粉噴樁在水利工程軟土地基處理中的應用

王海洋 張通觀 王一喬

(大連工程地質勘察有限公司 116021)(大連市供水有限公司 116021)

水利工程中軟土地基處理是經常面臨的問題，在軟土地基上修建水利設施，會存在著基礎穩定和沉降的問題。粉噴樁作為地基處理的一種行之有效的方法，近十幾年來在我國軟土分布較廣泛的沿海地區得到大量的應用。粉噴樁復合地基加固新技術具有施工簡單、效率高、速度快、干擾小等優點，近年來越來越受到工程界的青睞，具有廣闊的應用前景和推廣價值。

1 工程概況

大伙房水庫輸水應急入連工程管線地基處理工程七標段位于遼河平原南部，地跨營口大石橋市和老邊區境內，屬于平原區地形，地勢平坦，坡降小，海拔一般在5m以下，分布較多的沼澤洼地和鹽堿地。該地區淤泥質層較厚(＞4.0m)，黑灰色，分布連續，呈軟塑—流塑狀態，含水量較高，局部含有草炭，強度低，具有高壓縮性，承載力和抗剪強度低，屬于典型的軟土地基，為了保證輸水管線的地基承載力(fak=100kPa)的要求，該段采用粉體噴射攪拌樁(粉噴樁)加固地基技術對軟基進行處理。

應用粉噴樁技術處理的區域主要集中在七標段，共分為四段，粉噴樁編號分別為K0+000～K4+731、K7+430 ～ K8+250、K10+245 ～ K12+103、K14+080～K18+631。根據地質勘察報告，該段地層主要分為三層，各土層的主要物理力學性質指標見表1。

2 粉噴樁加固原理

粉噴樁加固軟土技術是以水泥(或石灰)為固化劑，通過壓縮空氣將固化劑輸送至軟土中，利用特制的深層攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌，由固化劑與軟土間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的柱狀加固體，從而提高地基承載力和增大變形模量。

3 粉噴樁設計

3.1 設計方案

該工程粉噴樁分為粉噴空樁和粉噴實樁兩部分，其中粉噴空樁不噴水泥。

從圖2和圖3中可以看出，水泥土的無側限抗壓強度隨水泥摻入比的增加而呈增大的趨勢，并隨齡期的增長而增加。根據試驗結果，采用水泥摻入比為14%就可以滿足設計的要求。

比較以上3種發電方式，同轉速發電最簡單，基本利用現有設備，技術方面也基本相同。變極發電也基本利用現有設備，僅僅是在發電時改接電機的接線以改變電機極數，其他技術方面也基本相同。變頻發電需要增加1套變頻設備（一般為變頻機組），發電運行時，利用外部電源啟動變頻機組，再逐臺啟動水泵機組，逐步由水泵機組發電驅動變頻電動機帶動變頻電動機向外發出電力。

圖1 粉噴樁地基處理剖面示意圖

3.2 水泥摻入比aw的確定

粉噴樁形成一定強度后起重要作用的即為樁體水泥土的強度，設計要求粉噴樁樁體28天的無側限抗壓強度不小于1.0MPa，為確定符合設計要求的粉噴樁樁體的無側限抗壓強度，應進行室內配比試驗，對不同的水泥摻入比制成的水泥土試樣進行無側限抗壓強度試驗，分別測定齡期為7天、14天和28天的水泥土無側限抗壓強度，確定水泥摻入比aw。

e.復攪。重復啟動樁機，鉆頭正向旋轉，鉆進至設計要求的復攪深度后停轉，再次反向旋轉提升鉆頭，邊提升邊攪拌(如第一次噴灰量不足可復噴)至設計樁頂。

表2 水泥土無側限抗壓強度試驗結果

圖2 強度與水泥摻入比的關系

圖3 強度與齡期的關系

樁徑:按設備確定為d=0.5m。樁長:根據地層情況，選用3層粘土作為持力層，以樁長進入持力層不小于1.0m為設計原則，確定虛樁長l1=5.5～6.3m，有效實樁長 l2=3.0～4.5m。樁間距:經試算，取 a=0.8m。樁位布置:按正三角形布置，如圖1所示。

