水泥粉噴樁基成樁質量分析與質量控制

摘要：水泥粉噴樁是固體加固料水泥與天然地基土的攪拌物，其成樁質量受諸多因素的影響。本文對粉噴樁成樁質量的影響因素進行簡要的分析，提出一些質量控制措施，為粉噴樁的施工提供參考。

關鍵詞：粉噴樁 成樁質量 質量控制

0 引言

近些年來，隨著經濟的高速發展，我國的基礎建設的規模不斷擴大，在高等級公路建設中，軟土路基處理成為影響工程造價和道路使用質量的關鍵問題之一。

軟土具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、擾動性大、透水性差、承載能力低等特點，不能滿足工程設計要求。為此，須對軟土地基進行處理。目前軟土地基處理的方法有很多，其中采用粉噴樁處理軟土地基是近些年來運用較多的一種，特別是在一些沿海地區，這種方法得到了廣泛的應用而且取得了良好的加固效果。 “水泥粉體噴射攪拌樁”簡稱水泥粉噴樁，它是把粉狀加固料利用專用深層攪拌機噴入地基深部，攪拌機的回轉作用強制混合并攪拌原位軟土和粉狀加固料。通過對地下水的吸收，加固料和軟土發生物理及化學反應，由此形成一定強度的具備整體性和水穩性的柱狀加固體，再使軟土地基與其結合形成復合地基，從而使地基的承載能力得到提升，使沉降減少。

1 水泥粉噴樁成樁質量分析

1.1 水泥對粉噴樁質量的影響

粉噴樁（水泥土）的主體材料是水泥，粘結土體團粒的重要材料便是水泥熟料，水泥土的強度取決于水泥的性能。①摻灰量的影響：若水泥土的摻灰量達不到一定值，則粉噴樁樁體構成的承載結構就起不到應有的作用。只有超出摻灰量，才能構成有效的物理上的樁體承載結構。利用實驗得知約為8％的定值是摻灰量的下限。水泥土強度隨摻灰量的增加而增加，水泥土強度在開始時快速增長，當摻入的水泥達到一定值，水泥土強度會隨摻灰量的增加而減弱。②水泥的品種的影響：水泥的品種對粉噴樁的成樁質量也會產生一定的影響。一般來說，使用含有活性物質成分較多的水泥品種對粉噴樁的強度更有利。

1.2 地基土的特性對粉噴樁質量的影響

①含水量的影響:含水量對水泥土的強度會產生一定的影響。因為水泥水化需要水，因此，采用粉噴樁加固地基通常不在干燥土體中應用，而是應用在含水量相對較高的軟土地基中。若地基的含水量較大，則自由水會侵襲水泥熟料的水解，氫氧化鈣經水化過程被稀釋，甚至滲透水流會將其帶走，堿性環境因此變弱，水泥水化產物數量發生變化，大大降低了粘結能力；地基含水量越大，就會造成更明顯的影響。②有機質含量的影響: 水泥熟料水化結晶的速度取決于水泥土含有機質的多少，如果軟土含較多有機質，相應的其構成水泥土強度就較慢；如果含少量有機質，則構成水泥土強度就快。③土的空隙比及飽和度的影響:土的空隙比對水泥土強度的影響沒有含水量的影響大，它將水泥土結構的緊密程度和水泥與軟土的結合特性間接地反映出來，雖然它不是水泥土性質的直接反映，但一定程度上它反映了其礦物組成和土體應力歷史。相對地，土的含水量和空隙比也通過土的飽和度反映出來，進而綜合反映出土的空隙比和飽和度影響水泥強度的過程。

1.3 影響粉噴樁質量的其它因素

1.3.1 設計方面 越小的粉噴樁間距不一定越好，若樁間距不能滿足某一定值，反而會降低粉噴樁和土的綜合承載力。若樁間距極小，施工則會極大擾動及破壞樁間土原有的結構，反而降低了樁土的承載能力。

1.3.2 施工方面 影響粉噴樁的施工因素較多，如噴灰的均勻性、復攪深度以及施工中發生停灰等意外情況，這些都會對成樁質量產生影響。①噴灰的均勻性：由于土體的不均勻性，施工的粗糙和管理不力等原因都會造成水泥與土的攪拌不徹底，在施工中容易造成粉噴樁樁體結構在水平方向上不均勻和深度方向上的不均勻，這種不均勻性的存在使得粉噴樁存在局部的薄弱環節，承受荷載時易在此處發生破壞。②復攪深度:粉噴樁在施工過程中的復攪是提高樁身強度的手段。在復攪時，土體被進一步攪拌，土體與水泥粉體的拌合會更加均勻，水泥粉體與軟土的接觸更徹底，細小土粒外的聯結更均勻和緊密，粉噴樁的強度會得到較大提高。③停灰：施工過程中發生停灰對于粉噴樁樁體強度的影響程度較大。停灰導致樁體局部沒有水泥粉體，在一深度范圍內，軟土的原有結構因施工遭到破壞，強度低于原狀軟土的強度，在未用水泥加固的條件下，這里成為整個樁體最薄弱的地方，特別是停灰發生在樁體上部時更為突出。

