水泥粉煤灰碎石桩法（精选10篇）
水泥粉煤灰碎石桩法 第1篇
水泥粉煤灰碎石桩 (简称CFG桩) 是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩, 它与桩间土和褥垫层一起构成复合地基。复合地基承载力的提高首要是靠CFG桩的承载力 (CFG桩的承载力主要来自全桩长的摩阻力及桩身承载力, 桩越长则承载力越高) , 再之是CFG桩对地基土较强的置换作用、对桩间土的挤密作用及桩的遮栏加强作用。采用CFG桩法形成的复合地基具有承载力提高幅度大, 地基变形小等特点, 适用于处理粘性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基, 也适用于承载力较高 (如承载力fak=200kPa) 但变形不能满足要求的地基。基于CFG桩的上述特性和因地制宜、就地取材的原则, 某高层住宅楼采用水泥粉煤灰碎石桩法进行地基加固处理, 以解决该工程场地地基的不均匀性和天然地基承载力不能满足设计要求以及地基变形过大、不均匀沉降的问题。
1 工程和地质概况及地基加固原因
某高层住宅楼位于福建省某一抗震设防烈度为6度的地区, 结构设计为地下室1层、地上16层的板式现浇钢筋混凝土框架结构, 房屋高度为50m, 柱网开间分别为3.8m、4.7m、2.6m、4.7m、3.8m、3.4m、4.5m、2.6m等, 柱网进深分别为5.8m、3.0m、4.8m, 基础采用柱下梁板式筏形基础。
该工程场地各土层自上而下分别为填土、砾砂、含卵石粉质粘土、粉质粘土、含角砾粉质粘土、含碎石粉质粘土、残积砂质粘性土、中风化石灰岩, 部分土层厚薄不一, 部分土层局部缺失, 具体详表1。拟建高层住宅楼地下室梁板式筏形基础基底标高为323.10m, 基坑开挖后基底多数地段座落于砾砂②层上, 部分地段座落于粉质粘土④层上, 筏板基础底面荷载为267kPa, 传至ZK4孔处持力层下卧层的含角砾粉质粘土⑤的Pz+Pcz=294kPa, 经深度修正后含角砾粉质粘土⑤的承载力faz=280kPa不能满足设计要求, 传至ZK11孔处持力层下卧层的含角砾粉质粘土⑤的Pz+Pcz=304kPa, 经深度修正后含角砾粉质粘土⑤的承载力faz=281kPa不能满足设计要求, 且部分土层在场地范围分布不均匀、厚薄不一及局部缺失造成场地地基均匀性较差, 预测地基沉降和局部倾斜均较大。因此, 该工程采用天然地基无法满足地基承载力和地基变形要求, 必须进行地基处理。经设计与勘察、建设单位等协商探讨, 决定采用水泥粉煤灰碎石桩法进行地基加固处理, 在复合地基上采用梁板式筏形基础设计。场地各土层主要岩土设计参数见表2。
2 CFG桩复合地基设计
本工程地基处理中的CFG桩采用振动沉管灌注成桩, 桩身直径为500mm, 桩端持力层为⑦残积砂质粘性土, 桩长约13.3～21m, 桩间距取4倍桩径即2m, 采用正方形布置。CFG桩桩顶和筏板基础之间设置300mm厚级配碎石褥垫层。CFG桩桩体混合料由水泥、粉煤灰、石屑和碎石组成, 配合比按C15 (15MPa) 设计, 坍落度为30～50mm, 施工前应进行配合比试验, 要求CFG桩桩体混合料试块 (边长150mm立方体) 标准养护28d立方体抗压强度平均值fcu大于15MPa。
fspk=mRa/Ap+β (1-m) fsk (1)
式中 fspk—复合地基承载力特征值 (kPa) ;
m—面积置换率, 该地基m=d2/de2=0.52/ (1.13s) 2=0.52/ (1.13×2) 2=0.049, d—桩身平均直径 (m) , de—一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径 (正方形布桩de=1.13s, s为桩间距) ;
Ra—单桩竖向承载力特征值 (kN) , 该地基Ra=450kN[由Ra≤fcuAp/3, Ra=单桩载荷试验竖向极限承载力/2或Ra=up (qs1l1+qs2l2+…+qsnln) +qpAp确定];
Ap—桩的截面积 (m2) , 该地基Ap=3.14×0.252=0.196m2;
β—桩间土承载力折减系数, 一般取0.75～0.95, 该地基β=0.90～0.95;
fsk—处理后桩间土承载力特征值 (kPa) , 宜按当地经验取值, 如无经验时可取天然地基承载力特征值 (见表2) 。
按 (1) 式计算, 得出各层复合地基承载力特征值见下表3:
经CFG桩法加固后, 各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量ES的 (fspk/fsk) 倍, 即计算如下表4:
综合上述计算, 经13.3～21m 长的CFG桩加固后复合地基承载力特征值较天然地基承载力特征值提高了40～80% (若桩间距再适当加密其复合地基承载力的提高就越大, 但最终复合地基承载力特征值还应通过现场复合地基载荷试验确定) , 各复合土层的压缩模量也提高了1.4～1.8倍。
CFG桩加固后, 该工程场地各层复合地基承载力特征值再经深宽修正后的地基承载力特征值均大于传至各层顶面处的荷载效应标准组合时附加压力值和土自重压力值之和即 (Pz+Pcz) 。
3 CFG桩复合地基设计中应注意的问题
(1) CFG桩的平面布置问题
本工程地基处理中, CFG桩仅布置在基础范围内, 桩距根据土质条件、设计要求的复合地基承载力、沉降以及施工工艺等确定为4倍桩径即2000mm, 呈正方形布置, 既能满足承载力和变形量的要求, 又兼顾到施工方面选用较大的桩距可防止新打桩对已打桩的不利影响。应注意桩距过小时, 桩间土不能有效发挥作用, 而桩间距过大时, 又不符合CFG桩与桩间土共同作为复合地基来工作的原理, 故桩距宜取3～5倍桩径。
(2) CFG桩桩端持力层的选择问题
CFG桩具有较强的置换作用, 其他参数相同, 桩越长、桩的荷载分担比越高。本工程地基处理中将CFG桩桩端落在相对好的土层即⑦残积砂质粘性土上, 这样可以很好地发挥桩的端阻力, 也可避免场地岩性变化大可能造成高层建筑物沉降的不均匀。
(3) 保证CFG桩桩身强度和桩身质量的问题
复合地基承载力特征值的提高另一关键因素是保证CFG桩桩身强度和桩身质量。本工程地基处理中, CFG桩桩体混合料配合比按C15 (15MPa) 设计, 要求施工前按设计要求由试验室进行配合比试验, 施工时按配合比配制混合料;为保证振动沉管灌注成桩顺利并保证桩身质量, 设计要求控制桩体混合料的坍落度为30～50mm, 以免坍落度太大使桩顶浮浆过多导致桩体强度降低, 坍落度太小使混合料流动性差易造成堵管等;为避免桩径过小使施工质量不易控制影响桩身承载力, CFG桩桩径确定为500mm (一般桩径宜取350～600mm) ;最后设计要求对施工完成后的CFG桩进行低应变动力试验以检测桩身完整性。
(4) CFG桩桩顶和筏板基础之间褥垫层的设置问题
本工程地基处理中, 为了充分发挥桩间土的承载力, 减少桩体对基底的应力集中, 保证桩土共同承担荷载, 在桩顶和基底间铺设一层300mm厚 (一般取150～300mm, 桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值) 的级配碎石褥垫层。褥垫层的铺设采用静力压实法以避免桩间土承载力降低, 要求压实系数≥0.97且夯填度 (夯实后的褥垫层的厚度与虚铺厚度的比值) 不得大于0.9。应注意当褥垫层厚度过小时, 不利于桩间土承载力的发挥, 而当褥垫层厚度过大时, 既不利于CFG桩的承载力发挥, 又增加成本。因此, 一般褥垫层厚度采用150～300mm, 桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。
褥垫层设计尚应注意其设置范围, 若褥垫层设置范围仅在基础范围内或扩大的范围很小, 可能基础四周因褥垫层过早向基础范围以外挤出而导致桩、土的承载力不能充分发挥。一般褥垫层设置范围宜大于基础范围, 每边超出基础外边缘的宽度宜为200～300mm。
(5) 复合地基上筏板基础的设计问题
