粉噴樁加固軟土施工技術(shù)總結(jié)

金志強(qiáng)

（山西長興路橋有限公司，山西 太原 030002）

1 概況

1.1 工程概況

河運(yùn)高速公路A2合同段在路基工程中采用深層攪拌粉噴樁來提高軟土地基承載力，粉噴樁直徑50 cm，樁距120 cm，固化材料為425號普硅水泥，水泥摻入比為13%。要求平均送粉量不小于45 kg/m，試塊90天齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于1 600 kPa，單樁承載力不低于120 kN，施工完成后經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)均合格，提高了原地面的承載力。

1.2 地質(zhì)條件及土層結(jié)構(gòu)

線路所經(jīng)地區(qū)地勢東高西低，地面高程40～80 m，屬較為穩(wěn)定的持續(xù)沉降洪汝河平原工程地質(zhì)，在勘察深度范圍內(nèi)揭露到的土層均為第四系地層，地基土為厚層狀亞黏土，為灰黃色、黃褐色、灰褐色、夾亞砂土層，多呈硬塑狀。地層巖性變化不大，層位變化較大，其物理力學(xué)性質(zhì)相差較大，有軟弱分布，工程地質(zhì)復(fù)雜程度屬較為簡單類型，有較為豐富的淺層地下水，屬潛水或微承壓水。

2 粉噴樁施工

2.1 粉噴樁的特點(diǎn)及適用范圍

特點(diǎn)：以粉體作為加固料，不需向地基注入附加水分，可以充分地吸取地下水，加固后地基柱體承載力較高，固結(jié)效果好；加固水泥土柱與周圍土體形成的復(fù)合地基，不需要預(yù)壓可獲得較高的復(fù)合地基承載力及復(fù)合變形模量，加固土樁體的壓縮量僅為0.6%左右，下臥層的沉降量一般情況也可能減少地基沉降總量的1/3～2/3；施工時(shí)低壓操作、安全可靠，對周圍環(huán)境無不良影響。

適用范圍：適用于淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、雜填土等天然含水量大于30%的土體加固。

2.2 工藝流程

粉噴樁施工工藝流程見圖1。

說明：鉆機(jī)對位應(yīng)滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，垂直度偏位不得大于1.5%，樁孔位置與圖紙位置偏差不得大于50 mm；粉噴樁施工前應(yīng)進(jìn)行成樁試驗(yàn)，確定噴頭轉(zhuǎn)速、提升速度、水泥用量等技術(shù)參數(shù)，使其滿足設(shè)計(jì)圖紙要求；應(yīng)作好施工記錄，對實(shí)際的孔位、孔深、每個(gè)鉆孔的地下障礙物、洞穴、涌水、漏水及工程地質(zhì)情況均應(yīng)作詳細(xì)紀(jì)錄。

2.3 施工前現(xiàn)場準(zhǔn)備

圖1 粉噴樁施工工藝流程圖

施工機(jī)械進(jìn)出場的道路一般應(yīng)滿足10 t卡車及汽車吊機(jī)的行走要求；一臺粉噴樁施工機(jī)械用電功率一般為50 kW，在沒有電源的地區(qū)，應(yīng)配備75 kW柴油發(fā)電組；查明障礙物，地下有無大塊石、樹根、地下管線等，空中有無高壓線等，障礙物均應(yīng)事先消除；施工場地的料庫及工具間應(yīng)便利加固料水泥的運(yùn)輸及工作方便，并有防火、防盜設(shè)施；設(shè)置好排水溝。

2.4 材料要求及施工機(jī)械

施工前要備足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的水泥，水泥一般應(yīng)是國家免檢廠生產(chǎn)，具有出廠質(zhì)量保證單，并確保在有效期內(nèi)使用，嚴(yán)禁使用過期、受潮、結(jié)塊變性的劣質(zhì)水泥；施工單位對國家非免檢廠生產(chǎn)的水泥應(yīng)分批提供有關(guān)標(biāo)號、安定性等試驗(yàn)報(bào)告。本工程所用的水泥為425號普硅水泥。

粉噴樁施工主要機(jī)具是鉆機(jī)、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機(jī)、攪拌鉆頭、計(jì)量裝置等。鉆頭技術(shù)性能和指標(biāo)要滿足設(shè)計(jì)施工需要。本工程中使用的鉆機(jī)為GPP-5型，粉體發(fā)送器型號為YP-1型。目前使用的鉆機(jī)大多是上海探礦機(jī)械廠和鐵道部第四勘測設(shè)計(jì)院聯(lián)合研制的GPP-5型I，Ⅱ種，加固深度分別為12.5 m、18 m。

人體內(nèi)含量最多的脂類為TG，體內(nèi)絕大多數(shù)組織均可利用TG分解的產(chǎn)物供給能量，其主要在脂肪組織中貯存。當(dāng)體內(nèi)的TG含量升高時(shí)，膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白活性增加，VLDL中更多的TG轉(zhuǎn)移至HDL和LDL中，從而使HDL及LDL中的TG含量增加，膽固醇含量減少；另一方面肝脂酶和LpL會(huì)進(jìn)一步水解HDL和LDL中的TG，形成密度較正常高、體積較正常小的HDL和LDL顆粒。小而致密的HDL因其體積小，較易從腎臟排出，造成HDL-C的下降；