2 粉噴樁施工中的質量控制

2.1 材料控制與施工機械的選擇

施工前要根據施工進度，按照設計要求的強度等級備足水泥。水泥采用國家免檢廠生產的，要有出廠質量保證單，并在有效期內使用，嚴禁使用過期、受潮、結塊變硬的劣質水泥。粉噴樁機械的選擇對于粉噴樁的施工有著重要的影響，由于粉噴樁具有成樁速度快的特點，因此對鉆機移位的靈活性能和速度可變性有較高的要求。結合工程實際合理的選擇粉噴樁施工機械對于提高粉噴樁的施工質量和加快施工進度有著特別的意義。

2.2 加固料輸出量的控制

粉噴樁基內影響地基承載力的重點是水泥含量。一般地，復合地基的無側限抗壓強度隨水泥含量的加大而增高。所以控制水泥的輸出量的施工要結合粉噴樁承載力的特性進行，使粉噴樁成樁質量得到提升。不能全部通過加大水泥量來控制輸出的水泥量。過量的水泥會造成水泥偏離實際要求沿樁軸向分布，浪費材料且降低成樁質量。對一定直徑的粉噴樁，可通過下式確定粉體發送器單位時間內粉體噴出量：

式中q——加固料的噴出量(t/min)；ρ——軟土的容量(t/m3)； aw——水泥摻入比，由設計確定；v——鉆頭提升速度(m/min)；D——鉆頭直徑(m)。除選擇適宜的粉體噴出量，還須計量并控制好粉體、加固料輸送系統的風量大小和風壓。在施工中采用PJ4－1型粉噴記錄儀對粉體進行計量。PJ4－1型粉噴記錄儀具有深度傳感器和重量傳感器，設置了雙工位顯示器，所測數據可在主機及送灰器操作，兩個工位同步顯示，操作者可觀察到相對一米內每0.1m段的噴粉量。據此及時調整施工工藝，改變刮灰器轉數、灰罐壓力及提升速度等，確保每段樁噴粉量達到設計要求，復噴時每米的噴粉量自動累加到相應段的記錄中，最后每樁不同深度每米的粉噴量、復攪的深度等可以通過打印機打印出來。現場施工的深度決定了對風量大小和風壓的控制、粉噴口的直徑和數量、攪拌頭的提升速度及組合形式等。若風量和風壓較小，則送粉困難，易堵塞粉噴口；噴出的粉體量較多，則會降低水泥攜帶能力。若風壓較大，則粉體易噴出地表，成樁時會使水泥不均勻的沿樁體軸線分布。為確保不同深度的樁體有相同的加固料含量，抵消不斷加大的圍壓對其產生影響，保持一定值的粉噴口內外壓力，則孔越深，風量和風壓須隨其增大。這須利用施工前的工藝性試樁試驗及理論加以分析確定。

2.3 混合土攪拌效果和攪拌次數的控制

混合土的攪拌次數及效果決定了其抗壓強度。往往混合土的無側限抗壓強度隨破碎加固料的細密度、攪拌土體和加固料的程度、加固料分布的均勻度的增大而增高。經室內試驗得出，攪拌初期混合土的強度增長較快，而一定時間后，混合土的強度隨其攪拌時間的延長反而沒有較明顯的變化。為確保混合土的抗壓強度，應控制混合土的攪拌次數及效果。施工時控制混合土的攪拌效果的常用方法是調整攪拌軸的回轉速度，工藝性試樁試驗可得知最佳回轉速度；而主要運用控制攪拌頭的提升速度及回轉速度的方式控制攪拌次數。通常施工中土體中任一點的攪拌次數 按下式來估算

式中h——鉆頭葉片高度(m)；Z——鉆頭葉片總個數(個)；w ——攪拌軸的轉速(r/min)；v——鉆頭提升速度(m/min)。

2.4 復攪控制

水泥與土攪拌均勻程度是關系到粉噴樁樁體強度的關鍵因素。大量的施工實踐證明，粉噴樁復攪與不復攪的質量相差很大。粉噴樁機鉆頭噴出的粉體往往呈脈沖狀，若不充分攪拌，粉體在樁中呈現層狀，形成一種“夾生”，這樣的樁即使水泥摻入量再多也沒有強度。為了確保攪拌的均勻性，施工時要嚴格掌握好鉆機的提升速度，攪拌葉旋轉速度等，并應盡量采用全樁復攪以保證質量。當樁長較長，土體天然含水量較高，粘性較重時，應采用“一噴一攪”的施工工藝，即：鉆進——鉆至樁底后慢檔提升、噴灰、攪拌至停灰面——鉆進、復攪復噴至樁底——提升、攪拌至停灰面——移位，防止出現“沉樁”現象。

3 結束語

水泥粉噴樁是固體加固料水泥與天然地基土的攪拌物，其成樁質量受諸多因素的影響。水泥的品種及摻入量、地基土的性狀和粉噴樁的施工方法等都會給粉噴樁的成樁質量帶來一定的影響。施工中要根據工程實際合理的選擇施工機械，加強對材料、加固料的輸出量、混合土體的攪拌次數及攪拌效果的控制，同時采用復攪技術來提高混合土體的均勻性從而提高粉噴樁復合地基的承載能力。

參考文獻：

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[2]JGJ79-2002建筑地基處理規范.中國建筑工業出版社，2002.

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