本工程上部结构为高层建筑, 基础采用复合地基上梁板式 (底板厚500mm, 筏板梁500x1500mm) 筏形基础。设计上通过调整筏基底板外挑尺寸, 使筏基在荷载效应准永久组合下总竖向力偏心距е=124mm小于规范建议值0.1W/A=789mm, 将偏心距е严格控制在荷载效应准永久组合下满足е≤0.1W/A的要求。否则, 高层建筑楼身质心高, 荷载重, 当偏心距大时, 筏形基础产生倾斜后, 建筑物总重对基础底面形心将产生新的倾覆力矩增量, 新的倾覆力矩增量又产生新的倾斜增量, 对高层建筑不利。
(6) CFG桩法与素混凝土桩法的加固比较
根据有关资料统计, 就单桩承载力而言, CFG桩法与素混凝土桩法的承载力基本一致;从对二种桩型的复合地基上建造相同结构形式和层数的建筑物的沉降观测看, 二者的沉降无明显的差异, 加固效果也基本一致;从对建造相同结构形式和层数的建筑物的二种桩型复合地基的处理费用相比较, CFG桩法与素混凝土桩法的造价比为1:2.08, CFG桩法更为经济。因此, 该工程采用水泥粉煤灰碎石桩法而未采用素混凝土桩法进行地基加固处理是合适的、比较经济的。
4 使用情况
该工程于2008年9月建成, 迄今投入使用已2年多。根据竣工验收时建筑物沉降观测成果, 由沉降差及两个沉降点之间的距离计算出建筑物基础最大倾斜值, 见表5。
根据文[1]的要求:对于多层和高层建筑, 当24m
根据目前使用情况, 建筑物未见明显的沉降和倾斜, 使用状态良好, 可以判断该工程经加固后的复合地基是满足规范要求的, 地基加固是成功的, 复合地基是安全的。
5 结语
(1) 该工程实例验证了水泥粉煤灰碎石桩法不失为加固处理大面积均匀性较差的砾砂、粉质粘土等地基的一种较好且安全可行的复合地基方法, 为高层建筑在此类地基上采用浅基设计提供了可靠保证, 并可降低工程造价, 具有明显的经济效益。
(2) 水泥粉煤灰碎石桩法加固处理对提高砾砂、粉质粘土等的地基承载力有显著效果, 基于振动沉管灌注成桩对桩间土具有挤 (振) 密效应, 采用该法施工还可增强松散的饱和粉细砂、粉土等可液化土层的抗液化能力。
(3) 水泥粉煤灰碎石桩法地基处理是福建省建筑地基处理技术推广项目之一, 并且CFG桩法利用了“三废”, 具有很好的社会效益。
(4) 鉴于CFG桩法上述优点, 笔者针对某高层住宅楼应用水泥粉煤灰碎石桩法进行地基处理的设计作个简要介绍和探讨, 可为类似工程的地基处理设计提供经验借鉴和施工图审查时参考。
摘要：本文以某高层住宅楼应用水泥粉煤灰碎石桩法进行地基处理的设计为实例, 介绍了地基均匀性较差的地基如何采用水泥粉煤灰碎石桩法进行地基处理的设计方法及应注意的有关问题, 可为类似工程地基处理设计和施工图审查时参考。
关键词：不均匀地基,地基处理,水泥粉煤灰碎石桩法,有关问题
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.
[2]冶金建筑研究总院.JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.
[3]深圳市岩土综合勘察设计有限公司, 徐至钧等.建筑地基处理工程手册[M].北京:中国建材工业出版社, 2005.
水泥粉煤灰碎石桩处理公路软土地基 第2篇
关键词：水泥；粉煤灰；碎石桩；软土地基
中图分类号：U443.15文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)20-0001-02
我国地域辽阔，自然环境不同，土质各异，地基条件区域性较强，随着现代化建设步伐的加快，交通土木工程面临的地基问题日益复杂，地基处理新工艺、新技术、新材料不断涌现，地基处理的对象软弱地基和特殊土地基，目前处理地基的方法有多种每种方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点，这里仅介绍水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)，是由碎石、石屑、砂石和粉煤灰掺适量水泥，加水拌和形成的一种具有一定黏结强度的桩。通过调整水泥掺量和配比，可是桩体强度等级在C5～C20之间变化。20世纪80年代，中国建筑科学研究院开始立项研究CFG桩复合地基成套技术，1995年将其列为国家级重点推广项目。目前，CFG桩可加固公路软土地基，同时房屋建筑从多层建筑至30层以下的高层建筑地基，民用建筑及工业厂房地基均可适用。就土性而言，CFG桩可用于填土、饱和、非饱和黏性土。
1桩体材料
CFG桩的骨料为碎石，掺入石屑可填充碎石的孔隙，使其级配良好，对桩体强度起重要作用。碎石和水泥掺量相同时，掺入石屑的桩体强度可比不掺石屑的桩体强度增加50％左右。碎石粒径一般为20mm～50mm；石屑粒径一般为2.5mm～10mm。
粉煤灰时燃煤发电厂排出的一种工业废料，既是CFG桩中的细骨料，又有低标号水泥的作用。可是桩体具有明显的后期强度。水泥一般采用42.5#普通硅酸盐水泥。
2加固机理
CFG桩加固软弱地基、桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基，见图1。加固软弱地基主要有3种作用。
(1)桩体作用。CFG桩体具有一定黏结强度，在荷载作用下桩体的压缩性明显比其周围软土下，基础传给复合地基的附加应力随着地基变形逐渐集中到桩体上，出现明显的应力集中现象，复合地基的CFG桩起到桩体的作用。
(2)挤密作用。施工时，由于震动和挤压作用，使得桩间土得到挤密，加固前后桩间土的物理力学性质明显改善。
(3)褥垫层作用。CFG桩复合地基的许多特性都与褥垫层有关，因此褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术。由级配砂石、粗砂碎石等散体材料组成的褥垫层可保证桩、土共同承担上部荷载，并有效调整桩、土荷载分担比。结合大量的工程实践，褥垫层厚度一般取10cm～30cm。
3施工要点
CFG桩常用的施工设备及施工方法有：振动沉管灌注成桩。长螺旋钻孔灌注成桩，泥浆护壁钻孔灌注成桩，长螺旋钻孔泵压混合料成桩等。实际工程中振动沉管机成桩施工多，以下介绍振动成桩工艺。
(1)沉管。桩机机场就位，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1％，启动电机，沉管至预定标高，并做好记录。
(2)投料。混合料按设计配比经搅拌机加水拌和均匀，带沉管至设计标高后尽快投料，直至管内混合料面与钢管料口齐平。
(3)振动拔管。启动马达留振5s～10s开始拔管，拔管速度控制为1.2m／min～1.5 m／min左右，边振动边拔至地面。当确认成桩复核设计原理后，用粒状材料或湿黏土封顶，然后移机进行下一根桩施工。
(4)施工顺序。应考虑打桩对已打桩的影响。连续施工可能造成桩体被偏或缩颈，若采用隔桩跳打，则先打桩的桩径较少发生缩小或缩颈现象。但土质较硬时，在已打桩中间补打新桩，已打桩可能产生被震裂或震断。
在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打，在饱和的松散粉土中，如桩距较小，不再采用隔桩跳打方案。满堂布桩，无论桩距大小，均不宜从四周向内推进施打。施打新桩时已打桩间隔时间不应小于7d。
(5)保护桩长与桩头处理。成桩时应预先设定加长的一段桩长，待基础施工时将其剔掉，即为保护桩长。设计桩顶标高离地表距离不大于1.5m时，保护桩长可取50cm～70.cm，上部用土封顶。桩顶标高离地表距离较大时，保护桩长可设置为70cm～100cm，上部用粒状材料封顶直至地表。
CFG桩施工完毕，待桩体达到一定强度，一般需要3d～7d。方可进行基槽开挖。可采用机械和人工开挖方式进行。但人工开挖控制留厚度一般不宜小于70cm。多余桩头需要剔除。凿开桩头。并适当高出桩间±1cm～2cm。
(6)铺设褥垫层。褥垫层所用材料多为级配砂石，最大粒径一般不超过3cm，或粗砂、中砂等。褥垫层厚度一般为10cm～30cm，需铺后多采用静压压实，当桩间土含水量不大时方可夯实。
