⑶粉煤灰
粉煤灰化学成分中要求二氧化硅和三氧化二铝的含量应大于70％，烧失量应小于10％。也可采用石膏粉作为掺加剂，有利于强度的提高。
2.室内配方试验
施工实际使用的固化剂和掺加剂必须通过室内试验的检验，符合设计要求后方能使用。
3.成桩试验
在粉喷桩进行大量施工前，必须要进行成桩试验，试验应达到下列要求，并取得技术参数。
⑴满足喷入量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等；
⑵确定搅拌的均匀性；
⑶掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施；
⑷根据地层、地质情况确定覆喷范围。成桩工艺性试验桩数不宜少于5根。
4.施工机械
粉喷桩的施工机械主要由步履机构、动力机构、传动机构、操作机构、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等组成，主机是一台能完成钻进及搅拌的钻机。由于粉喷桩的施工特点，如成桩速度快，又要求不同的提升和旋转速度来满足不同的桩身强度要求，因此对钻机移位的灵活性和速度可变性又有较高的要求。表一为国内外几种常用粉体搅拌机主机的技术性能。
国内外几种常用粉体搅拌机主机的技术性能           表一
技术参数        单位        日本产
DJMl037型        日本产
DJMl070型        瑞典产
LPS-4型        中国产
GPP-16型
加固深度        m        10        15        10        16
成桩直径        mm        800        1000        500        500
钻具转速        r/min        5～50        5～50        75        30、50、94
成桩速度        m/min        O～7        O～7        O～4        O.5、0.8、1.5
驱动方式        —        液压马达        液压马达        液压马达        电动机
行走方式        —        步履式        步履式        履带式        步履式
接地压力        kPa        22.6        23.5        62.0        35
主机质量        kg        9000        22000        10000        10000
外形尺寸        m        4.3×3.1×1.7        7.2×3.1×2.O        12.5×3.6×2.5        4.8×2.2×18.3
粉喷桩搅拌技术是基于钻机钻孔时，回转转盘和加压机构通过钻杆向钻头施加作用力，钻头在轴压力和回转扭矩作用下切入土层并切碎土体到达设计深度后，然后反向旋转提升钻头，同时用压缩空气输入水泥或石灰粉体，通过钻头的搅拌作用，使固化料和土体充分拌和，边提升钻头、边喷入固化料、边搅拌混合，直至钻头提出地面完成一根桩的施工。
5.施工工艺
施工程序为：整平原地面→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉强制搅拌→复拌→提杆出孔→钻机移位。
⑴操作方法
①对正桩位，调整钻机机身，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，开始钻进。
②钻到设计孔深时，关闭送气阀门，喷送加固粉料。
③确认加固粉料已到桩底时，提升搅拌钻头，为便于控制成桩质量，一般不得使用Ⅲ挡提升。
④提升到设计桩顶标高时，停止喷粉。
⑤打开送气阀，关闭送料阀，但空压机不要停机，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，以保证桩头均匀密实。
⑥钻头再钻到设计桩底，进行二次搅拌。
⑦将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，填写施工记录。
⑧移动到下一个桩位。
⑵操作要点
①机身调平以钻杆是否垂直为依据，操作时以钻锤吊线进行控制。
②钻头钻至设计深度时，应有一定的滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。一般为2～5min。
③喷粉或喷气时，当气压达到0.45MPa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，将钻头提出地面，切断空压机电源，停止送气，查明堵塞原因，予以排除。
④整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业。当空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时，应开通灰罐进气阀，以对料罐加压。如出现断粉，应及时补喷，补喷重叠长度不小于0.5m。
⑤粉体固化料入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0,5cm，无纸屑石块等杂物。
⑥喷粉开始时，应将电子秤显示屏置零，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉时，记录人员应随时观察电子秤的变化显示，以保证各段喷粉均匀。
6.施工组织
通常一台粉喷桩设备要组建一个施工班组，每班组由9～11人组成，具体分工见表二所列。
序  号        工  种        人  数        工    作    内    容
1        班  长        1        负责指挥协调各工序操作联系，控制操作规程，排除施工中各种障碍
2        操作员        2        技设计施工工艺正确操纵钻头的钻进和提升，检查维修机械，负责使用联络信号
3        司  泵        1        统计材料用量，记录泵送时间，清洗输送管道
4        上料工        4        将加固料送人罐内，保证施工连续
5        发电工        1        负责机器设备的安装和安全使用
6        记录员        2        负责记录数据，操纵电器控制仪表，使用联络信号，兼质量检查员工作
操 作 人 员 分 工                             表二

㈣质量控制及检测
1.质量控制
粉喷桩施工应根据成桩试验确定的技术参数进行，操作人员应随时记录压力、粉喷量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。并应满足下列要求：
⑴严格控制喷粉标高和停粉标高，不得中断喷粉，确保桩体长度；严禁在尚未喷粉的情况下进行钻杆提升作业。
⑵桩身根据设计要求在地面以下1/2～1/3桩长并不小于5m的范围内必须进行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和；施工中发现喷粉量不足，应整桩复打，复打的喷粉量应不小于设计用量。如遇停电、机械故障等原因，喷粉中断时，必须复打，复打时重叠段应大1m。
⑶施工机具设备的粉体发送器必须配置粉料计量装置，并记录水泥的瞬时喷入量。严禁无粉料计量装置的粉体发送器投入使用；贮灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg；当贮量不足时，不得对下一根桩开始施工；钻头直径的磨损量不得大于lcm。
⑷应控制重复搅拌时的提升和下沉速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。
⑸粉喷桩施工允许偏差应符合表三的规定。
粉喷桩施工允许偏差                      表三
项  次        项   目        单  位        允许偏差        检查方法和频率
1        桩距        cm        ±10        抽查2%
2        桩径        mm        不小于设计        抽查2%
3        桩长        cm        不小于设计        查施工记录
4        竖直度        %        1.5        查施工记录
5        单桩喷粉量        %        不小于设计        查施工记录
6        强度        MPa        不小于设计        抽查5%

2.质量保证措施
  ⑴开工前及时进行土样试验、加固料试验和水泥土比例试验，确定每米的喷灰量，做1～5根工艺性试验桩，以掌握该施工场所的各种制桩技术参数，如含灰量、钻进速度、钻杆提升速度等，试验结果经监理工程师批准后作为工程桩的施工依据，并及时向施工人员进行技术交底。
⑵施工中根据工程要求召开质量专题会议，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。
⑶控制钻头下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度都得到充分搅拌，严格按要求进行复拌。
⑷随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定，不合格的桩根据具体情况采取补救措施。
⑸选取一定数量的桩体开挖，检查桩体外观质量、搭接质量和整体性。
3.粉喷桩现场质量检测
检测粉喷桩质量所用的方法与检测其它桩一样，可以采用多种手段进行。因粉喷桩桩体强度相对混凝土桩来说比较低，且主要利用群桩作用来提高复合地基承载力，故一般不做破坏性试验。
现场检测具有直观、工效高、代表性强、避免取样运送过程的扰动等优点。但每一种方法都有一定的局限性，因此进行粉喷桩检测时，应尽量采用多种方法综合评价，并应辅以一定的室内试验。
现场检测的任务是要对所有桩的质量及地基加固作出评价，主要是确定合格桩和不合格桩的数量。不合格桩包括桩长不够、断桩、缩颈、直径达不到设计要求、桩体成形差、强度低、偏位太大等。在地基加固方面主要是测出复合地基承载力值、单桩承载力、复合地基的变形模量等。

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