淺談粉噴樁在公路軟土路基處理中的施工

摘要:粉噴樁是軟土地基處理的深層攪拌樁，主要用于淤泥質土、粉土、飽和粘生性土等承載力低的深層軟弱地基處理中，近年在公路、鐵路的路基處理中廣泛應用，它有提高軟土地基承載力，減少地基沉降的作用，具有施工工期短，成本低的特點。文章主要介紹粉噴樁在某公路建設中的應用。

關鍵詞:粉噴樁 軟土 處理 應用

1 工程概況

某高速公路22標位于重慶彭水縣境，K52+550～K52+900設計為粉噴樁處理軟土地基。該地區屬低山丘陵地貌，地形波狀起伏，溝槽多為沖積填充，表層有粉質黏土、松軟土，褐色，飽和，呈塑狀，局部流塑狀，為層狀和透鏡狀分布。土體的天然含水量Wn=40%，天然容重ρ=17.5KN/m3，抗剪強度Cu=10Kpa，內摩擦角Φu=5°，軟土厚度4.0～8.0m。底部基巖為風化嚴重的泥巖夾砂巖，局部巖面傾斜。

設計粉噴樁間距1.2 m，正三角形布置，加固深度4.0～8.0m。

2 施工準備

2.1 機械設備準備 主要施工設備:目前應用較為廣泛的有國產SP-5系列粉噴樁機，它均配有自動深度記錄儀及灰量記錄儀。某二標選用兩臺SP-5BG型樁機，這種樁機為電力驅動步履行走式，主機功率45KW，整機重18T，樁機可加固深度18m，成樁直徑50～100cm，日生產能力為成樁300～400m。樁機輔助配有儲壓罐、空罐、空壓機等設備。儲灰容量1.3m3。樁基進場后須對機械設備檢修，完好后安裝定位，正式施工前，為了準確記錄樁的每米噴灰量及噴灰總量，以保證成樁質量，須對灰量自動記錄儀進行標定，記錄儀的標定一般在工地現場通過加減載調試完成。

2.2 場地準備 粉噴樁施工地段表層通常為軟弱地層，有沼澤、水田，魚塘等軟性淤泥地表。表層不經處理，很難承載樁基設備。該標段粉噴樁施工區地表均是農田，且常年積水，為多年耕種腐植土。施工前需在施工范圍內外挖截水溝和排水溝，排除地表明水，必要時清除表層淤泥，然后根據地表的軟硬程度鋪上一定厚度的硬土或細砂，厚度一般在0.5～1.0m，以增加地面的承截力，便于技術放樣和施工操作。

2.3 技術準備 施工前需進行原狀土室內配比試驗及現場試樁，以確定加固土的性質、施工參數及施工工藝 室內配比試驗:取原土進行室內水泥與土的配比試驗，使用水泥可選用不同品種(普通硅酸鹽水泥、礦碴水泥、火山灰水泥及特種水泥)、不同標號的水泥。水泥加固料摻入量根據要求可選用7%～20%。水泥摻入比αw(%)=(摻入的水泥重量/被加固軟土的天然重量×100%)

根據設計要求，0.5m樁徑每米樁水泥用量不少于52㎏，該標段施工區段土體天然容重17.5KN/m3，即0.5m樁徑每米加固土重量343.6㎏，我們分別按每米樁水泥用量48㎏、50㎏、52㎏、54㎏、56㎏(即水泥摻入比分別為:14.0%、14.6%、15.1%、15.7%、16.3%)配比制作了五組試件，試模采用5×5×5cm試模。水泥土拌勻入模后表面要蓋上塑料紙，防止水份揮發過快，試件成型后根據水泥土強度決定拆模時間，一般為2～5d，拆模后的試件放入標準養護室養護，90d齡期后進行無側限抗壓強度實驗，本次無側限抗壓強度實驗結果如表1:

試樁:按每米樁52kg水泥用量，打設試樁3根，28d后鉆孔取芯，并分段切取了5組試件送標準養護室養護，90d齡期后進行了試塊無側限抗壓強度實驗，其檢測結果如表2.

