小議粉噴樁在處理軟土地基中的應用

摘要：粉噴樁處理軟土地基是一種行之有效且廣泛應用的工藝手段，與其它軟基處理手段相比，具有施工方便、工期短、工后沉降小（營運質量高）等顯著優點。但從其設計方法及施工質量管理來看，技術難度比較大，如果掌握不好，極易出現偏差，且因其為隱蔽工程，易于留下隱患。但是，只要以科學的態度，嚴格控制其設計方法及施工質量管理，就一定能得到滿意的工程質量。本文結合粉噴樁處理軟土地基的工程實踐，從設計方法與施工質量管理兩個方面詳細闡述了保證粉噴樁工程質量的有效措施，以提高粉噴樁處理軟土地基的設計與施工水平。

關鍵詞：高速公路 軟基處理 粉噴樁 設計 施工

粉噴樁是以水泥為固化劑，利用深層攪拌機械對原狀軟土進行強制攪拌，經水泥與軟弱土之間的離子交換作用、凝結作用、化學作用等一系列作用，而生成一種特殊的具有較高強度、較好特性和水穩定性的混合柱狀體。它與原位軟土層組合成復合地基，對提高軟土地基承載力，減少地基沉降具有明顯效果。下面詳細介紹粉噴樁法處理軟土地基。

1 粉噴樁加固軟基的機理

粉噴樁加固軟土技術是利用水泥作為固化劑，通過專用的深層攪拌噴射機械，將粉狀的膠凝材料噴入地層深部，憑借鉆機回轉鉆頭葉片與原位軟土均勻攪拌混合并吸收地下水，經一系列的物理化學反應，隨著時間的推移，形成具有整體性強、水穩性好和高強度的柱體（即粉噴樁）。使軟粘土硬結形成具有一定的強度、壓縮性和滲透性較低的水泥土固體，從而達到加固路基的目的。

當水泥和軟土拌和后，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發生水解和水化反應，形成水化物。這些水化物有的進一步硬化，形成能吸收大量自由水的水泥石骨料；有的則與周圍具有一定活性的軟土顆粒發生反應，其中鈣離子與軟土礦物表面所帶的鈉離子、鉀離子等進行離子交換，通過離子交換作用和團粒化作用使較小的土顆粒形成較大的土團粒。通過凝硬反應，逐漸生成不溶于水的穩定的結晶化合物，從而使土的強度不斷提高。

通過離子交換作用和碳酸化作用形成了一定范圍的樁周土硬殼層，從而形成了剛度和強度相對較高的水泥土柱體。由于土和水泥水化物之間的物理化學反應過程進行緩慢，因此水泥土柱體的強度隨時間增長而不斷增加。

2 粉噴樁的設計方法及其注意事項

2.1 設計標準

2.1.1 基準期及容許工后沉降

柔性路面設計使用年限為15年，按目前通常的做法，基準期亦為15年，即從開放交通之日起至路面大修日止，所發生的沉降視為工后沉降。其容許值對于一般路段取30cm，涵洞及箱型通道處取20cm，其它人工構造物與路堤毗連處取10cm。

2.1.2 穩定驗算的安全系數

穩定驗算的安全系數以K≮1.2控制。

2.1.3 加載速率

加載速率關系到路堤在施工中的穩定性，設計采用兩種平均速率：粉噴樁處理路段及填高小于極限高度的路段取15cm/d，其余取10cm/d。施工中的速率可根據路堤穩定觀測的結果予以調整。

2.1.4 預壓期

粉噴樁處理的路段預壓期一般采用60d，且一般不需上預壓土，預留沉降量靜置即可。

2.2 粉噴樁的設計

粉噴樁的樁徑一般為50cm，設計的樁長宜穿透軟土層并達到持力層內50cm。樁距與路堤的穩定和沉降量有關，最小樁距宜為1.1～1.2m，樁位在平面上呈正三角形（梅花形）或矩形布置。

為改善路堤底面的受力條件，粉噴樁處理段路堤下宜鋪設30cm左右石灰土墊層（摻灰量以8%為宜）。

經計算，如涵洞、通道位置工后沉降量大于30cm，則其地基宜采用粉噴樁處理，樁間距宜采用1.1～1.2m。對于工后沉降量小于30cm而大于20cm的位置，則其地基采用土工合成材料加筋配合等載預壓進行軟基處理。

