粉喷桩技术在软基处理中的应用

摘要：粉喷桩是一种效果显著、应用广泛的软基处理方法，本文通过秦皇岛北戴河新区昌黄连接线（昌黎外环-沿海公路）道路工程粉喷桩处理软基的施工实践，总结粉喷桩应用于软基处理的施工工艺、质量控制手段、质量检测方法。通过和其它软基处理方案对比，粉喷桩处理后的软基，克服了涵洞基础沉降，桥头跳车，路基沉降现象，并且快速、经济。

关键词：粉喷桩；软基处理；应用

中图分类号：TU753.3文献标识码:A

1．前言。粉喷桩是利用粉体喷射搅拌机械在钻成孔后，借助压缩空气，将水泥粉等固体材料以雾状喷入需加固的软土中，经原位搅拌、压缩并吸收水分，产生一系列物理化学反应，使软土硬结，形成整体性强、水稳定性好、强度较高的桩体，与桩间土一起形成复合地基，从而提高路基强度。其特点是强度形成快、预压时间短、地基沉降量小。粉喷桩一般用于处理表层软土厚度大于3～4m的软土地基。适宜的土类为淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的软粘土。

2．工程概述

秦皇岛北戴河新区昌黄连接线（昌黎外环-沿海公路）道路工程，设计车速60km/h，道路采用四幅路型式，两侧设置非机动车道，全宽60m。路面结构为沥青混凝土结构，标准轴载BZZ-100,以设计弯沉值为设计指标，土基回弹模量E0=30Mpa。本标段共有3座1-10 m小桥，大桥1座8-24m，中桥1座3-16m，涵洞10道。

本文介绍的一段软基处理，填土高度为10-17.55m。此段工程地形起伏大，发育冲沟洼地，冲洪积物为灰色，淡黄色淤泥质粘土，局部砾粘土，可塑-软塑状。地表软土厚度3-5m不等，下伏全风化花岗岩，中密，呈高岭土状。该软土具有高含水量、高孔隙比、低强度、固结缓慢、沉降大、稳定性差的特点，经土样试验和检测，结果如下：

3．方案比选

根据现场勘测情况，必须进行专门的软基处理，为此分别比较了三种不同的处理方案，具体情况如下：

3.1采用塑料排板及铺砂砾垫层的排水固结方案，经做试验观测，承载力达不到设计要求，沉降量大。

3.2采用土工布及铺砂垫层，经做试验观测，承载力达不到设计要求，且沉降量较大。

3.3选用粉喷桩固结处理，桩尖坐在全风化岩层之上，经试验观测，承载力大于340KPa，沉降量较小，且经济、施工速度快。

为此，决定选择粉喷桩技术进行软基处理。

4．方案的实施

4.1施工前的准备工作

（1）准备施工技术资料。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、室内配合比试验报告、粉喷桩设计桩位平面图、原地面高程数据表、加固深度、停灰面高程以及测量结果。

（2）搞好"三通一平"。施工前应搞好"三通一平"工作，即修通机械进场的临时性道路，架通生活及施工用电，接通生活用水；整平场地，清除桩位处地上及地下障碍物，如大石块、树根和生活垃圾等，施工场地低洼时应用粘性土填平，不得回填杂土。

（3）施工放样。场地整平后，放样人员在认真熟悉图纸的基础上进行施工放样。首先放出路基、构造物的中线和边线，然后根据设计桩位平面布置图定出每根粉喷桩的桩位，并用小木桩做好标记，每根桩的平面误差不得大于5cm。

（4）室内配合比强度试验。施工前应在代表性地段钻取原状土进行室内配合比强度试验。由于该路段上部土层相对较粘，与水泥的搅拌均匀程度较差，所以野外取土宜控制在粘土层内1．5～2．0m，试件分别按l2%、l3%、l4%的水泥掺入比进行配合比强度试验。考虑到工期的要求，试件采用600℃、湿度大于90、24h的高温快速养生法制取。依据试验结果，经分析和比较，决定采用l4%的水泥掺入比施工。

（5）检验、组装、调试机械设备。为了确保施工机械的正常使用，施工前对进场的机械设备应进行严格检验、认真组装和调试。钻机上的气压表、转速表、电流表、电子称必须经过严格标定，不合格的仪表必须更换。为了保证水泥剂量准确，必须请专门的计量单位到现场对每台粉喷机进行校验、标定，标定后任何施工人员不得变动同时粉体喷射机安放的位置与搅拌机施工最远处之间的距离不宜超过60m，不然，送粉管的阻力增大送粉量不稳定。

（6）工艺性试桩。为了克服盲目性，确保粉喷加固地基收到预期效果，在粉喷桩施工前应按设计要求进行工艺性试桩，试验桩不少于3根。目的是通过试验桩检验其设备的适用性，确定成桩的各项技术参数，同时检查、校核室内试验强度。

