芻議水利工程中影響粉噴樁施工質量的因素及其控制措施

摘 要：粉噴樁是一種高效、經濟和安全的地基處理技術， 不僅可用于一般工民建和交通工程， 也可用于大型水利工程的軟基處理。文章分析水利工程中粉噴樁的施工工藝及影響施工程質量的因素，探討提高施工質量的方法。

關鍵詞：粉噴樁；地基處理；質量控制；施工方法

粉噴樁是利用水泥干粉作為固化劑，在利用粉體噴射攪拌機械在鉆孔過程中，用壓縮空氣將粉狀加固料以霧狀噴入被加固的軟土中，憑借特別的鉆頭葉片的旋轉，使加固料與原位土強制攪拌混合，加固料吸水后進行一系列的物理化學反應，使軟土硬結，形成整體性強、穩定性好和足夠強度的樁體，這種樁體連同樁間土共同形成復合地基。但由于受工程地質條件的不同，操作者技術水平的差異，施工工藝不統一，施工設備性能、人在施工過程中的過多介入等影響，加之深層攪拌樁施工屬地下隱蔽工程，對其施工質量仍缺少一種成本低而又快捷高效、準確的檢測手段，因而導致施工質量難以實時控制，而一旦出現質量問題再采取補救措施，不但要消耗大量的人力物力，而且勢必影響整個工程的進度，所以如何對施工質量進行有效控制顯得尤為重要。

一 影響樁體質量的因素

影響水泥粉噴樁攪拌樁的因素眾多，包括工程地質條件及土質條件、加固料配方的合理性、設計與施工等方面。

（1）固化劑的參入比

在一定的荷載下，一般來說固化劑摻入越多，樁身強度越大，灰土置換率越高。復合地基承載力是由樁體和樁周土強度共同決定的，若固化劑摻入量過低，對復合地基承載力提高就不明顯。一般固化劑摻入量占加固土體的7%～15%，但是具體設計時應根據土質情況、含水量等因素綜合考慮，在設計之前要通過室內實驗資料，取用稍高于設計要求的摻入量作為設計摻入量。

（2）粉噴樁的樁長

粉噴樁施工樁長必須滿足設計樁長的要求，然而由于施工機械上沒有深度檢測裝置，監理人員也不可能始終守在鉆機旁邊，少數機組操作人員在鉆頭未到達設計深度或復攪深度時就進行提升作業，造成樁長不足或復攪深度不夠，追求進度影響工程施工質量。或者雖然鉆頭已達到設計深度，提升時進行不噴粉或少噴粉以謀取非法的水泥費用，造成樁長不足，由于軟土的靈敏性比較高，軟土被擾動后液化又不噴水泥，其后果比地基不加固更嚴重。這也是以往造成工程事故的主要原因。由于粉噴樁啟動到水泥從鉆頭的噴粉口噴出，要經過較長的輸送管道。這里有一個時間滯后問題，輸送管道越長，時間滯后越大，一般滯后時間為1-2分鐘，所以當鉆頭到達設計深度就進行噴粉及提升作業，不考慮時間滯后就會造成下部樁段無水泥的情況。正確的操作是應在鉆頭到達設計深度前1-2分鐘前啟動噴粉機，以保證鉆頭提升時水泥已到噴粉口。

（3）水泥噴入量

影響水泥噴入量的因素很多，包括地層土質條件、噴粉時的壓力等，這些因素可導致水泥噴入量或大或小，為了滿足設計的水泥噴入量，噴粉時就必須進行調節控制。

（4）地基含水量

粉噴樁質量的優劣主要反映在粉噴樁的強度指標上，含水量的影響很大。水工建筑物由于基礎埋置較深，必須采取可靠的排水措施，以降低地下水位。粉噴樁施工時，應對設計樁深范圍內的地下土層含水量進行取樣試驗，通過調整地下水排量，使地下土層保持適宜的含水量。規范規定，地基土的天然含水量在小于30 %時. 土中的水分不足以使粉體進行水化作用；當含水量大于70 %時，含水量過高的土壤往往空隙比大，若按常規摻入粉體數量，由于水分過多形成不了足夠強度的水泥土樁體. 將嚴重影響粉噴樁的強度，此時必須增加粉體的摻入量和采用復攪的施工工藝。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多時，土周圍的束縛力極低，當鉆頭反轉提升噴灰時，產生一個垂直向下擠壓力和一個徑向水平推力，由于土呈塑狀. 束縛力極低，樁體形成所謂“掉樁”或“下沉”，常為地表下1 m～2 m。當發生“掉樁”或“下沉”時. 只要當時采取立即回填并重新復噴復攪，就能克服這種現象，否則，會造成過大的地基沉降。