本次試樁，考慮借鑒上標段施工經驗及工期等因素，未作復合地基承載力試驗。

根據室內配比試驗及現場試樁的取芯結果，確定了本段粉噴樁425#水泥每米樁用量為52㎏，即水泥摻入比15.1%，送灰風壓不小于0.4Mpa，SP-5B型樁機施工時下鉆速度1.6～2.4m/s，提鉆速度0.6～0.9m/s。

測量放樣:施工前，技術人員需根據設計圖紙要求，確定粉噴樁施工平面范圍，并在四周布設測量控制點及線路中線點，根據控制點及線路中線點用測量儀器配合細線準確放出每個樁位的平面位置，用白石灰作好標記。

3 施工工藝

某紅粉噴樁設計要求樁身無側限抗壓強度不小于1.5Mpa，地基復合承載力檢測不小于180Kpa

3.1 施工工藝流程

3.2 樁機對位、調平 路基沉降要求較高，軟基處得的好壞直接影響路基的沉降量，設計及規范要求軟基處理粉噴樁施工要求如表3:

技術人員對樁位施放準確后，樁機對位的準確度直接影響成樁軸線的偏差，對位時必須有一人指揮，操作人員操縱樁機水平油缸使鉆頭對準點位。

成樁長垂直度是影響復合地基承載力的直接因素，并且影響成樁抽芯取樣的結果，成樁傾斜較大的樁，取芯時很容易鉆取樁間土，影響樁的檢測評估結果。在現場操作時，通過在樁機塔架懸掛垂球配合磨盤上水平尺來檢查鉆桿的垂直度，以盡量減少成樁的傾斜，施工過程中應隨時調整因機械振動而產生的偏移與傾斜。

3.3 鉆孔、噴灰 鉆孔、噴灰成樁是粉噴樁施工的關鍵工序樁機對位調平后，機械操作員開始往下鉆進，同時司泵員開始打開送風閥往鉆頭送風。在鉆孔、噴灰工序中關鍵要控制好送灰風壓，噴灰流量。不同的地質情況、不同的深度需要的風壓各不相同，在鉆進及噴灰過程中，要保持風壓高于土層壓力，以防止堵塞鉆頭，但風壓過大會造成風管“爆管”現象，根據施工前的試樁情況，某二標粉質黏土地層施工風壓一般在0.4～0.5Mpa，如果土層粘性較大時可適當增大風壓。司泵員要根據鉆進速度及深度隨時調整風壓的大小。

粉噴樁施工是將加固粉料通過高壓氣流壓入軟土地基，利用鉆頭葉片的旋轉使加固粉與土攪拌均勻，此時水泥中礦物質(硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等)很快與軟土中的水發生水解和水化反應，水泥的水解和水化反應即減少土體內含水量又形成細分散狀的膠體物質，從而起到對軟土的加固作用同，加固料通常為干粉水泥，必要時加入一定比例的速凝劑。粉噴樁施工加固粉料噴送的均勻性和連續性直接影響粉噴樁是否縮徑或斷樁。在操作中，司泵員同機械操作員要事先約好手勢或信號，兩人密切配合，控制好送灰流量，操作送灰閥不僅要確保每米的噴灰量而且要保證噴灰的均勻性和連續性，以保證粉噴樁的質量。

粉噴樁施工過程中，根據不同的地層，不同的深度，鉆進和提鉆速度也不同。在鉆頭提近地基持力層時，由于土體內顆粒變粗、硬度增大，地層對鉆頭的阻力增大，樁機電流明顯升高，電流的升高也是判斷鉆頭是否接近持力層的依據，此時鉆機需換低擋降低鉆進速度，以防止“卡鉆”或因超負荷電流過高燒壞電機。提鉆噴灰是將加固料送入樁體的過程，直到樁的設計停灰面停止噴粉，停灰面一般在地面下30～50cm。在提鉆噴粉過程中，為了使水泥與土充分攪拌均勻，應采取慢提慢噴，提鉆速度一般控制在0.6～0.9m/s。