4.2施工工艺流程

(1)钻机就位。调整钻机平台,确保导向架以及搅拌轴的垂直度,钻头中心与孔位中心应该对准,误差不得大于5cm,钻头磨损量不得大于1cm。(2)预搅下沉。启动钻机开始钻进,先缓慢钻进,待正常后保持转速30r/min,钻进速度为0.5m/min,应该保持匀速钻进。当钻进至超过设计桩底标高10～20cm时停止钻进。(3)提升喷粉。当钻孔深度符合设计要求是,便将钻头调成反转,边旋转边提升。于此同时,粉体发送器开始喷粉,保持送气压力为0.4MPa,送气量为20L/s,并保证喷粉量,单桩的水泥用量与设计用量误差在5kg内。提升与送粉必须保持同步,绝对不允许先提升后喷粉。如果在此过程中,套管漏气或者发生堵管,应该立即暂停喷粉。在喷粉过程中应该注意观察供粉计量仪的数字变化,如果出现明显减少或者突然停止,应该作好记录,以便补粉或者复搅(4)停粉。当钻头提升至距离地面还有0.5m时,应停止喷粉,而改送压缩空气。此时应该降低提升速度,该注意不要将水泥带入最后0.5m的地基内,以免给后期施工造成影响。(5)复搅下沉。为了增强桩身上部的强度,必须进行复搅,深度为5m,若桩长不够5m的应整桩复搅。(6)提出钻杆。方法与(3)同,喷粉结束之后,再检查计量仪,若发现喷粉量不足,应整桩进行复打。

4.3粉喷桩施工质量控制

（1）粉喷桩的施工主要靠人工控制，严格保证按规程操作以保持稳定的施工质量是关键。（2）严格控制水泥的质量。水泥入灰罐前必须经过4目／cm2筛网过筛，以去除杂块，防止堵管。（3）控制好粉喷桩水泥喷入量。通过控制水泥罐的水泥存放量来控制桩的每m水泥喷入量，钻机开机前要检查水泥堆放量，工作结束后要检查水泥剩余量，其差值应与当天工作量基本吻合。（4）根据钻机数量、日工作时数确定日工作量，通过控制日工作进度来控制施工质量。（5）施工中随时抽查是否按试桩确定的参数操作，重点检查水泥用量、搅拌深度、桩长。（6）施工中发现喷粉不足要实行整桩复打，如因停电、机械故障等原因喷粉中断也必须复打，复打重叠孔段大于1m。（7）对每根桩做好详细的施工记录。

4.4沉降和稳定观测

在路基设计中心线和路肩基底同时埋设沉降杯，沉降和稳定观测同步进行。在施工期间，每填筑一层，观测一次，填土间歇期间每天观测一次，每一区域填筑完毕后每周观测二次，在整个观测期间，要注意观测桩的保护，发现问题及时处理，确保测量数据的连续性，观测数据可直接用于计算由于沉降而补加的填方量。

沉降观测结果分析：通过对观测资料进行整理分析，绘制沉降曲线，可动态地掌握路基沉降情况。根据沉降情况及时调整填土速率，从沉降观测曲线来看，沉降已趋于稳定。

从沉降量及时间曲线可以看出，沉降量初期增加很快，40天之后基本趋缓，匀速下沉，且沉降量较小，说明路基沉降比较稳定，软土地基得到了有效的控制。

在整个施工期间，沉降稳定正常，基本上无边坡隆起和侧向位移等现象。路基整体沉降均匀，总体沉降情况日趋稳定。现路基填土已达标高，沉降量已不明显，证明基底的处理效果较好，能够满足设计要求。

4.5质量检测

（1）外观质量检测

成桩7d后，进行开挖自检，开挖深度为1．5m，检查频率为2％。主要检查桩位、桩径、桩距等外型尺寸是否符合设计值。同时观察其颜色是否一致、桩体成形情况、搅拌均匀程度、桩身是否圆顺。

（2）抽芯检测

达到28d强度后，进行抽芯检测，抽检频率为1％。检测的桩随机指定，较均匀地分布于全场，对有怀疑的桩也要进行抽检。检测内容包括水泥分布均匀性、胶结程度、桩身完整性、连续性等。从检测情况看，桩身质量好的占32.1％，较好的占60％，较差的占7.9％。

综合检测结果，粉喷桩的施工质量普遍较好，软土地基强度提高，基本达到处理软土地基的预期目的。

5．结束语

该路段自建成后至今路基稳定、路面平整、桥头和涵台无明显下沉或跳车现象，证明粉体搅拌桩可以有效地减少被加固土体的压缩量，能有效地调整横断面差异沉降，有助于控制不均匀沉降，粉喷桩处理软基取得了令人满意的效果。粉喷桩加固软土地基是一种行之有效的方法，具有施工工期短、无公害、施工过程无噪音、不排污、工后沉降小、对相邻建筑物无不利影响等显著优点，但粉喷桩施工工艺复杂、技术难度较大，而且造价相对较高。由于地质情况千差万别，应通过试桩验证设计参数，特别是通过对不同水泥喷入量的对比，选择经济合理的水泥喷入量，既保证了粉喷桩的质量，也有效地控制工程造价。施工中必须加强监控，才能保证粉喷桩的施工质量。

参考文献

[1]刘玉卓．公路工程软基处理[M]．北京：人民交通出版社，2004．

[2]交通部公路司．公路工程质量通病防治指南[M]．北京：人民交通出版社，2003．

[3]颜海建．粉喷桩加固软土地基[J]．路基工程，2006(5)．

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