4 粉噴樁施工

4.1 工藝性試樁

考慮到不同地質情況，結合室內配比試驗，粉噴樁施工前先進行工藝性試樁，以提供滿足設計要求的各種操作技術參數，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、鉆進和復攪時管道壓力噴粉壓力和單位時間噴粉量等，并驗證粉噴樁的樁體均勻性和成樁質量，了解鉆進和提鉆時的難易程度，確定合適的技術處理措施。

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鉆進速度v≤1.5m/min;提升速度v≤0.8m/min;攪拌速度:28r/min≤R≤92r/min;鉆進和復攪時管道壓力:0.10MPa≤p≤0.25MPa;噴粉壓力:0.25MPa≤p≤0.40MPa。

4.2 施工程序

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4.3 施工方法

a.樁機就位。施工前準確測放軸線和樁位，并用竹簽標定，攪拌頭中心與設計樁位中心偏差不得大于50mm，調節樁機支腿油缸，使導向架和攪拌軸垂直度偏差不超過1%。

b.下鉆。啟動攪拌樁機，鉆頭正向旋轉，鉆頭變旋轉邊鉆進，為了不使噴射口堵塞，此時不噴射水泥，而是噴射壓縮空氣。下沉鉆頭時，應控制鉆進速度，須根據電流的變化及時換檔實施鉆進作業，鉆至設計孔底標高后停鉆。

大學生498人，其中女生342人，男生149人，7人未報告性別；平均年齡19.72歲(標準差為1.78)。

c.提升噴粉攪拌。啟動攪拌鉆機，反向旋轉提升鉆頭，同時打開發送器前面的控制閥，按設計水泥用量向被攪動的疏松土體噴射水泥，邊提升邊噴射邊攪拌，盡可能攪拌均勻，使軟土與水泥充分混合，噴射量與提升速度應匹配，提升時不能使用快檔，宜選擇中、慢檔提升，保持攪拌均勻。

c.水泥入罐時必須過篩，以保證水泥顆粒最大不超過0.5cm，沒有紙屑和石塊等雜物。

Michael Mauer出生于1962年，畢業于著名的普福爾茨海姆應用技術大學的汽車設計專業。自1995年進入梅賽德斯-奔馳，先后主導了SLK、SL以及A級車的設計工作。2000年，他被任命為薩博品牌的設計執行董事，并主導設計了薩博93等車型。2004年，他以首席設計師的身份加入保時捷品牌，參與設計了Panamera、Cayenne以及918 Spyder。自2015年起，Michael Mauer成為大眾汽車集團的設計部門的主管。

水泥品種:42.5級普通硅酸鹽水泥。水泥摻入比aw:選用aw=10%、14%、18%、20%。試樣的制作和養護:由配方分別稱量淤泥質粘土和水泥，用攪拌鏟人工拌合均勻，然后在70.7mm×70.7mm×70.7mm的試模內裝入一半的試料，擊振試模50下，再填入其余試料再擊50下，最后將試塊表面刮平蓋上塑料布，以防水分過量蒸發。試樣成型后，根據水泥土的強度決定拆模時間，一般為1～2天。拆模后，將試樣裝入塑料袋內，封閉后置于水中，進行標準水中養護，滿齡期后取出測定無側限抗壓強度。無側限抗壓強度試驗結果見表2、圖2和圖3。

f.移位。將攪拌鉆頭提升至地面，關閉鉆機和空壓機，移動鉆機至新孔位重復以上過程。

4.4 質量控制措施

a.粉噴樁施工現場事先應予以平整，必須清除地上和地下的障礙物。遇有池塘、洼地時應抽水和清淤，回填粘性土料并予以壓實，不得回填雜填土或生活垃圾。

b.噴粉施工前應仔細檢查攪拌機械、供粉泵、送氣(粉)管路、接頭和閥門的密封性、可靠性。送氣(粉)管路須經常檢查，不得泄漏及堵塞，長度不宜大于80m。攪拌頭的直徑應定期復核檢查，其磨耗量不得大于1cm。