(7)质量检验。施工前可进行工艺试验，在考查设计的施打顺序和桩距能否保护桩身质量施工过程中，要特别做好施工场地标高观测、桩顶标高观测，对桩顶上升量较大的桩或怀疑发生质量事故的桩要开挖检查。一般施工结束28d后做桩、土及复核地基的检测，以进行地基加固效果的鉴定。
4结束语
水泥粉煤灰碎石桩法 第3篇
1.1 水泥粉煤灰砂石桩作用机理
CFG桩复合地基的加固机理主要为:
⑴桩体的作用。CFG桩不同于碎石桩, 是具有一定粘结强度的混合料, 在荷载作用下, 桩体的压缩性明显比周围土体小, 复合地基桩体应力比25～30。
⑵挤密作用, CFG桩采用振动沉管法施工, 由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密。
⑶褥垫层作用, 由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫, 在复合地基中不仅可保证桩、土共同承担荷载, 减少基础底面的应力集中, 而且可以调整桩土荷载分担比, 以及与水平荷载分担比。
1.2 砂石桩的成桩方法
CFG桩, 一般有三种成桩施工方法:
⑴振动沉管灌注成桩:适用于粉土、粘性土及素填土地基。
⑵长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩:适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。
⑶长螺旋钻孔灌注成桩:适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土。
其中振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩两种方法是CFG桩最常用的成桩施工方法。
2 粉煤灰砂石桩的设计
2.1 工程地质概况
某建筑地基为杂填土, 上部主要为人工堆填的全风化泥质粉砂岩块及少量的灰岩碎石、混凝土等建筑垃圾, 局部为粘土、粉质粘土;杂填土fsk=140kPa, 耕土=50kPa, 按照设计要求, 该建筑地基承载力标准值不得小于250kPa, 显然远大于天然地基的实际承载力。因此, 必须进行地基加固处理。
2.2 加固方案选择
对于该杂填土地基, 地基承载力要求高, 初步认为CFG桩法经济合理, 技术可靠, 决定采用CFG桩法进行加固。在挤密砂石桩加固完成后, 桩顶和基础之间设置褥垫层, 褥垫层厚度宜取150～300mm。
2.3 桩径和原材料
水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置, 桩径宜取350～600mm, 本工程采用桩径d=0.4m, 正方形布桩, 采用长螺旋钻成孔砼泵车压灌工艺施工。
原材料要求:
⑴水泥:选用PO.32.5硅酸盐水泥, 并有出厂合格证及试验报告。
⑵砂:中砂, 含泥量不大于3%。
⑶石子:碎石, 粒径10～50mm, 含泥量不大于2%。
2.4 桩距设计
复合地基的承载力可按下式确定:
式中:
fsp, k———复合地基承载力标准值;
Ra———单桩竖向承载力特征值;
Ap———桩截面积;
fs, k———桩间土的承载力标准值;宜按当地经验取值, 无经验时, 可取天然地基承载力特征值。
β——桩间土承载力折减系数, 宜按当地经验取值, 如无经验时可取0.75～0.95, 天然地基承载力较高时取大值。
求de:桩的间距
经实验:单桩承载力按370KN设计, β取中间值0.85, 桩间土的承载力标准值参考勘察报告取140kpa, 复合地基承载力标准值要求250KPa,
经计算:面积置换率m=0.046, 正方形为桩间距de=1.86m。取de=1.8m.并在桩顶铺设15cm厚0.3～0.5cm的碎石垫层, 以利于桩土应力调节与发挥, 并协调基础底板的变形。
2.5 CFG桩验算
⑴CFG桩承载力强度验算:
置换率m=0.05, 因变形要求控制很小, 桩间土发挥系数取0.85。
则桩顶平均应力:
单桩桩顶平均荷载:Qp=Apsp=344KN<[370], 承载力满足要求。
⑵桩体试块抗压强度平均值验算:
C15状体混合料试块:3sp=8.758Mpa<[10]=fcu
Fcu-桩体混合料试块 (边长150mm) 立方体试块, 标准养护28d立方体抗压强度平均值。
⑶地基沉降变形验算:
根据规范分层总和法和复合地基模量法计算复合地基的总沉降S=ψss'=ψs∑in=1P0/Esi (ziai-zi-1ai-1) =14.84mm<[30], 满足变形要求。
2.6 褥垫层作用和设计
根据规范要求, 桩顶和基础之间设置褥垫层, 材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等, 最大粒径不宜大于30mm。其作用主要使桩、土共同承担竖向荷载, 减小基础的应力集中, 使基础底面压力分布更均匀。褥垫层作用与其厚度密切相关, 褥垫层厚度宜取150～300mm, 针对具体的工程和不同的地质情况, 选用不同厚度, 当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值, 本工程可取250mm。
3 质量检验
施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时, 承载力检验应采用复合地基载荷试验。水泥粉煤灰碎石桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时, 并宜在施工结束28d后进行。试验数量宜为总桩数的0.5%～1%, 且每个单体工程的试验数量不应少于3点。应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验, 检测桩身完整性。通过实际检测结果, CFG桩复合地基满足设计要求。
4 结语
本文对水泥粉煤灰砂石桩法加固地基方法进行探讨, 通过工程实例, 从设计, 施工和质量检测三方面进行论述, 随着水泥粉煤灰桩在工程中的大量应用, 也证实了其在经济上和技术上都是一种切实可行的方法。
摘要：水泥粉煤灰砂石桩是由水泥, 粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合, 用各种成桩机械在地基中制成强度等级为C5～C20高粘结强度的桩和桩间土、褥垫层一起形成复合地基, 简称CFG桩。适用于处理粘性土、粉土、砂土和依靠自重固结的素填土等地基。由于CFG桩复合地基技术具有承载力高、沉降变形小、可调性高、施工速度快、工期短、质量容易控制、经济效益明显等特点, 目前已成为应用最普遍的地基处理技术之一。
关键词：CFG桩,承载力,地基处理
参考文献
[1]刘景政, 杨素春等.地基处理与实例分析[M].北京:中国建筑出版社, 1998.
水泥粉煤灰碎石桩法 第4篇
关键词：水泥粉煤灰稳定碎石病害分析防治措施
摘要：本文通过对半刚性基层水泥粉煤灰稳定碎石的病害的分析,提出了水泥粉煤灰稳定碎石基层病害防治措施的思路,以减少反射裂缝的数量,保证路面的使用性能。
水泥粉煤灰稳定碎石基层广泛地应用于各等级道路的基层中,它具有良好的板体性和水稳定性,作为沥青面层的下承层,是连接面层与底基层的纽带,与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、路基,是起主要承重作用的层次。沥青面层所发生的许多病害,都与其有直接的关系,下面简要分析一下水泥粉煤灰稳定碎石基层常见病害产生原因及防治措施。
水泥粉煤灰碎石桩法 第5篇
【摘 要】在本文中，对分别掺加减水剂和粉煤灰的骨架密实结构水泥稳定碎石以及同时掺加减水剂和粉煤灰的骨架密实结构水泥稳定碎石的易密性进行了研究。首先总结了目前国内评价材料易密性的指标，并在已有评价指标的基础上提出了新的评价水泥稳定碎石材料易密性的指标——最大干密度（振动击实试验）和振动成型时间（振动成型试验）。试验结果表明，掺加减水剂和粉煤灰都可以改善骨架密实结构水泥稳定碎石的易密性，复合掺加减水剂和粉煤灰时，对水泥稳定碎石易密性的改善效果更好。