2.5 室內(nèi)配比試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)水泥摻入量，進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn)以驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)。（1）試料土的物理學(xué)質(zhì)見表1。

表1 試料上的物理學(xué)質(zhì)

（2）水泥土試樣摻合料、配比、尺寸及齡期見表2。本工程室內(nèi)配比試驗(yàn)所用水泥是425號普通硅酸鹽水泥。

（3）室內(nèi)配比試驗(yàn)的成果。本次室內(nèi)配比試驗(yàn)主要提供了7 d、28 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（qu）值，見表3。經(jīng)過試驗(yàn)，水泥摻入量按原設(shè)計(jì)即13%控制。

表2 水泥試樣摻合料、配比、尺寸及齡期表

表3 7 d、28 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值

2.6 工藝性試樁及施工工藝參數(shù)

工藝性試樁一般在工程位置上進(jìn)行。成樁試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到以下要求：

（1）滿足設(shè)計(jì)的各種技術(shù)參數(shù)：根據(jù)成樁試驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)確定施工工藝參數(shù)幅度：

鉆進(jìn)速度：v=（0.5~0.8）m/min

攪拌速度：R=30~50 r/min

氣體流量：Q=20 L/s

空氣壓力：P=0.2～0.4 MPa。

（2）水泥的攪拌均勻程度。

（3）了解下鉆及提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。一般工藝性試樁數(shù)不得少于10根。

2.7 粉噴樁平、剖面布置

施工中粉噴樁位平、剖面布置，見圖2、圖3。

2.8 施工順序

（1）樁體對位：根據(jù)設(shè)計(jì)，確定粉噴樁機(jī)的位置，使攪拌軸保持垂直（圖4①）。

（2）下鉆：啟動(dòng)攪拌鉆機(jī)，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)。為了不堵塞噴射口，此時(shí)不噴射加固材料水泥，而是噴射壓縮空氣。鉆進(jìn)時(shí)噴射壓縮空氣，可使鉆進(jìn)順利，負(fù)載扭矩小。隨著鉆進(jìn)，準(zhǔn)備加固的土體在原位受到攪動(dòng)（圖4②）。

（3）鉆進(jìn)結(jié)束：鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后停鉆（圖4③）。

（4）提升啟動(dòng)攪拌鉆機(jī)，鉆頭呈反向旋轉(zhuǎn)，邊提升同時(shí)通過粉體發(fā)送器將加固粉體水泥噴入被攪拌的土體中，使土體和粉體料進(jìn)行充分拌和。沿深度方向，加固材料的混合量是根據(jù)發(fā)送器輸出的加固材料數(shù)量與攪拌葉片提升速度的關(guān)系確定（圖4④）。

（5）提升結(jié)束，柱體形成，鉆頭提升至距離地面30～50 cm時(shí)，發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料，成樁結(jié)束，（圖4⑤）。由于裝置的回路是封閉的，在回路內(nèi)的輸送過程中，粉體不會(huì)向空中噴發(fā)與飛散。實(shí)踐證明，向土體噴射過程中的提升最后階段，若在攪拌鉆頭距地表30～50 cm處停止噴粉，則粉粒不會(huì)溢出地面。常限制在距地表50 cm處停止噴粉。

（6）復(fù)拌：在地面下一定深度范圍內(nèi)要進(jìn)行重復(fù)攪拌，此時(shí)停止噴粉，鉆頭邊旋邊鉆進(jìn)至要求復(fù)拌的深度，再提升反向旋轉(zhuǎn)并提升，使土體和粉體充分拌和，土塊被充分粉碎。水泥粉分布在地基土中。

3 質(zhì)量檢驗(yàn)評定

（1）基本要求：①水泥標(biāo)號應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；②根據(jù)成樁試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工；③嚴(yán)格控制噴粉時(shí)間、停粉時(shí)間和水泥噴入量，確保粉噴樁長度；④樁身上部（1/2～1/3樁長且不小于5 m）范圍內(nèi)必須進(jìn)行第二次攪拌，確保樁身質(zhì)量；⑤發(fā)現(xiàn)噴粉量不足時(shí)，應(yīng)整樁復(fù)打；⑥噴粉中斷時(shí)，復(fù)打重疊孔段應(yīng)大于1 m。

（2）實(shí)測項(xiàng)目。粉噴樁實(shí)測項(xiàng)目見表4。外觀鑒定：粉噴樁間距均勻。不符合要求時(shí)，每處減1～2分。

表4 粉噴樁實(shí)測項(xiàng)目

（3）本項(xiàng)工程完工后，經(jīng)檢測單位檢測，粉噴樁樁身完整程度、單樁承載力、復(fù)合地基承載力等各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。對該軟土地基工程采用粉噴樁加固技術(shù)，取得較好效果。