浅谈粉喷桩在软基处理中的施工控制

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　　摘要：针对软土地基高填方路填土沉降难以控制，通过国道324线东南花都至东泗公路粉喷桩处理软土地基的成功实践，旨在介绍粉喷桩的施工过程中取得的经验和检测手段。
　　关键词：公路工程；软基处理；粉喷桩；控制
　　0前言
　　 国道324线东南花都至东泗公路路基工程K7+360-K8+300段线路位于山前冲积阶地，地形较为平缓，沿线多为耕地，池塘散布，地表水较发育。该段软土成因复杂，构成多元土结构，空间分布差异大，层位复杂。软土的厚度变化大，性质差异大。根据沿线地基勘探表明，分为三个地质层：I层软塑状低液限粘土，分布连续，深度0―2.4m。II层以流塑状淤泥低液限粘土为主，局部为淤泥质低液限性粉土，间夹低液限粉土质砂、低限粘土，深度为2.4―7m左右。III层以软~硬塑状低液限粘土为主，间夹中密状低液限粉土质砂，压缩性低，深度为7―10m左右。
　　 通过计算分析路基沉降和稳定性，对于软土厚度大于3m和基底下卧层有软弱夹层路段进行深层地基处理，设计上采用粉体喷射搅拌桩（干法）处理软基，通过粉喷桩的间距来控制路基的工后沉降。
　　1施工原理
　　1.1原地基结构
　　 原地基的结构表明：天然含水量、天然孔隙比的偏大，使得天然土的承载力偏低。通过粉喷桩处理以提高地基的整体承载力。桩体中的水泥土表明：水泥土强度与水泥水化物中的水化硅酸等水化物（CSH）的生量成正相关关系，CSH在水泥土中的作用是胶结作用，从而达到减少原天然土孔隙比的效果，同时水泥土含水量比掺灰前天然土的含水量要降低4%―8%
　　1.2粉喷桩施工
　　 粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称，就是利用专用的喷浆搅拌钻机将水泥和其它固化剂经加水搅拌成浆后喷入软土地基中，并将软土与固化剂强制搅拌，形成土和掺合料的混合物。通过水泥的水解水化作用，使其产生一系列的物理-化学反应，使软土结成具有一定强度的水泥桩体从而达到提高软土地基承载力的一种施工方法。由于粉喷桩具有能有效减少地基沉降量、能承受较大的加荷速率、抗侧向变形能力强、可大大缩短施工期等优点，目前在高等级公路建设领域应用得较为广泛。
　　2施工工艺流程
　　 采用粉喷桩专用机械设备，打深能力不少于15m，成桩桩径50cm，本项目采用“两喷四搅”的施工工艺。工艺流程：桩位放样→深沉搅拌钻机就位→检验钻机整平机体→高压气打开喷粉孔→钻进到设计深度→反转提钻并喷水泥粉→至原地面以下50cm停止喷粉→重复搅拌→反转提升至地表→成桩结束→清洗管路及搅拌头→机具移位→进行下一根桩的作业。
　　3设计参数
　　3.1强度参数
　　 28天龄期取芯无侧限抗压强度R28不小于1.2Mpa，90天做静荷载试验，单桩承载力大于140Kpa，复合地基承载力大于120Kpa。
　　3.2沉降控制标准
　　 一般路堤工后沉降控制标准为0.2m；涵洞通道结构物处工后沉降的控制标准为0.2 m。
　　3.3施工允许偏差
　　 现场施工检验应严格按《公路路基施工技术规范》执行（见下表1）
　　 表1
　　
　　4.1原材料
　　 粉喷桩加固材料选用42.5级普通硅酸盐水泥，项目部对水泥的采购、贮存及使用统一管理。水泥进入工地后存放在水泥棚中，为了避免水泥在棚中受潮，在地面上搁置木板支架作支垫。水泥入库、出库后严格登记水泥台帐，以便在施工时能及时核对每天完成的喷粉桩数量和水泥用量是否相符。每批水泥进场后，项目部实验室及时按频率抽检，检测水泥各种物理性能，必要时送总监办抽检。