【关键词】易密性；振动成型时间；水泥稳定碎石；最大干密度
0.引言
室内试验和工程实践表明，骨架密实结构水泥稳定碎石材料在力学性能、抗冻性能、抗冲刷性能、抗裂性能及抗疲劳性能等方面都比其他结构类型的水泥稳定碎石更有优势。因此，已成为我国路面基层的主要材料。在骨架密实结构水泥稳定碎石中，粗集料含量较多，因此压实比较困难。同时，由于骨架密实结构水泥稳定碎石中粗集料含量较大，粗集料的重力大，在施工拌和、储存、运输和摊铺过程中粗集料容易集中，极易出现粗细集料离析现象。集料离析会加剧压实不充分的问题，造成基层局部强度不足，在反复行车荷载作用下，路面易出现早期破坏。本文从掺加外加剂的角度考虑，研究掺加减水剂和粉煤灰对骨架密实结构水泥稳定碎石易密性的影响。
1.易密性评价指标的提出
《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）规定，水泥稳定碎石混合料宜采用振动成型方法，因此，评价骨架密实结构水泥稳定碎石易密性的指标，必须是建立在振动击实试验或者振动成型试验基础上的。
目前，振动压路机在公路施工中被广泛采用，而室内试验则多用振动压实仪。用振动压实仪对材料进行振动压实时，一般都要经过三个阶段：（1）在刚开始振动时，被压材料密实度很低，在振动过程中材料颗粒之间发生相对移动，并相互填充空隙，此时，振动压实仪与被压材料紧密接触，振动压头的振幅较小，机器稳定运行；（2）伴随着振动过程，被压材料颗粒间距越来越小，密实度逐渐增大，振动压头在振动过程同样与被压材料保持紧密接触，但此时振动压头的振幅增大；（3）当振动进行了一定时间后，振动压头开始出现无规律的回弹跳起，表明被压材料已经达到了最大的密实度，不能再被继续压实，如果继续进行振动压实，不仅会将已经达到最密实状态的材料振松，振动压头还会将集料砸碎，从而改变混合料的级配。因此，目前室内试验和现场施工过程中都是在振动压实仪的压头或者振动压路机的振动轮出现无规律回弹跳起时就立即停机。将“机器开动到出现振动压实仪压头出现无规律回弹跳起的时间”称为“振动成型时间”。振动成型时间越短，表示被压材料达到最大密实度所需要的压实功越小，被压材料越容易达到密实。
因此，本文中提出用振动成型方法成型试件时的振动成型时间（从开动机器到振动压实仪压头出现无规律剧烈跳起的时间间隔）作为评价骨架密实结构水泥稳定碎石易密性的指标。但要注意的是，在试件成型过程中，要经历混合料的拌和、装模、捣实等过程，造成振动成型时间存在一定的差异性。因此，在测定同一种水泥稳定碎石的振动成型时间时，至少要做6组平行试验，当6个试件振动成型时间的变异系数小于20%时，取其平均值作为试验结果。如果变异系数大于20%，应追加试验组数，直到各个试件的振动成型时间的变异系数小于20%为止。
此外，本文也借鉴黄煜镔[2]等人的研究方法，采用振动击实试验得到的最大干密度作为评价骨架密实结构水泥稳定碎石易密性的指标。
2.原材料性质及混合料配合比
本文试验所用的水泥是陕西耀县水泥厂生产的秦岭牌水泥，强度等级为42.5。在本文中水泥掺量为4.5%。
本文采用的减水剂为CT高效减水剂，掺量为1.0%。
本文采用的粉煤灰来自河南郑州发电厂。
本试验所用的石料采用陕西临撞莲花寺石料厂的石灰岩，分为四种规格：30～15mm，20～10mm，10～5mm，5～0mm，分别称为1#、2#、3#、4#料。本文采用的是连续级配骨架密实结构，参考（JTGD50-2006）《沥青路面设计规范》规定的骨架密实型水泥稳定类半刚性基层的级配范围中线，将四档料按1#：2#：3#：4#=0.33：0.24：0.23：0.2的比例（质量比）进行配比。混合料组成和编号如表1。
3.试验结果与分析
为了研究减水剂和粉煤灰对骨架密实结构水泥稳定碎石混合料最大干密度的影响，对表4中的4种不同外加剂掺量的水泥稳定碎石进行了振动击实试验，振动压实仪的参数设置为：上车配重为3块、下车配重为6块，偏心块夹角为60。，静压力为104MPa，振动频率为28.1Hz，试验结果见表2。
根据振动击实试验得出的最佳含水量和最大干密度进行振动成型试验，振动压实仪的参数设置与进行振动击实试验时相同，得出的试验结果如表3。
由表2可以看出，与不掺加外加剂的水泥稳定碎石相比，单独掺加CT高效减水剂和粉煤灰时，都提高了骨架密实结构水泥稳定碎石的最大干密度，说明分别掺加CT高效减水剂和粉煤灰都改善了骨架密实结构水泥稳定碎石基层的易密性。当同时掺加CT高效减水剂和粉煤灰时，骨架密实结构水泥稳定碎石的最大干密度得到大幅度提高，说明同时掺加减水剂和粉煤灰后，其改善水泥稳定碎石基层易密性的效果得到叠加。
从表3可以看出，单独掺加CT高效减水剂和粉煤灰时，骨架密实结构水泥稳定碎石的振动成型时间较不掺加外加剂的水泥稳定碎石缩短了，说明从振动成型时间的角度看，掺加CT高效减水剂或粉煤灰都能改善骨架密实结构水泥稳定碎石基层的易密性。同时掺加减水剂和粉煤灰时，振动成型时间更短，说明复合掺加减水剂和粉煤灰时，减水剂和粉煤灰改善骨架密实结构水泥稳定碎石易密性的效果得到叠加。
4.结论
（1）提出适宜评价骨架密实结构水泥稳定碎石材料易密性的指标——最大干密度（振动击实试验）和振动成型时间（振动成型试验）。
（2）通过室内试验证明，无论以最大干密度还是以振动成型时间作为评价易密性的指标，单独掺加减水剂或粉煤灰能改善骨架密实结构水泥稳定碎石的易密性；而同时掺加减水剂和粉煤灰，水泥稳定碎石的最大干密度较不掺和单掺减水剂或粉煤灰时都有提高，而振动成型时间都缩短，说明减水剂和粉煤灰对骨架密实结构水泥稳定碎石易密性的改善效果得到叠加。
【参考文献】
[1]肖常青.半刚性基层材料易压实性研究.公路与汽运，2005（107）.
浅谈水泥粉煤灰碎石桩 第6篇
关键词：水泥粉煤灰桩,复合地基,褥垫层
0 引言
我们作为设计人员,都清楚一个建筑的设计过程最先应该考虑的是它的地基,因为上部的建筑要靠它承载,如果没有足够的“力量”,那么这个地基肯定是不能使用的,不安全的。这样,我们就应该想办法使地基变的坚固、稳定,也就是要进行地基处理。
地基处理的方法有很多种,比如:换填垫层法、预压法、强夯法和强夯置换法以及水泥粉煤灰碎石桩法等等。这些也是我们在设计中会经常用到的,然而最熟悉的可能还是水泥粉煤灰碎石桩,CFG桩就是它的简称。下面我就简单的介绍一下有关CFG桩的情况。
1 历史由来
对于CFG桩的试验研究曾经是建设部的“七五”计划课题,于1988年立题进行试验研究,研究成果于1992年由建设部组织鉴定,专家们一致认为:该成果具有国际领先水平,推广意义很大。CFG桩的成套技术,在1994年被建设部和国家科委列为全国重点推广项目。1997年被列为国家级工法,并制定了中国建筑科学研究院企业标准,现已列入国家行业标准《建筑地基处理技术规范》。与桩基相比,由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力。工程造价一般为桩基的1/3～1/2,经济效益和社会效益非常显著。现在,CFG桩广泛用于全国各大建筑工程的地基处理,并且大多数是用于高层和超高层建筑地基的加固。
2 适用范围
CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。由于桩长、桩径及桩身强度较易控制,通过合理设计,能较充分发挥桩体材料的潜力和天然地基的承载力,并能利用粉煤灰代替细骨料,又起到低强度等级水泥作用,使桩体具有明显的后期强度。CFG桩从土性而言,适用于处理黏性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。就基础形式而言,适用于条基、独立基础、箱基和筏基。CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大、降低地基土压缩性及地基变形小等特点。
3 加固原理
CFG桩的加固原理主要有以下几点。
3.1 桩体作用
CFG桩具有一定粘结强度的混合料,像刚性桩一样。在荷载作用下CFG桩的压缩性大大低于其桩周土,因此,可全桩长发挥侧阻,桩端落在较好的土层上时具有明显的端承作用,起到了桩体承载的作用。
