粉噴樁在公路軟基處理中的應用

摘 要:簡單地介紹了粉噴樁的施工方法及粉噴樁的優點，探討了影響粉噴樁強度的因素，詳細地闡述了粉噴樁的施工質量管理，以提高粉噴樁的施工質量，保證粉噴樁處理公路軟基的施工效果。

關鍵詞: 軟基處理 粉噴樁 公路 質量管理

1 影響粉噴樁強度的因素

1) 地基土含水量對粉噴樁質量的影響。粉噴樁質量的優劣主要反映在粉噴樁的強度指標上，這不僅與摻入粉體的質量、施工工藝、地基土的性質有關，其中尤以含水量的關系甚為密切。規范規定，地基土的天然含水量在小于30 %或大于70 %時不宜采用。因為當土的含水量小于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孔隙比大，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，在這種情況下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，土周邊的束縛力極低，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，由于土呈流塑狀，束縛力極低，樁體在成型過程中向下及向四周水平向排水，影響形成豎向樁體，通常形成所謂“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土并重新復噴復攪，就能克服這種現象，如果不做處理將會造成過大的路基沉降。

2) 樁土置換率及粉體摻入量對復合地基強度的影響。在實際設計運算時往往提供所要求達到的復合地基強度、擬定的粉噴樁強度及天然地基土的強度來求樁土的置換率，計算出樁數，然后布置樁位，再做有關的驗算。實踐證明若置換率過低，如小于10 %往往達不到設計要求，甚至全功盡棄。

3) 復攪和轉速對樁強度的影響。大量的施工實踐已充分證明復攪與不復攪的質量相差甚大。復攪的作用在于通過充分的攪拌使粉體與粘土及水得到比較完全的接觸和作用，促使樁體的充分形成。同時，鉆頭噴出的粉體一般呈脈沖狀，若不充分進行攪拌，粉體在樁中往往呈層狀，形成一種“夾生”，對樁的強度很不利。如承受水平推力截止水作用，應進行全程復攪，若作為路基加固只承受垂直向力作用，也可以只復攪上部1/ 3 的樁體。為了提高工效，粉噴鉆機下鉆時可以提高轉速，但是當反轉提升噴粉攪拌時切勿快速旋轉和提升，否則將會嚴重影響攪拌的均勻性和足夠粉量的摻入。

2 粉噴樁的施工質量管理

2. 1 施工單位選擇

1) 對所有粉噴樁施工單位，各施工標段承包人要先審查其施工資質、信譽和業績;各承包人將經初步篩選合格的施工單位，寫成書面推薦報告，經駐地監理審核后，上報業主，由業主批準后方可進場。

2) 進場設備必須配備性能良好，設備上的氣壓表、轉速表、電流表、電子秤必須經過標定，不合格的儀表必須更換。嚴禁使用非定型產品或自行改裝設備。

2. 2 室內配比試驗

粉噴樁的質量好壞，很大程度上取決于各施工標段承包人和監理單位在施工前根據設計文件提供的地質資料，按有關規范要求所做的室內配比試驗是否適合當地工程地質條件。

1) 粉噴樁加固料宜采用32. 5 級普通硅酸鹽水泥，要依據施工時間選用水泥初終凝時間合適的水泥，防止未成型即已凝固的發生，不得使用受潮結塊的變質水泥。試驗室應重點對水泥劑量監控，重點保證均勻性。水泥用量按土的天然含水量不同而變化。參考值為: W土≤50 % ，水泥用量為50 kg/ m; 50 % < W土≤70 %時，水泥用量為55 kg/ m; W土> 70 %時，水泥用量為60 kg/ m～65 kg/ m。

2) 加固處理土的強度，應以無側限抗壓強度衡量，試件養護齡期為7 d ，28 d ，90 d。要求R28 ≥0. 8 MPa ， R90 ≥1. 2 MPa。

2. 3 現場工藝性試樁

為了確定各種操作技術參數，粉噴樁施工前施工單位必須考慮到不同的地質情況，根據工程地質報告、土工試驗報告、室內配比試驗報告、粉噴樁設計樁位圖等，進行工藝性試樁，試樁應達到下列要求:

1) 滿足設計水泥噴入量的各種技術參數。鉆進速度:參考值V ≤1. 5 m/ min ;平均提升速度:參考值V p ≤0. 8 m/ min ;攪拌速度:參考值R≈30 r/ min ;鉆進、復攪與提升時管道壓力:0. 1 MPa≤P ≤0. 2 MPa ;噴灰時管道壓力:0. 25 MPa ≤P ≤0. 40 MPa。

2) 成樁試驗的樁數不宜少于5 根，通過試樁來確定鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時間噴粉量等，確定合適的技術處理措施。

2. 4 現場施工管理

粉噴樁屬地下隱蔽工程，其質量控制應貫穿在施工的全過程，并應堅持全方位、全過程的施工監理。各施工標段承包人必須對粉噴樁質量、進度負責，每臺鉆機必須有專人操作。

2. 4. 1 材料供應

粉噴樁所用的水泥(32. 5 級普通硅酸鹽水泥) 應符合設計要求，由承包人負責統一提供，并有產品合格證，經室內檢驗合格和監理簽證后才能使用，嚴禁使用受潮、結塊變質的加固料。