經計算，如樁基橋臺位置工后沉降量大于30cm，則對其臺前及臺后地基用粉噴樁處理，再施工樁基礎及進行臺后路基填筑。對于沉降量小于30cm而大于10cm的位置，臺前不用粉噴樁處理而直接做樁基，臺后則采用土工合成材料加筋配合等載或超載預壓進行處理。橋臺處粉噴樁距宜采用1.1～1.2m，處理長度不小于5倍橋臺高度，設置1/4～1/3長度的過渡段，并以采用樁距逐漸增大的過渡方法為宜。

對于一般路基段，經計算如工后沉降量大于45cm，則宜采用粉噴樁處理軟基，樁間距應根據經粉噴樁處理后地基承載力是否滿足要求來確定。如工后沉降量小于45cm而大于30cm，則采用土工合成材料加筋配合等載預壓進行處理。

用粉噴樁處理路段路堤的預壓高度為路槽設計高加預壓期沉降量，即預壓期末（一般為60d）路槽頂面應沉到設計高，鋪筑路面前無需移去預壓土方量，僅需整理路槽即可。

3 施工工藝

3.1 檢查作業條件是否完備

做好前期準備后，對作業條件是否完備做好檢查，具體包括：①具備工程地質勘察報告基礎施工圖和施工組織設計；②施工場地內的地上和地下障礙物已清除或拆遷；③平整場地挖好排漿溝排水溝設置臨時設施；④測量放線并設置樁位標志；⑤根據地質資料，通過原位測試及室內試驗取得地基土、灰土物理力學及化學指標，選取最佳含灰量，作為設計摻灰量，決定設置攪拌范圍，選擇樁長、截面及根數；⑥機具設備已配齊進場并進行維修安裝就位、進行試運轉，進行現場試樁已確定成樁施工的各項施工參數和工藝。

3.2 工藝流程

流程順序：放線定樁位→就位→鉆樁孔至設計深度→邊攪拌、噴粉邊提升鉆桿至樁頂以上50cm→停止攪拌噴粉→全程或局部復攪復噴一次提桿至地面移→至下一樁位繼續施工。

施工前應進行場地整平、樁位放線組裝、架立噴粉樁機，檢查主機正常各部分的連接，噴粉系統各部分安裝試調情況及灰罐管路的密封連接情況是否正常，做好必要的調整和緊固工作；灰罐裝滿料后，進料口應加蓋密封，排除異常情況后方可開始施工。

成樁時，先用噴粉樁機在樁位鉆孔，至設計要求深度后（鉆速為0.57~0.97m/min，一般鉆一根10m長樁約1525min），將鉆頭以0.97m/min速度邊攪拌、邊提升，同時邊通過噴粉系統將水泥或石灰粉通過鉆桿端噴嘴定時定量向攪動的土體噴粉，使土體和水泥或石灰進行充分攪拌，混合形成水泥、水、土或石灰粉混合體。

作業時，機械操作要熟練，噴粉要均勻，水泥劑量及復攪深度應滿足要求。噴粉時最好一次性噴足噴粉量，不得中斷，每根樁宜裝一次灰，攪拌完一根樁。噴粉深度在鉆桿上標線控制，噴粉壓力控制在0.5~0.8MPa。對于樁長較長的樁，應采取措施，保證樁身下端每米的水泥劑量達標。同時，格控制鉆孔下鉆深度，噴粉高程及停灰面，確保粉噴樁深度和噴粉量達到設計要求。深度誤差不大于5cm，水泥噴入量的誤差應小于1%。

從已建和在建的高速公路來看，粉噴樁處理軟土地基是一種行之有效且廣泛應用的工藝手段，與其他軟基處理手段相比，具有施工方便、工期短、工后沉降小（營運質量高）等顯著優點。但從其設計方法及施工質量管理來看，技術難度較大，如果掌握不好，極易出現偏差，且因其為隱蔽工程，易留下隱患。只要以科學的態度，熟悉粉噴樁發的施工流程，掌握其技術標準，嚴格控制施工質量，就一定能取得滿意的工程質量。