二 施工中的質量控制方法

（1）施工放樣控制

施工前，根據設計參數在施工平面畫布樁圖，依布樁圖放出施工區域大樣，在每區域按設計樁距進行樁位放樣。放樣順序從四周邊開始向中心進行，相鄰兩根樁須間隔。

（2）樁端持力層控制

粉噴樁宜盡量打至持力層上，并且進入持力層50cm左右。在施工過程中，樁底設計標高往往與持力層并不一致，施工單位容易出現樁長以設計標高控制的現象，如在樁尖下尚留幾米軟土，根據科研成果，則會有較大的工后沉降量，由于排水不暢，預壓很長時間也很難穩定。因此粉噴樁實際施工樁長應按進人持力層控制。判別是否進人持力層的方法可由鉆機鉆到最深時的下鉆速度和電流表的讀數來判定，當鉆桿鉆進時電流表讀數明顯上升時，說明已進入持力層。

（3）粉體計量控制

粉噴樁的質量好壞與水泥摻入量的多少及噴粉的均勻性有直接的關系，因此，如何來計量粉體是控制的關鍵。目前一般較為常用的是電子稱重法與鉆機深度相結合的計量裝置，它能在記錄上反映深度、相對應每一米的噴粉量、總粉量等。粉體計量控制主要應注意以下兩點：1）噴粉均勻性。關鍵是掌握好鉆頭的提升速度。有時因水泥噴入為人工控制，必須避免出現為滿足每米噴粉量的要求，施工人員根據記錄器顯示結果湊數字，從而導致噴粉不均勻現象。對直徑一定的粉噴樁來說，粉體發送器單位時間內水泥的噴出量Q 與攪拌軸提升速度可由下式來確定：Q=×D2×R×S×V 其中，D 為鉆頭直徑，m ；R 為軟土的容重，t/ m3 ； S 為水泥摻入比，V 為鉆頭提升速度。2）時間。從開始噴粉到鉆頭處出粉有一定時間，鉆機鉆至樁底后，必須預噴停留一段時間，方可提鉆。停留時間由管道長度等確定。噴粉時，水泥在管道內的輸送速度大約為1m/s ，如管道長40m ，鉆至樁底后即噴粉提鉆，則樁底實際少灰長度接近1m ，反而攪動破壞了樁底原狀軟土，使沉降量加大。

（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甚大。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。復攪的作用在于通過充分的攪拌使粉體與土及水得到比較完全的接觸與作用，促使樁體的形成。為了確保攪拌的均勻性，施工時要嚴格掌握好鉆機提升速度、攪拌葉旋轉速度等，并應盡量采用全樁復攪以保證質量。

（5）日水泥用量與日進度指標的質量控制措施

日水泥用量與日進度指標主要由現場監理來負責，首先要過程旁站，旁站過程中，應隨時抽查鉆機的水平度和垂直度、鉆進深度、噴粉深度、停粉標高、復攪深度、噴粉的管道壓力、灰罐內的水泥加入量、剩余水泥量等，并作好相應檢查記錄。另外應及時收取記錄器打印記錄，并校核時間、樁號的連續性等，防止出現弄虛作假現象。每日施工結束后，所有打印記錄應由現場監理檢查合格后簽字認可；還應在每日施工結束后對施工現場水泥用量和記錄器打印記錄中的水泥用量加以統計、對比，并記錄在當天的監理日志中。當兩者誤差大于5 %時，必須查明原因后方可在打印記錄上簽字認可或采取補樁等處理措施。

然后還要核對前后左右的樁的深度和成樁時間，如果深度相差較大或相同深度的樁成樁時間相差很大，則認為存在攪拌不勻或弄虛作假，并應采取補樁處理；根據鉆桿的提升速度、每臺樁機的日工作數等，確定每日完成延米數和每根樁的施工時間。如果某臺樁機完成的延米數超過規定值較多或某根樁記錄器打印記錄顯示時間少于規定值較多，則認為存在攪拌不勻或弄虛作假，并應采取補樁處理。

三 成樁后的質量檢測

水利工程基礎屬隱蔽工程，所以成樁后的質量檢測特別重要。1）成樁7天內淺部開挖樁頭，其深度宜為0.5m ，目測檢查攪拌的均勻性，測量成樁直徑。檢查頻率為10%。2）在成樁7 天內采用輕便觸探儀檢查樁的質量，觸探點應在樁徑方向1/ 4 處，抽檢頻率為2%。3）成樁28天后在樁體上部(樁頂以下0.5m、1.0m、1.5 m) 分別截取3 段樁體進行現場成樁樁身無側限抗壓強度試驗，檢查頻率為0.2%，每一工點不少于2根。4）成樁28 天后，按0.1%頻率或每一工點不少于2 根采用鉆孔取芯法對其進行終檢。

四 總結與建議

在水利工程，應用粉噴樁來加固軟土地基是一種經濟有效的方法，粉噴樁和樁間土可以在變形協調作用下共同承擔上層結構的荷載，提高地基的承載力并減少變形。只有對其施工過程嚴格控制才能提高質量，從而保證整個工程的安全。