3.2 置换或挤密置换作用
当采用振动沉管工法,其振动和挤密作用使桩间土得到挤密,地基土得到置换,复合地基承载力的提高既有挤密又有置换;当采用长螺旋及循环钻进工法时,其承载力的提高只是置换作用。
3.3 褥垫层作用
1)保证桩、土共同承担荷载。褥垫层的设置为CFG桩复合地基在其受荷后提供了桩顶的刺入条件以保证桩间土始终参与工作。
2)减小基底面的应力集中。当褥垫层厚度为零时,桩对基础产生较大的应力集中,类似桩基础,需考虑桩对基础的受冲(剪)切破坏。当褥垫层厚度大到一定程度后,基底反力即为天然地基的反力分布。当褥垫层厚度大于10 cm时,桩对基础产生的应力集中会显著降低。当褥垫层的厚度为30 cm时,桩顶应力σp与桩间土应力σs只有约1.23。由此可见,褥垫层起到了减小CFG桩对基础的应力集中作用。
3)调整桩、土水平荷载的分担。基础承受水平荷载时,不同的褥垫层厚度、桩顶水平位移和水平荷载有着一定的关系。褥垫层越厚,桩顶水平位移越小,桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小,土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大。
4)调整桩、土竖向荷载分担比。荷载一定时,褥垫层越薄,桩承担的荷载占总荷载的百分比越高,反之亦然。
4 施工方法
对于CFG桩的施工方法,目前常用的有以下几种。
4.1 长螺旋成孔、管内泵压混合料灌注成桩法
1)适用范围:此方法适用于黏性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。
2)特点:该工艺属非挤土成桩工艺。具有穿透能力强、无振动、低噪声、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。施工时不受地下水的影响。
3)施工工艺:a.根据设计桩长、地质条件确定机架高度、动力大小、现场进行设备安装;b.桩机就位、钻头对准桩位并调好垂直度,其偏差不大于1%;c.启动钻机钻孔至设计标高后停钻;d.停钻后发出信号通知后台泵送混凝土,用高压将水泥粉煤灰碎石混合料(细石混凝土,坍落度宜为160 mm～200 mm)通过高压管路及螺旋钻孔的内管压入孔内,借灌料压力使钻杆提升,混凝土由下而上填满钻孔成桩。提升速度与桩径、土层和泵送量相配,严禁停泵待料。施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5 m;e.移机进行下一根桩施工。
4.2 长螺旋钻孔灌注成桩法
1)适用范围:此方法适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土。
2)特点:该工艺属非挤土成桩工艺。具有穿透能力强、无振动、低噪声、无泥浆污染等特点。
3)缺点:要求施工桩长范围内无松散砂土,无地下水。以保证成孔时不塌孔,顺利灌注振捣混合料。
4)施工工艺:a.根据设计桩长、地质条件确定机架高度、动力大小,现场进行设备安装;b.桩机就位,钻头对准桩位并调好垂直度,其偏差不大于1%;c.启动钻机钻孔至设计标高后停钻;d.清理孔内虚土;e.浇筑水泥粉煤灰碎石混合料(坍落度宜为60 mm～80 mm),插入振捣棒振实。当桩长超过3 m时,应用串筒,串筒末端离孔底高度不宜大于2 m;f.移机进行下一根桩施工。
4.3 振动沉管灌注成桩法
1)适用范围:此方法适用于黏性土、粉土、素填土及厚度不大的稍密、中密、饱和的砂土层。
2)特点:该工艺属挤土成桩工艺。施工时不受地下水影响,无泥浆污染。对桩间土有振(挤)密作用,可消除饱和粉土的液化。
3)缺点:该工艺难以穿透厚的硬土层、砂层和卵石层等。在饱和黏性土中成桩,会造成地面隆起,挤断已打的桩,且振动噪声污染严重,在城市居民区施工受到限制。
4)施工工艺:a.根据设计桩长、地质条件确定机架高度、动力大小,现场进行设备安装;b.桩机就位,把桩管及桩尖对准桩位并调好垂直度,其偏差不大于1%;c.启动振动锤,振动沉管到设计深度;d.向桩管内投入规定数量的水泥粉煤灰碎石混合料,混合料拌和时间不应少于1 min,坍落度宜为30 mm～50 mm;e.投料完毕后,应留振5 s～10 s,并约束振动拔管,拔管速度应控制在1.2 m/min～1.5 m/min左右,如遇淤泥或淤泥质土,拔管速度适当放慢,施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5 m,桩顶浮浆厚度不宜超过200 mm;f.沉管拔出地面,确定成桩符合设计要求后,移机进行下一根桩施工。
5 结语
水泥粉煤灰碎石桩是我国改革开放以后发展起来的一种地基处理技术,随着工程科研人员的不断试验、施工人员在工程施工中的不断摸索和总结以及相关规范的出台,使这项技术不断的改进、不断的成熟。如今,我们国家的经济飞速发展,国力强大,是国家建设的鼎盛时期,所以,我相信水泥粉煤灰碎石桩会在今后的土木工程中大范围的应用,前景会越来越好。
参考文献
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[4]阎明礼.地基处理技术[M].北京:中国环境科学出版社,1996.
水泥粉煤灰稳定碎石基层试验研究 第7篇
1) 水泥水化产物Ca (OH) 2可以和粉煤灰之间发生火山灰反应, 为这种基层材料的后期强度, 提供了持续的增长, 在持续的水化过程中可以愈合基层内部的缺陷和消除内应力, 而且粉煤灰具有很好的体积稳定性;
2) 水泥粉煤灰稳定粒料依靠水泥的水化硬化形成早期强度, 因此早期强度高, 施工机动性强, 施工周期短, 方便快捷;
3) 粉煤灰的加入增加了结合料的数量, 有利于结合料对集料进行充分地裹覆, 增强基层材料的均质性, 有效消除基层材料内部由于离析而产生的缺陷[1]。水泥粉煤灰类路面基层材料可以大量利用工业固体废弃物, 是一种具有研究价值的路面基层材料。结合多年的工作经验, 对水泥粉煤灰在道路基层中的应用进行了试验分析总结。
1 原材料技术要求及试验结果
1.1 水泥
普通硅酸盐水泥, 矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥都可用于稳定土, 但应选用初凝时间为3h以上和终凝时间较长的水泥。不应使用快硬水泥、早强水泥以及受潮变质的水泥水泥宜选用低标号或一般标号 (如32.5、42.5) 水泥, 本次试验选用甘肃省祁连山水泥有限责任公司生产的P·O42.5级水泥, 具体试验结果见表1。
1.2 粉煤灰
粉煤灰对稳定土的强度取决于粉煤灰中Si O2、Al2O3和Fe2O3的含量, 因此, 一般规定粉煤灰中Si O2、Al2O3和Fe2O3的含量应大于70%。粉煤灰中炭含量过高会降低其活性, 应加以限制, 一般情况下烧失量应不超过20%。粉煤灰颗粒越细, 其活性愈高, 则规定粉煤灰的比表面积宜大于2500cm2/g[2], 试验结果见表2。
1.3 集料
集料最大粒径不宜过大, 施工中应尽可能采用最大粒径较小的集料, 级配状态好有利于取得好的稳定效果, 且节约水泥[2]。本次试验选用 (10~30) mm、 (10~20) mm、 (0~5) mm碎石及石屑均产自平凉十里铺碎石场, 集料在满足相关技术规范要求的条件下, 经计算机用人机对话方式反复试算, 求得符合规范要求的级配范围的矿料级配, 具体试验结果如图1所示。
2 混合料结构形成原理分析
研究表明, 粉煤灰中含有大量Si O2、Al2O3和Fe2O3等能反应产生凝胶的活性物质, 它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在, 这种球形玻璃体比较稳定, 表面又相当致密, 不易水化, 水泥粉煤灰早期反应主要是水泥遇水后产生水解与水化反应, 水泥水化生成硅酸钙晶体, 这些晶体产生部分强度, 同时水泥水化生成氢氧化钙通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体表面, 发生化学吸附和侵蚀, 生成水化硅酸钙与水化铝酸钙, 大部分水化产物开始以凝胶体出现, 随着凝期的增长, 逐步转化为纤维状晶体, 并随着数量的不断增加, 晶体相互交叉, 形成连锁结构, 填充混合物的孔隙, 形成较高的强度, 随着粉煤灰活性的不断调动, 使水泥粉煤灰不仅有较高的早期强度, 而且其后期强度也有较大提高[3]。
