粉喷桩处理围堰淤泥质软基施工技术研究

粉喷桩处理围堰淤泥质软基施工技术研究

白雷雷

中交一公局第三工程有限公司北京市101102

摘要：围堰大部分采用土方填筑，只在围堰外侧坡角采用抛石护角，和其它的土石围堰施工相比，施工难度更大；围堰施工采用填筑挤淤方式进行清淤，清淤效果不明显，质量不能保证，围堰作为永久渠堤的一部分，需采用粉喷桩加固处理。通过对围堰粉喷桩处理淤泥质软基进行施工技术研究，可为其它同类工程施工提供参考。

关键词：粉喷桩淤泥；软基；施工技术

1概述

粉喷桩就是以水泥粉作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬接成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。粉喷桩以其施工周期短、预压期短、工后沉降小、成本低廉、工艺简单、可大幅度改变软土性质提高地基承载力等特点，在土建工程及高速公路工程中得到广泛应用。另外，这种技术在软土边坡加固、基坑边坡稳定等方面也有广泛应用。但在推广使用的过程中粉喷桩技术在得到广泛应用的同时，也暴露出很多问题。

采用粉喷桩处理软土地基，即以水泥作为固化剂，利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩，并吸收周围水分，经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体，它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量及保证桥头高填土路基稳定性具有明显的效果，下面结合工程实际对粉喷桩处理软土地基施工工艺与检测方法进行探讨。

2软基粉喷桩处理施工概述

如前文所述，软土路基对于公路建设与公路使用都是十分不利的，所以，技术人员可以采用粉体喷射以及水泥搅拌加固软基的技术，对软土路基进行加固，通常都是利用水泥等作为固化剂，通过特制的深层粉体喷射搅拌机，将粉状加固料用压缩空气输送至钻头，并以雾状喷射到加固地基的土层中。

同时，技术人员再凭借水泥搅拌机的回旋钻头叶片的旋转，在设计中，对软土路基的加固深度进行扩大，和原位软土进行强制的搅拌混合，利用水泥吸水与土壤颗粒发生水解、水化反应并进行阳离子交换等物理化学作用，使软土形成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥柱状体（简称粉喷桩）。

这些强度和刚度较桩周土高出若干倍的柱状加固体与桩间一起构成复合地基，在稳定地基土的同时提高其强度，使地基土的工程性质得到局部改善，从而达到加固地基的目的。

3影响软基粉喷桩质量的因素

3.1在公路建设中，不同的软土路基，往往性质大有不同，所以，技术人员应当先对软土路基的性质进行判断，然后再进行施工，而影响粉喷桩强度的地基土的性状因素主要有以下几种：

（1）土的塑性：粉喷桩适用于多种软弱土，但加固质量与土质有关水泥对于软土的加固效果随其塑性的增加而减弱，土的颗粒越细或高塑性矿物成份越多，水泥土的强度越不易提高。

（2）有机质含量：有机质含量高的软土和泥炭类土加固较困难。当有机质含量超过5％时，为使粉喷桩达到所需强度，需采取加固措施，如采用增加适当的外掺剂粉煤灰、石灰等形成复合的固化剂，提高水泥土的强度。

（3）土中水的影响：土的含水量、水中可溶性盐类对水泥土的腐蚀性和水的酸碱度（PH值）均影响粉喷桩的强度。土的含水量在85％～50％范围内的变化时，含水量的降低对水泥土强度提高的作用显著。土的含水量低于30％时，需添加适当水量以完成水化反应。此外软土含水量增大还会降低水泥土的早期强度。对含水量高的软土，需增大水泥掺入比或掺入适量的石灰膏吸附软土中的自由水份，提高水泥土强度

3.2水泥品种

（1）各种水泥均可用于粉喷桩，但仍有必要适当选用水泥品种，水泥品种的影响主要表现在水泥土早期强度及抗腐蚀性两个方面。在冻土地区，还要重视水泥的抗冻性能。一般情况下，粉喷桩多用325号或425号矿渣硅酸盐水泥。实验表明水泥土的无侧限抗压强度随龄期增长的规律与所用水泥一致，采用后者的水泥土强度比前者可提高约20％～30％

（2）水泥掺入比

桩体强度随水泥掺入比的增大而提高。为了获得必要的强度，不应过低，但aw过高也不经济，一般取10％～15％（对于桩径d=500mm的桩大致相当于喷粉量35～50kg／m）根据需要aw也可能超过20％。

4施工准备

（1）粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料：施工场地的工程地质报告，土工试验报告，室内配比试验报告，粉喷桩设计桩位图，原地面高程数据表，加固深度与停灰面高程以及测量资料等。