d.提升結束。當攪拌頭提升至距樁頂0.5m時，停止噴粉，利用管道內的余灰量噴入土中，鉆頭提升至樁頂，成樁結束。完成后的樁頂中心與定位中心偏差不得大于100mm。

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d.攪拌機每次下沉或提升的時間必須有專人記錄，時間誤差不大于5s，噴粉開始時，應將電子稱顯示器置零，提升前要有等待送粉到樁底的時間，防止出現提升卻未噴粉的情況。

e.儲灰罐儲灰量不得小于一根樁的用水泥數量加50kg，當重量不足時，不得開始下一根樁的施工。

該工程工藝性試樁為8根，所確定的工藝性參數如下:

與假手術組比較，模型組大鼠各時間點外周血EPCs水平均顯著下降，差異均有統計學意義（P＜0.05）。與模型組比較，訶子提取物中、高劑量組大鼠各時間點外周血EPCs水平均顯著提高，差異均有統計學意義（P＜0.05或P＜0.01），且該指標于給藥后3 d達到峰值，給藥后7 d有所下降；而訶子提取物低劑量組大鼠各時間點外周血EPCs水平與模型組比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），詳見表1。

場地整平→測放樁位→樁機安裝、調平機身→鉆孔對位→鉆進→設計加固深度→噴粉、攪拌、提升→離設計樁頂0.5m處停止噴粉→樁上部1/3范圍重復攪拌→轉入下一循環。

f.鉆進提升時管道壓力不宜過大，以防淤泥向孔壁四周擠壓形成空洞。

g.成樁過程中因故停止噴粉，應將攪拌頭下沉至?；颐嬉韵?m處，待恢復噴粉時再噴粉攪拌提升。

h.攪拌頭翼片的枚數、寬度與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉數、提升速度應相互匹配，控制重復攪拌時的下沉和提升速度，以確保加固深度范圍內土體的任何一點均能得到充分攪拌。

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5 粉噴樁的質量檢測和驗收

5.1 測量放樣檢查

基槽開挖后，按設計要求截掉樁頂多余部分，利用經緯儀和水準儀進行測量，檢查樁位、樁間距和樁頂標高等情況。

5.2 粉噴樁外觀和均勻性檢查

成樁7天后，采用淺部開挖樁頭(深度超過?；颐嫦?.5m)，檢查樁數，目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑，檢查量為總樁數的5%。

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5.3 粉噴樁樁體強度檢測

a.輕型動力觸探法。成樁后3天內，用輕型動力觸探(N10)檢查每米樁身的強度，檢測標準為每10cm大于10擊為合格，檢測深度一般不超過4m，檢查數量為施工總樁數的1%，且不少于3根。

b.鉆孔取芯法。經觸探和載荷試驗檢驗后仍有懷疑時，應在成樁28天后，在樁體上部(樁頂以下0.5m、1.0m、1.5m)用雙管單動取樣器鉆取三段芯樣，制成50mm×50mm×50mm試塊進行無側限抗壓強度試驗，水泥土無側限抗壓強度平均值不得小于1.0MPa，檢驗數量為施工總樁數的0.5%，且不少于3根。

5.4 載荷試驗

粉噴樁地基竣工驗收時，承載力檢驗采用復合地基載荷試驗和單樁載荷試驗。復合地基承載力標準值不小于100kPa。載荷試驗必須在樁身強度滿足試驗荷載條件時，并在成樁28天后進行，檢驗數量為樁總數的1%，且每項單體工程不應少于3點。

6 結語

實踐證明:采用粉噴樁加固地基技術是輸水管線處理軟土地基的有效方法。軟土地基經過粉噴樁加固處理后，土層的結構成分發生了變化，形成了復合地基，明顯地提高了軟土地基的整體承載力，效果顯著。粉噴樁加固地基處理技術具有施工效率高、施工周期短、勞動強度低、施工安全和環境污染小等特點。另外，粉噴樁施工前要做好室內配比試驗和工藝性試樁，以提供滿足設計要求的各種技術參數，確保工程質量和良好的經濟效益。