2. 4. 2 施工工藝

進行粉噴樁施工的場地，事先應預平整，清除障礙。如場地低洼，應回填粘性土;施工場地不能滿足機械行走要求時，應鋪設砂土或碎石墊層;若地表過軟，則應采取防止機械失穩措施。施工機具準備，進行機械組裝和試運轉。主要機械設備鉆機、粉體發送器、空氣壓縮機、攪拌鉆頭和動力設備(發電機組) 等是否已檢驗正常運轉。

水泥粉噴樁的主要施工順序為:施工準備→鉆機就位→鉆進→提升噴粉攪拌→升到設計標高后再復鉆→提升復拌→升到設計標高后停機→下一樁循環施工。

各主要工序的質量控制要點如下:

1) 樁基就位:根據設計，確定加固放置機體位置的基礎(即加墊砂層) ，使攪拌樁機機軸保持垂直，以防打斜樁，影響樁基承載力。

2) 下鉆:啟動攪拌樁機，鉆頭邊旋轉邊鉆進。為不至于堵塞噴射口，此時并不噴射加固材料，而是噴射壓縮空氣，可使鉆進順利，減小負載扭矩。隨著鉆進，準備被加固的土體在原位受到攪動。

3) 提升鉆頭并反轉:在提升過程中噴粉攪拌，通過粉體發送器將水泥粉噴射入攪拌的土體中，使土體和水泥沿深度方向充分拌和。要根據地質情況，決定提升速度，以得到較均勻的水泥土樁，提升速度根據試樁參數確定。

4) 提升結束:當鉆頭提升到距地面30 cm～50 cm 時，發送器停止向孔內噴射粉料，成樁結束。這時由于裝置的回路是封閉的，粉體不會向空中噴射和飛散。在向土體噴射過程中的最后階段，在攪拌鉆頭距地面30 cm 處停止噴粉，粉粒不會溢出地面。一般在設計樁頂預加50 cm 樁長作為破除樁頭用。

5) 復拌:停止噴粉，鉆頭邊旋轉邊鉆進，直至設計深度的1/ 3處，再邊提升邊反向旋轉，使土體和粉體充分拌和，土體被充分粉碎，水泥粉被均勻地分散在樁土中，復拌的深度一般為設計樁長的1/ 3 ，復拌是保證成樁均勻和提高樁體強度的有效措施。

2 4. 3 加強施工質量管理

要根據工藝試樁確定的各種操作技術參數制定施工要點，供現場操作人員遵守。嚴格控制鉆孔下鉆深度、噴粉高程及停灰面，確保粉噴樁長度和噴粉量達到規定要求。深度誤差不得大于5 cm ，水泥損耗量平均不得大于1 kg/ m。粉噴樁要穿透軟弱土層到達強度相對較高的持力層，并深入硬土層50 cm ，持力層深度除根據地質資料外，還應根據鉆進時電流表的讀數值來確定，當鉆桿鉆進時電流表的讀數明顯上升，說明已進入硬土層，如能持續50 cm 以上則說明已進入持力層。

攪拌機每次下沉或提升的時間必須有專人記錄，時間誤差不得大于5 s ，提升前要有等待送粉到達樁底的時間，防止出現提升卻未噴粉的情況，具體時間隨機械類型與送灰管長度而變化。

在樁上部1/ 3 范圍內應重復攪拌一次，并且復攪長度不足5 m 的，按5 m 施工。特別需要指出的是，對于軟土天然含水量大于70 %的地段，要求復攪長度應貫穿軟土層。

鉆進提升時管道壓力不宜過大，以防鉆孔淤泥向孔壁四周擠壓形成空洞。

在成樁過程中，如發生意外影響樁身質量時，應在12 h 內采取補噴措施，補噴重疊長度以不小于1. 0 m 為宜。特別困難時以電流表讀數明顯變化為準。否則應重新打設，新樁距報廢樁的距離不能大于樁距的15 %。

對輸灰管要經常檢查，不得泄漏及堵塞，管道長度以60 m 左右為宜，不得超過80 m。對使用的鉆頭要定期檢查，其直徑磨耗量不得大于1 cm ，但也不宜采用直徑過大的鉆頭(以小于53 cm為宜) 。

2. 5 質量檢測

1) 在施工過程中，必須隨時檢查加固料用量、樁長、復攪長度及施工中有無異常情況，記錄其處理方法及措施。

2) 成樁7 d 內淺部開挖樁頭，其深度宜為0. 5 m ，目測檢查攪拌的均勻性，測量成樁直徑。檢查頻率為10 %。

3) 在成樁7 d 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 %。

4) 成樁28 d 后在樁體上部(樁頂以下0. 5 m ，1. 0 m ，1. 5 m)分別截取3 段樁體進行現場足尺樁身無側限抗壓強度試驗，檢查頻率為2 ‰，每一工點不少于兩根。

5) 成樁28 d 后，按1 ‰頻率或每一工點不少于兩根采用鉆孔取芯法對其進行終檢。

3 結語

粉噴樁具有施工速度快、加固深度大、效果好、對周圍環境污染少等特點，因此被廣泛而行之有效地應用于公路建設中。然而從施工質量管理等方面來看，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，易留下隱患。但是，只要以科學的態度，及時有效地采取措施解決好各種影響樁強度問題，嚴格施工質量管理，就一定能得到滿意的工程質量。