（2）场地平整、清除障碍。如场地低洼，应回填粘性土；施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层。若地表过软，则应采取防止机械失稳措施。

（3）施工机具准备，进行机械组装和试运转。

（4）粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。试桩一般为5根，通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。

（5）粉喷桩所用的水泥（425＃普通硅酸盐水泥）应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用，严禁使用受潮、结块变质的加固料。

5施工工艺流程

5.1粉喷桩施工

每个施工现场由于土质的差异，水泥品种、标号不同，粉喷加固质量有较大的差别。因此正式打设粉喷桩之前，均应按施工组织设计确定的施工工艺打设数根试桩，以最后确定喷灰量、送灰时间，提升速度和复喷深度等技术参数。粉喷桩施工工艺流程：机械定位―预搅下沉―提升喷粉搅拌―重复搅拌―移位。

5.2操作步骤为：

（1）深层搅拌机械就位。

（2）预搅下沉（至设计标高）。

（3）搅拌提升，同时喷干水泥粉至地面以下0.5m处（设计桩顶）。

（4）在桩上部的3m长范围内重复搅拌一次（1／3～1／2）桩长、桩上部强度要求较高。

（5）重复搅拌提升，直到离地面下0.5m，上部回填5％灰土（或水泥土）并压实。

（6）关闭搅拌机械移位至下一桩位。

5.3施工注意事项

（1）控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度。

（2）严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。

（3）定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗量不得大于2cm。

（4）当钻头提升至地面以下0.5m时，喷粉机应停止喷粉。

（5）当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉，在第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度不得小于1m。

（6）粉喷桩施工时，泵送水泥必须连续，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录，其用量误差不得大于±1％。

（7）为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，每工作班检查不少于2次，使垂直度偏差不超过1％。

（8）搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录，深度应达到设计要求，时间误差不得大于5秒，施工前应丈量钻杆长度，并标上明显标志，以便掌握钻入深度，复搅深度。施工中出现问题应及时处理、做好记录。

（9）储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg，如储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。

（10）粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等，监理人员应随时检查记录情况。

5.4粉喷过程中常见故障及处理方法

（1）施工中应随时注意喷粉机、空压机的运转情况、压力表的显示变化及送灰情况。若发生断灰或其他故障时，待重新工作后应复喷重叠深度不小于0.5m，重新钻进时钻头不得带泥进钻。

（2）设计上要求搭接的桩体，须连接施工。一般相邻桩的施工间隔时间不得超过水泥的终凝时间。若因某种原因而超过允许间隙时间，应征得设计部门的同意，采取适当的补救措施。

（3）经常清理管路的弯头。接头处，避免产生粘滞、积灰和堵灰现象，在提升喷灰过程中须有自动计量装置，随时有指示喷粉过程中各项技术参数。

5.5质量检测

（1）粉喷桩属地下隐蔽工程，施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响，因而其质量控制要贯穿于施工的全过程，并坚持全方位的施工监理。

（2）施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况，记录其处理方法及措施。

（3）成桩7天内浅部开挖桩头，其深度宜为0.5m，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径。检查频率为10％。

（4）在成桩7天内采用轻便触探仪检查桩的质量，触探点应在桩径方向1／4处，抽检频率为2％。

（5）成桩28天后在桩体上部（桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m）分别截取3段桩体进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验，检查频率为2‰，每一工点不少2根。

（6）成桩28天后，按1‰频率或每一工点不少于2根采用钻孔取芯法对其进行终检。

（7）粉喷桩施工质量允许偏差应符合设计规定。

结束语

粉喷桩处理软土地基是当前最常用的方法之一，粉喷桩和桩间土在变形协调作用下，共同承担上部结构的荷载，提高了地基的承载力和减少了变形。粉喷桩是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。对粉喷桩施工队伍应加强管理，施工中要加强监理，实行全天候、全方位旁站，以确保施工质量；对成桩28天的粉喷桩采用钻孔取芯法、动力解探法等进行检测是行之有效的，一方面可以通过芯样的抗压强度试验掌握桩体的强度，另一方面对整个桩体也是一次全面的检查，从而保障了粉喷桩的施工质量。粉喷桩处理软弱地基具有施工速度快、造价低等优点，随着设计理论、施工工艺和检测手段的不断提高，更有效地发挥这种地基加固法的作用，具有很好的经济效益。

参考文献：

[1]周金鹏.粉喷桩加固高速公路软土路基的机理与设计[D].南京理工大学，2003.

[2]洪勤.浅谈粉喷桩在道路工程软土地基处理中的应用[J].科技信息，2009，（8）.