石料形成互相嵌挤的骨架结构, 水泥粉煤灰、细集料则填充在粗集料骨架形成的空隙之中。硬化后的水泥石灰粉煤灰砂浆、细集料混合物在混合料中所占体积较小, 且被粗集料形成的空隙分开。粗集料形成骨架结构后, 石料之间的相互嵌挤, 能够有效提高混合料的内摩擦角, 混合料的性能更多的受粗集料骨架作用的影响。
水泥粉煤灰稳定碎石材料的组成结构机理应该从两方面进行分析:一方面是反映混合料中以粗集料间相互关系为对象的宏观结构;另一方面是反映混合料内各种组成材料相互联系与作用的微观构造, 在悬浮密实水泥粉煤灰碎石混合料中, 颗粒较大的粗集料之间被相互隔开并悬浮在由水泥、粉煤灰、细集料组成的集料中, 不能形成有效的嵌挤, 硬化后的水泥粉煤灰砂浆、细集料组成的混合物占据混合料的大部分体积, 混合料的性能较多的受它影响。与之相比, 在骨架密实水泥粉煤灰稳定碎石中大粒径料中颗粒接触的点、面相对多时, 更有利于内部形成产生粘结力的无定型凝胶结构和纤维晶架结构。水泥石灰粉煤灰碎石混合料加水拌合后, 通过机械压实, 使得集料在混合料中重新紧密排列, 使其充分发挥骨架作用。成型初期, 可以认为水泥粉煤灰混合料未发生化学反应, 其强度来自密实骨架的内摩阻力, 以及颗粒间水膜与相邻颗粒之间的分子引力所形成的“原始凝聚力”, 随着时间的推移, 混合料内的固液相之间发生一系列物理、物理化学和化学变化, 并形成一系列具有胶结作用的物质, 使得混合料中颗粒与颗粒之间的连接加固, 形成“固化粘结力”, 这是水泥粉煤灰稳定碎石混合料强度形成的主要来源。
3 试验结果与分析
3.1 粉煤灰掺量的优化
在进行配合比设计时, 粉煤灰的掺量是一个非常重要的因素, 如果粉煤灰掺量太小, 大颗粒碎石间的空隙仍然无法得到很密实地填充;如果粉煤灰的掺量过大, 则使得粗颗粒相互分离, 从而使骨架密实型结构转变成了悬浮密实型结构, 强度下降, 为了研究水泥粉煤灰在稳定碎石中的掺量, 试验对比了粉煤灰掺量为0%、5%、10%、15%时, 水泥掺量为4%的混合料进行稳定, 试件成型压实度为98%, 研究了不同粉煤灰用量的水泥粉煤灰混合料的7d强度及最大干密度, 对材料强度性能的影响。试验结果见如图2、图3所示。
从以上结果可以看出, 随着粉煤灰掺量的逐渐增加, 最大干密度逐渐减小, 最佳含水量逐渐增大, 7d抗压强度随粉煤灰的掺量增加而逐渐增大, 当达到最大值时, 强度下降, 说明粉煤灰掺量存在一个最佳值[1], 由上图可以看出, 当掺量为10%时, 7d及28d无测限抗压强度出现了最大值。
3.2 水泥掺量与无侧限抗压强度的关系
对水泥稳定粒料而言, 水泥掺量的增加, 水泥稳定粒料的强度呈线性增长。为了研究水泥粉煤灰稳定粒料中水泥剂量与基层材料强度的关系及配合比设计方法, 本文设计了如下2组试验:
1) 经综合考虑, 本次试验在混合料中加人的粉煤灰掺量定为8%, 并分别用3%、4%、5%、6%水泥剂量进行稳定;
2) 集料中不掺粉煤灰, 用不同剂量的水泥进行稳定;两组试验试件成型压实度均为98%, 测试其7d无测限抗压强度, 探讨水泥剂量对水泥粉煤灰稳定粒料强度的影响。
根据击实试验所得的最大干密度和最佳含水量, 按98%压实度控制试件密度, 采用静压法每组制备13个试件, 试件尺寸为Φ15×15cm圆柱体。试件成型后, 由塑料袋密封, 在标准养护条件 (温度20±2℃、湿度≥95%) 养生6d, 再浸水1d, 最后测定其无侧限抗压强度, 试验结果见表3。
水泥粉煤灰混合料的强度在很大程度上取决于水泥的数量, 一般随着水泥剂量的增加, 混合料的强度相应的增加, 在经济上不合理, 且脆性也相应的增加, 易出现收缩开裂等负面作用, 因而水泥剂量不宜超过6%。通常在保证混合料能过达到所规定的强度和稳定性的前提下, 尽可能的取用低的水泥剂量。从以上的试验结果可以看出:随着水泥掺量的变化, 水泥粉煤灰稳定粒料和水泥稳定粒料一样, 呈现出很好的线性关系 (如图4所示) , 因此水泥粉煤灰混合料配合比设计可以参照水泥稳定类进行设计。在水泥用量、养生条件、矿料级配相同的条件下, 水泥粉煤灰稳定粒料的7d强度和水泥稳定粒料相比, 强度有明显的提高, 若达到相同的强度可以节省水泥用量, 达到降低经济成本的目的。
3.3 水泥粉煤灰混合料耐久性分析
3.3.1 抗冲刷性能
试件采用Φ15cm×15cm圆柱形试件, 高径比为1∶1, 按照室内击实试验所确定的最大干密度和最佳含水量及要求的压实度, 采用静压法制备试件, 标准养生28d后进行混合料的抗冲刷试验, 试验结果见表4。
3.3.2 抗冻性能
试验采用快速冻融法进行, 在-18℃±1℃下, 冻8h, 再在常温18℃±1℃下, 融化8h, 即16h作为一次循环, 经5次冻融循环后, 试件的试验结果见表5。
由表4分析可知, 水泥剂量对混合料抗冲刷性能的影响, 水泥剂量越大, 抗冲刷性能越好, 这是因为水泥的水化反应及水泥与粉煤灰的火山灰反应产生的胶结物, 他们有稳定和牵制混合料中细料成份不被动水压力冲掉的能力。
水泥粉煤灰稳定类材料的强度随着水泥剂量的增加而增大, 从基本强度要求和抗冲刷角度考虑, 水泥剂量不宜低于3%。因为水泥水化产物相应减少, 内部空隙较大, 水进入混合料内部后结冰引起体积膨胀所产生内应力增加, 导致混合料抗冻性能减低[3]。因此, 综合考虑水泥粉煤灰稳定碎石的抗冲刷性能及抗冻性能, 在实际工程应用时, 应相应增加混合料中的水泥剂量以提高基层的耐久性及抗冻性能。同水泥稳定类材料一样, 随着水泥剂量的增大, 材料的收缩增大, 脆性增大[4]。虽然水泥粉煤灰稳定时的收缩性要好于单纯性水泥稳定, 但从强度的收缩性角度综合考虑, 水泥剂量不宜大于6%。
4 结论
通过对水泥粉煤灰稳定碎石的强度形成机理分析, 提出水泥粉煤灰稳定碎石的配合比设计方法, 并进行了耐久性及低温性能验证, 所设计的水泥粉煤灰稳定碎石能够满足规范要求, 并且具有一定的抗冲刷及抗冻性能, 主要结论有以下几点:
1) 水泥粉煤灰稳定粒料随着粉煤灰用量的提高, 其最大干密度降低, 最佳含水量提高, 击实曲线平坦。
2) 水泥粉煤灰稳定粒料随着粉煤灰用量的增加, 强度逐渐增加, 当达到10%时, 强度出现最大值, 随后逐渐降低。通常水泥粉煤灰稳定粒料中, 粉煤灰的最佳用量以10%左右为宜。
3) 随着水泥掺量的增加, 水泥粉煤灰稳定粒料的强度表现出明显的线性增长的特点, 因此水泥粉煤灰路面基层材料的强度可以参照水泥稳定基层进行材料配合比设计。
4) 在水泥剂量、养生条件、矿料级配相同的条件下, 水泥粉煤灰稳定粒料的7d强度和水泥稳定粒料相比, 强度有明显的提高, 若达到相同的强度可以櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷节省水泥用量, 可以降低经济成本。
5) 综合考虑水泥粉煤灰稳定碎石的抗冲刷性能及抗冻性能, 水泥剂量不宜小于3%, 且不宜大于6%。
摘要：通过分析水泥以及粉煤灰的强度结构形成原理, 进行了两种无机结合料不同掺量的无侧限抗压强度试验, 对比分析了标准条件下的试验结果, 得出最佳水泥及粉煤灰掺量, 提出了水泥粉煤灰稳定碎石基层的配合比设计方法及其注意事项, 并利用室内试验进行了耐久性能分析, 为实际工程应用起到一定的指导作用。
关键词：水泥,粉煤灰,抗压强度,配合比设计
参考文献
[1]沈卫国, 余秀峰, 周明凯.水泥粉煤灰路面基层材料的试验研究[J].西部交通科技, 2006, 18 (9) :16-19.
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[3]刘占国, 彭芳.水泥粉煤灰稳定碎石基层应用技术[J].科技风, 2009, 18 (9) :128-130.