　　4.2掺灰量配比确定
　　4.2.1土样物理性质实验试桩前，项目部试验室将分别选取有代表性位置进行钻孔取不同层面的天然土样。对取出的土样进行物理性质的实验（见表2）：
　　 表2
　　
　　4.2.2掺灰量的确定通过室内55kg/m 、60kg/m、65kg/m三种灰剂量的配比和试件抗压强度试验发现：随着水泥掺量的增加，试件的无侧限抗压强度明显增加；且不同掺灰量的水泥随着龄期的增长，其无侧限抗压强度明显增加。项目部在保证质量、节约成本的前提下，选用60kg/m的掺灰量。
　　4.2.3通过室内配合比进行试桩通过试桩来确定搅拌次数、喷灰量、下钻的速度、提升速度及水泥泵中水泥粉压力等参数。本标段试桩共10根，且必须待试桩成功后方可进行大规模的粉喷桩施工，试桩后芯样的无侧限抗压强度作为桩身的标准强度。
　　4.3检测机具
　　 施工之前应先检测粉喷桩钻机上的计量器和打印设备的完好性、准确性。电脑计量器必须送往市以上的计量单位标定、校核，贴标签进行密封后方可施工。
　　4.4场地整平
　　 本项目粉喷桩均处于鱼塘处，为了保证施工设备在施工现场能顺利施工，整平场地十分重要，对原有的鱼塘进行必要回填、整平。
　　4.5配备相应的标志牌
　　 如施工技术参数标志牌，施工责任牌等。粉喷桩在施工过程中，项目部技术人员采用24小时全过程轮班旁站，业主和总监办24小时随时检查，按标志牌的内容与现场进行核对。
　　5施工控制
　　5.1施工放样在粉喷桩施工前，根据路基宽度和设计参数在施工平面画布桩图。依布桩图放出施工区域大样，在每区域按设计桩距进行桩位放样。
　　5.2现场控制项目部派专人负责粉喷桩的施工，要求粉喷桩施工进行24小时全过程旁站，且所有施工人员（包括技术员、施工员、机长）要求挂牌上岗，施工设备要求进行编号，主机塔架上标每米的刻度线（要求有反光标志），以便掌握钻入深度、复搅深度、复搅速度。
　　5.3为保证施工完桩体的竖直度能满足设计或规范要求，在主机塔架上挂一重锤，通过钻机支腿的升降来调整主机塔架的竖直度，从而确保钻杆和桩体的竖直度。
　　5.4检查机具现场施工人员开钻前检查钻机的计量器和打印机的完好性、准确性。随时检查施工完每根桩打印出的电脑小票的各项技术参数，对不符合设计要求的桩体及时采取补救措施。
　　5.5现场施工控制
　　5.5.1控制钻机速度钻机以慢速启动钻进，正常后换中速钻进，当钻头接近设计深度时挽回慢速钻进，钻头在原位转动1min。为保证钻杆中送粉通道的干燥，从钻进开始到喷粉期间应连续输送压缩空气。
　　5.5.2提升喷粉搅拌在确认水泥粉喷至孔底后，以0.8m/min的速度反转提升，在提升的同时连续喷粉。当提升到设计停灰标高后，应慢速在原地搅拌1－2min。
　　5.5.3重复搅拌为保证桩体中水泥粉更均匀，须再次将钻头下钻到设计深度，提升复搅时，速度仍控制在0.8m/min。
　　5.6现场施工应注意事项
　　5.6.1每根桩完成后，及时检查电脑小票中的各种技术参数。如出现桩体中喷粉量不足时，应及时整桩复打，复打的喷灰量应不小于设计喷灰量。如出现机械故障喷粉中断时，必须复打，复打重叠应超过1m。
　　5.6.2严格控制喷粉提升时的速度和复搅速度，严禁尚未喷粉的情况下提升钻杆作业。
　　5.6.3贮灰罐容量应超过一根桩的灰量加50kg，当贮灰量不足时，不得对下一根桩进行施工。