3.4 成樁復攪 復攪是粉噴樁施工的必要工序，粉噴樁施工鉆進時通常不噴粉，鉆頭到達持力層后再噴粉提鉆，到設計的停止噴粉，但通過一次噴粉攪拌，水泥與土難以攪拌均勻，必須通過復攪來提高加固土的均勻度。第一次噴粉攪拌后，水泥與土的水化作用形成不均勻的結核顆粒，使水泥加固土對鉆桿的摩阻力大大增加，尤其是粘性地層，在攪拌時常會出現“粘鉆”現象，增加了復攪的難度，實際施工時，樁底1/3段采取慢提慢噴，一次成樁，樁身上部2/3樁長采取灰量一次噴足二次攪拌的原則，使水泥與土盡量攪拌均勻，所以在實際施工時只對上部2/3樁身部分進行復攪。

成樁后作好樁頭的養護，視土體含水情況需要時適當在樁頭撒水，嚴禁機械進入場地擾動樁頭。

3.5 樁頭處理 粉噴樁施工完畢后，樁頭的處理也是地基承載力及上部結構沉降是否滿足要求的關鍵。樁身達到設計強度后，將浮樁及地面50cm左右樁間土用人工清除，再換填級配碎石或砂卵石(中間一般夾一層土工格柵)，以增加地基的整體性，形成復合地基。清理樁頭應使用人工，切勿用機械，以防損壞樁頭。

4 粉噴樁檢測

該標段共施工粉噴樁5291根，樁長共32120m，檢測中心對已施工的粉噴樁進行鉆芯取樣及復合地基承載力檢測。

4.1 鉆芯取樣 鉆芯取樣是隨機選取規定數量(1%)已養護好的粉噴樁，去除浮樁頭后用鉆機連續鉆取樁芯(1/4D處)，觀察其水泥土固結的程度、均勻性、連續性，并從樁心分段切取5×5×5cm試快，作無側限抗壓強度實驗。某二標鉆芯取樣共60根，樁芯強度均大于1.5MPa，平均2.15Mpa，評估合格率100%，優良率97%。

4.2 復合地基承載力檢測 粉噴樁復合地基承載力是通過樁頂級配碎石及土工格柵讓樁和樁間土共同承受上部壓力，復合地基承載力檢測是測算這種復合地基沉降變化趨向于0時的最大承受荷載。

實驗時取6×6m范圍，鋪上50CM厚級配碎石(中間夾一層土工格柵)，表面要平整，同時使一樁頭位于中心，實驗用傳感器、千斤頂、承載板和中心樁的中心要保持垂直在同一線上，復合地基的加載采用圓形承載鋼板(1.2m樁間忠距板徑1.4m)進行加載，承載板上千斤頂和傳感器控制加載大小，通過安裝在承載板上的千分表(3個)讀取其沉降值，取平均值后與每級加載的荷載大小得到荷載與沉降的P-S曲線，通過荷載與沉降P-S曲線得出復合地基的承載力。

為了使實驗檢測盡量接近復合地基的實際受力情況，千斤頂的加載采取分級加載，一般每級加載25Kpa，每6小時加載一級(快載實驗每2小時加載一級)。

通過對53根粉噴樁進行了復合地基承載力檢測，其結果最小為210Kpa，最大270Kpa，均大于設計要求的180KPa。

參考資料:

[1]《粉體噴攪法加固軟弱土層技術規范》(TB10113-96).

[2]《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》(JTJ017-96).

[3]壟曉南，地基處理手冊[M]北京:中國建筑工業出版社.2000.