粉煤灰对水泥稳定碎石强度影响研究 第8篇
1 原材料
水泥:秦岭牌PO32.5普通硅酸盐水泥, 陕西耀县水泥厂, 基本性能见表1。
集料:集料级配是在规范允许范围的基础上, 结合以往实际工程经验, 同时考虑水泥稳定碎石的收缩变形和关键筛孔通过率的情况下确定的。具体数据见表2
水:自来水
2 研究方法
本文在级配和水泥剂量固定的基础上, 通过粉煤灰掺量的变化, 研究无侧限抗压强度和最佳含水量的变化规律, 确定粉煤灰的最佳掺量。在此基础上, 通过对龄期的研究, 反映强度随龄期的变化规律。采用静压成型法成型, 每组6个试件, 按照规范要求脱模后标准养护6天, 然后保水24小时, 在路面材料强度仪上进行无侧限抗压强度试验。
3 试验结果与分析
3.1 粉煤灰掺量对无侧限抗压强度的影响
在级配和水泥剂量固定的基础上, 分别掺入不同粉煤灰掺量制作无侧限抗压强度试件, 粉煤灰掺量分别为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%, 强度变化规律如图1所示:
由图1可以看出, 随着粉煤灰掺量的增加, 7d无侧限抗压强度也随之降低, 说明粉煤灰对水泥稳定碎石的抗压强度有不利影响, 粉煤灰掺量越大, 不利影响越明显。究其原因, 主要是由于粉煤灰的掺入增加了细集料的比例, 造成了整个结合料级配的变化, 降低了级配碎石的嵌挤作用。另外, 由于粉煤灰表面致密且光滑, 大部分都是以圆形颗粒存在, 降低了结合料的摩阻力, 从而造成了7d无侧限抗压强度的降低。同时, 粉煤灰具有延缓水泥水化的作用, 掺量越大, 延缓作用越明显, 因此表现出随着掺量的增加, 无侧限抗压强度不断减小。当粉煤灰掺量超过9%时, 无侧限抗压强度低于4.0MPa, 已经不符合规范要求了, 所以粉煤灰掺量最好在9%左右。
3.2 粉煤灰掺量对最佳含水量的影响
在级配和水泥剂量固定的基础上, 分别掺入不同粉煤灰掺量做标准击实试验, 确定不同掺量情况下的最佳含水量, 分析粉煤灰掺量变化对最佳含水量的影响。粉煤灰掺量分别为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%, 最佳含水量变化规律如图2所示:
由图2可以看出, 随着粉煤灰含量的增加, 最佳含水量也在不断增加, 整个曲线图中, 只有含量从3%到6%变化的时候增长的速率稍微降低一些, 其他含量情况下两者几乎成线性关系。
综合上述两个实验的结论, 在粉煤灰掺量9%, 含水量7.5%时制作水泥稳定碎石, 通过养护龄期的变化, 研究粉煤灰和含水量一定时, 强度随龄期的变化规律。具体实验数据如图3所示:
由图3可以看出, 随着龄期的增加, 无侧限抗压强度也在增加, 早期强度增加快, 后期强度增加慢。7d到28d时, 抗压强度从4.4MPa增加到6.5MPa, 增加了1.5倍;从28d到90d, 虽然时间增加了两个月, 抗压强度从6.5MPa增加到7.6MPa, 增加了1.2倍, 增加的速率远小于初期;而从90d到180d的时候, 抗压强度仅仅从7.6MPa增加到8.2MPa。这是因为粉煤灰在水泥稳定碎石中起到两个方面作用, 一是填充作用, 二是火山灰效应。从无机结合料开始搅拌到14d, 粉煤灰只起到填充作用, 水泥稳定碎石的强度主要依靠水泥的水化强度;随着龄期的增加, 粉煤灰开始慢慢水化, 和水泥的水化产物发生二次反应, 形成可以增加强度的胶体, 时间越长, 形成的胶体越多, 从而提高了水泥稳定碎石的无侧限抗压强度。但是到了90d以后, 由于水泥水化产物的不断减少, 二次反应也逐渐减少, 所以强度增加就慢慢变得缓慢。
4 结论
通过以上图表和实验数据可以得出以下结论: (1) 粉煤灰掺量对水泥稳定碎石的无侧限抗压强的影响明显, 随着粉煤灰掺量的增加, 抗压强度逐渐降低。 (2) 粉煤灰掺量和最佳含水量成正比关系, 随着粉煤灰掺量的增加, 最佳含水量逐渐增加。 (3) 在粉煤灰掺量和含水量固定的条件下, 无侧限抗压强度随着龄期的增加而增加, 早期增长速率高, 后期增长速率低。
摘要：研究了粉煤灰变化对水泥稳定碎石无侧限抗压强度和最佳含水量的变化规律。结果表明, 在级配和水泥剂量一定的条件下, 粉煤灰掺量超过9%时, 无侧限抗压强度几乎不能满足规范要求;随着龄期的增加, 抗压强度也随之增加, 早期增加速率快, 后期增加速率慢。
关键词：粉煤灰,水泥稳定碎石,无侧限抗压强度,龄期
参考文献
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水泥粉煤灰碎石桩法 第9篇
水泥粉煤灰稳定碎石基层施工包括原材料进场检验、保存、拌和、摊铺碾压、养生。另外混合料施工配合比也是保证水泥粉煤灰基层施工质量控制的关键。本文结合S304线华庄公路水毁处治工程, 对路面基层水泥粉煤灰稳定碎石施工工艺, 质量控制等问题进行讨论。
1 原材料准备
用于水泥粉煤灰稳定碎石基层的水泥、粉煤灰、碎石等原材料, 其检测指标除满足《公路路面基层施工技术规范》 (JTJ034-2000) 要求外, 还应符合下列技术要求:
1.1 粉煤灰中Si O2、AL2O3、Fe2O3的总含量≮70%, 其烧失量≯20%。
粉煤灰中不能有结块及杂质, 从而影响基层的整体质量。粉煤灰最大含水量≯35%, 如在雨季施工, 应设棚防雨加强覆盖。
1.2 碎石应采用质地坚硬、级配良好的合格碎石。
碎石粒径不应大于31.5mm, 压碎值≯30%, 碎石的级配必须良好, 确保混合料摊铺时不至于离析, 影响混合料的强度。
1.3 各档集料存放时堆放点交界处用砌墙分隔以免相混。粉煤灰要加盖篷布以保证其干燥。
2 混合料组成设计
2.1 施工配合比
施工配合比是影响水泥粉煤灰稳定碎石基层质量的关键因素。目前规范对高等级公路水泥粉煤灰稳定碎石基层的强度要求较高, 其
7d抗压强度≮0.8MPa~1.1MPa。
在华庄路水毁处治工程中基层配合比的设计主要确定二灰 (水泥、粉煤灰) 与集料 (碎石) 的重量比, 经标准实验室和工地实验室多方验证:水泥粉煤灰与碎石重量比为12∶88~22∶78, 含石量应在78%以上, 细集料含量不能超过22%, 二灰中水泥粉煤灰重量比为1∶2~1∶4, 二灰中粉煤灰掺量越高, 其初期强度越低, 3个月龄期的强度增长幅度越大。
2.2 施工工艺及技术要求
水泥粉煤灰稳定碎石混合料必须采用拌和机械集中拌和, 摊铺机铺筑, 防止水分蒸发和产生离析, 碾压和整型的全部操作应在当天完成。施工工艺:测量放样—人工培路肩土方—拌制混合料—运输混合料—摊铺机摊铺混合料—测量标高精平—振动压路机碾压—封闭交通洒水养生—质量抽查。
2.2.1 拌合
拌合机械必须选择性能良好、配有电子计量、电脑自动控制的稳定土拌合机。
拌合机在拌合过程中要严格监控水泥粉煤灰和细集料的含水量波动情况, 并据此及时调整其目标进料量, 否则将影响配料的准确性, 进而影响水泥粉煤灰稳定碎石基层的质量, 最大含水量应控制在6%~7%, 必须提前对粉煤灰加水, 加水严禁直接浇灌, 应采用喷淋。另外, 还应定期对拌和机的计量装置的精度进行标定;对水泥粉煤灰稳定碎石基层7天抗压强度的检测结果进行跟踪, 及时发现情况分析原因, 采取有效措施加以调整和纠偏。
2.2.2 摊铺
水泥粉煤灰稳定碎石基层摊铺采用沥青混凝土摊铺机或稳定土摊铺机。摊铺机最大摊铺宽度控制到9.0m。
水泥粉煤灰稳定碎石基层摊铺中线处可采用枕木或工字钢, 这样能确保基层边部压实度。为保证水泥粉煤灰稳定碎石基层的摊铺标高, 摊铺机必须配备均衡量自动找平。
2.3 摊铺应注意事项
2.3.1 松铺系数
松铺系数与混合料的含水量及摊铺机夯锤的激振力有关。该数据用于指导二灰碎石基层的施工, 控制基层的摊铺厚度。施工过程中如混合料的含水量发生变化, 松铺系数可稍作调整。水泥粉煤灰松铺系数一般在1.25~1.32之间。
2.3.2 严格控制混合料的含水量
混合料含水量过大可造成碾压时反弹, 表面出现轮迹等, 影响表面的平整度;含水量过小, 易使混合料在摊铺过程中发生离析, 表面碾压不密实, 影响水泥粉煤灰基层的板结成型。含水量宜控制在6%~10%之间, 具体要根据施工最佳含水量和施工环境的外界温度灵活掌握。
2.3.3 摊铺机行驶
行驶速度要均匀, 不可忽停忽开, 造成表面出现波浪形, 影响水泥粉煤灰表面的平整度。
2.3.4 摊铺
使用一台沥青混凝土摊铺机单幅全宽度摊铺时, 中间送料口至两端距离较长, 在螺旋布料器螺杆向两端布料过程中, 端部混合料易产生离析, 造成边部粗料多, 细料少, 范围约两边各50cm左右, 碾压后强度较低, 影响基层整体质量, 使用两台稳定土摊铺机则可较好地避免此类问题, 因此如条件具备, 应优先选择采用两台稳定土摊铺机。如采用一台沥青混凝土摊铺机, 应适当提高混合料的含水量, 控制在8%~12%, 可有效保证边部不至离析。
2.4 碾压成型
成型碾压是水泥粉煤灰稳定碎石基层施工中的关键环节, 施工中应从下面几个方面加以考虑:
2.4.1 选择适宜的碾压组合方式
水泥粉煤灰稳定碎石基层大面积施工前, 应先通过试验段确定压路机的吨位、数量、碾压变数及合适的碾压组合方式。选择依据为科学、合理、优先满足强度的条件下考虑经济。碾压顺序一般为双钢轮压路机静压一遍, 然后采用振动压路机振动碾压4~6遍, 最后采用双钢轮压路机静压一遍, 用以消除表面细小裂纹, 并使表面光滑。碾压过程中应使压路机驱动轮朝向摊铺机方向, 由低处向高处碾压, 确保水泥粉煤灰稳定碎石基层顶面的横坡度。
2.4.2 严格掌握碾压的时间
由于水泥粉煤灰稳定碎石基层混合中掺加了水泥, 因此摊铺后应及早进行碾压, 须水泥初凝时间内完成拌和、运输、碾压至成型。为了保证有效的施工时间, 水泥可采用缓凝水泥。
2.4.3 认真处理施工工作缝
压路机沿路线方向分段碾压时, 每一轮间应向前错开1m~2m, 钢轮停止时方向应与线路横向约45°, 同时碾压下一段时应配合人工处理接头, 并用3m直尺寸严格检查, 确保接头处顶面平整度。
2.5 养生及其他问题
2.5.1 养生:
水泥粉煤灰稳定碎石基层碾压成型后, 应及时养生, 期间应始终保持其顶面湿润, 可覆盖养护, 养生时间≮7d, 养生期间除洒水车外严禁其它车辆通行。养生期满后的水泥粉煤灰稳定碎石基层如果不能及时铺筑沥青混凝土面层, 应继续覆盖, 定期洒水, 发免造成其顶面干缩裂纹。
2.5.2 其他问题:
水泥粉煤灰稳定碎石基层设计厚度在30 cm以上时, 必须分两层进行摊铺, 摊铺上层时应采用有效措施保证下层质量;基层施工前, 应先对底基层进行检查, 底基层出现病害的病害必须处理, 以保证二灰碎石基层的质量。
3 结束语
水泥粉煤灰稳定碎石基层以其原材料丰富, 后期强度高, 力学性能、整体性、水稳性好, 施工简便、施工机械化程度高等优点, 越来越广泛地被高等级公路路面基层所采用, 施工机械化程度的提高, 大大减轻了劳动强度, 其施工工艺已趋出于成熟。只要把好原材料质量关, 合理选配混合料, 按铺筑试验工艺及参数指导施工, 同时加大检测力度, 其施工质量即可得到有效控制。
摘要：本文通过对水泥粉煤灰稳定碎石基层施工过程的详细介绍, 阐述了二灰碎石基层施工质量控制措施。
关键词：二灰碎石基层,拌合,摊铺,成型
参考文献
[1]省道304线华亭至庄浪二级公路水毁处治工程一阶段施工图设计文件.甘肃交通规划设计院, 2008, 3.