　　5.6.4施工过程中复搅时可能会出现卡钻头现象，因为经喷过粉的粘土与钻头的磨擦阻力增大，从而出现卡钻现象。可以采用复搅时沿钻杆加水减少磨擦阻力，以满足整桩复搅的需要。
　　5.6.5钻头经过一段时间施工后，应卸下来检查其尺寸，保证打出的桩体的尺寸能满足规范要求，当钻头直径的磨损量大于10mm时 ,应予以更换。
　　5.6.6粉喷桩固化剂是水泥粉。为防止喷粉时堵管，不仅要保证水泥不受潮，还应该在储灰罐进口处设滤网，防止结块的水泥或杂物进入储灰罐。

　　5.7现场技术人员、施工人员的职责：
　　 现场施工技术人员，施工人员严把喷粉量、提升速度及风压三个参数关、以确保粉喷桩的成桩质量。并做好现场记录，及时整理资料并核对电脑小票中的各项技术参数，并确保桩距和数量均满足设计要求。
　　6完成桩体的质量检验
　　6.1对成桩7天的粉喷桩检测
　　 对成桩7天的粉喷桩，随机按规定频率进行以下几项检测：
　　6.1.1外观检测破去桩头0.5 m表层水泥土，进行外观检测，检测外观是否圆顺、水泥土是否密实、搅拌是否均匀。
　　6.1.2用N10轻便触探仪进行强度检测触探部位距桩头标高以下10 cm、150cm、270cm开始触探，每10 cm触探击数应大于30击，连续触探30cm，累计不少于100cm，对达不到触探击数要求的粉喷桩，待28天龄期进行钻芯取样检测。
　　6.2 28天龄期的粉喷桩按5%频率钻芯取样检测
　　6.2.1通过钻取的芯样检测桩体喷粉和搅拌是否均匀、桩体有没有断粉现象，桩长是否达到设计要求。
　　6.2.2对芯样进行加工、磨制成等高试件做无侧限抗压强度，尽可能在芯样上、中、下三个部位各磨制一组，一组三个试件，根据三个试件的代表值评定桩体强度。
　　6.3单桩和复合地基承载力检验
　　 通过28天钻芯取样检测评定不合格的施工面，将采用静荷载试验，检验复合地基承载力或单桩承载力。静荷载试验每施工面不小于3点，取三点的代表值确定其是否满设计要求。
　　7现场采集数据及结果分析
　　7.1经检测部门做28天的取芯检测
　　 芯样光洁、连续、无断桩现象，桩长均能满足设计要求，芯样磨制出的试件做抗压试验均能满足设计要求（见表3）
　　 现场强度检测数据表(单位:kpa)表3
　　
　　
　　
　　7.2路基施工完后，经6个月时间的加载预压
　　 市交通质监部门对路基作最后的沉降观察：实际的工后沉降量均少于原理论计算的沉降量，从而达到减少工后沉降的目的。
　　8结语
　　 粉喷桩是一项比较难以控制的施工工艺，但本项目18万延米粉喷桩施工中，严格按照上述控制方法进行施工，通过质监部门的检测评定，所有的粉喷桩工程均达到优良工程。
　　
　　参考文献
　　[1] 公路路基设计规范（JTG D30―2004）
　　[2] 公路路基施工技术规范（JTG F10―2006）
　　[3] 公路软土路堤设计与施工技术规范（JTJ017-96）
　　[4] 建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）
　　[5] 粉体喷搅法加固软弱土层技术规范（TB 10113-96）
　　[6] 国道324线东南花都至东泗公路工程施工图设计文件（中交第二公路勘察设计研究院有限公司）
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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