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[5]交通部公路科学研究院主编.公路工程质量检验评定标准 (第一册土建工程) (JTG F80/1-2004) 人民交通出版社2004年.
水泥粉煤灰碎石桩法 第10篇
关键词：水泥,粉煤灰,稳定碎石,基层
0引言
在我国高等级公路修筑的过程中, 水泥稳定类材料和二灰稳定类材料作为路面基层材料被广泛的应用。但是, 水泥稳定类材料也有缺陷, 其抗裂性较差。二灰稳定类材料的施工工艺较复杂, 同时其早期强度较低, 这些缺点都严重影响着公路的质量。在二灰稳定类材料掺入水泥能够有效地提高材料的早期强度。水泥粉煤灰稳定碎石基层材料不仅提高了基层材料的早期强度和抗裂性, 同时还能取得很好的经济效益。
1原材料的质量要求
水泥:采用符合规范要求的普通硅酸盐水泥, 初凝时间不得早于45 min, 终凝时间不得>6.5 h。
碎石:最大粒径为20 mm, 其中扁平、长条粒径总量<20%且不含粘土块、植物及有害物质, 集料压碎值<30%。
石屑:专门轧制的粒径<5 mm的细石集料。
粉煤灰:符合规范要求的粉煤灰。
水:符合规范要求的饮用水。
2施工机械
16T、22T振动压路机、25T轮胎压路机、洒水车、自卸车、装载机、ABG摊铺机。
3施工工艺
3.1 混合料的拌和
严格按设计配合比拌和。经常量测运料汽车中的混合料含水量如实作好记录, 出厂时的混合料的含水量视运距、气候情况应大于最佳含水量大0.5%～1%。并根据当天温度情况注意调整。
操作手持证上岗, 明确岗位责任, 严格操作规程拌和过程, 要求混合料均匀, 颜色一致, 无粗细集料离析或集中现象, 水泥均匀地裹覆在矿料颗粒表面。
拌和注意事项:混合料在储料仓中要有一车半以上的储料, 方可卸入运输车, 同时, 分堆卸入车箱内。对仪表控制盘显示的水泥用量和材料用量, 作出数理统计分析, 得出相关系数, 指导生产。工作人员及时、认真地作出完整的运输记录、生产过程记录。
3.2 混合料的运输
混合料运输要考虑拌和能力、运输距离、道路状况、车辆吨位, 合理确定车辆数量。拌和机向车厢内卸料时, 每卸一斗混合料后, 汽车向前移动一下位置, 以减少混合料中粗细骨料的离析现象发生。
运输车用苫布覆盖, 防止水分散失、雨淋或受到污染, 以免影响工程质量和造成浪费运送混合料的自卸汽车, 后退卸料时, 应在后轮胎与摊铺机接触前10～30 cm处停车, 严防撞击摊铺机, 然后汽车挂空档等候摊铺机推动前进并卸料。
自卸车卸完混合料后, 如有粘结在车厢内的混合料剩余物, 严禁随意乱倒, 更不准倾倒在已铺或未铺的路面上, 应倒在指定地点。
3.3 混合料的摊铺
在准备就绪的下承层上, 将摊铺机就位于正确的位置上。用细线在道路两侧的基准钢丝上崩紧, 得出道路摊铺横坡和高程, 并按此高程在摊铺机熨平板下用方木垫平。将摊铺机熨平板放在硬木板上, 操作手将电脑调试好, 感应器放在两侧边线支好的钢丝上后打开电脑开关。
摊铺机开始摊铺时操作手及时用3m直尺检查摊铺好的混合料平整度。与两侧基准线对比, 如有出入及时调整。摊铺机后配合人员将混合料局部出现的粗细集料修整完好。但应注意, 除了操作人员外严禁其他人员踩踏未碾压的混合料。
摊铺机受料斗前配合两个人员及时清理自卸车卸料时撒落在摊铺机两侧的混合料。并特别注意摊铺机覆带下不能有混合料以免造成摊铺机行进时产生忽高忽低现象, 影响摊铺质量。摊铺时设专人指挥卸车, 并注意自卸汽车开出施工现场时不能碰撞或碾压基准钢线。摊铺时摊铺机前运料车不能少于5辆, 减少或避免摊铺时频繁出现停机, 影响摊铺平整度。
3.4 混合料的压实成型
先用双钢轮振动碾进行稳压, 静压1遍再振压1遍, 后用16T或22T振动压路机压至规定密实度。碾压时, 直线段由两侧路肩向路中心碾平, 平曲线段由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。
碾压时, 重叠l/2轮宽, 后轮超过两工作段的接缝处, 后轮压完路面全宽时, 即为1遍。在规定的时间内碾压到要求的密实度, 同时没有明显的轮迹。
碾压遍数、碾压速度等参数以试验路段确定的参数为准。碾压过程中, 水泥粉煤灰稳定碎石的表面须始终保持潮湿, 如表层水蒸发得快, 及时补洒少量的水。如有“弹簧”、松散、起皮现象, 及时翻开重新拌和或挖除后换填合适混合料。
严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车, 以保证稳定料基层表面不受破坏。碾压完成后及时安排人员将污雨水检查井及收水井上钢板挖出来。待该段水稳层施工完毕后, 及时升高井筒并对井周进行特殊加固处理。
水泥粉煤灰稳定碎石从加水拌合到碾压结束的延迟时间控制在3～4 h。遇有特殊情况必须延长时间, 亦不得超过终凝时间。因此, 必须采取流水作业法, 各工序间紧密衔接, 尽量缩短从拌合到完成碾压的施工时间。
3.5 混合料的接缝及养生
接缝:本工程道路采用双机联铺, 对于横向接缝, 当天的水泥稳定级配碎石施工完成后, 将已完成压实段末端切成垂直断面。第二天施工时摊铺机熨平板直接放在上一段切缝段上, 加垫适当的虚铺厚度。摊铺后及时用3 m直尺检查, 确保接缝平顺。
养生:每一段水泥稳定 碎石基层碾压完毕, 压实度经检验合格后即开始养生。采用洒水法养生, 养生时间不少于7 d。天气炎热时水分蒸发快, 养生期间洒水车勤洒水, 时刻保持基层表面湿润。养生期间除洒水车外, 禁止其他车辆、机械通行。
参考文献
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