粉噴樁在濱州黃河公路大橋中的應用

袁寶華

（吉林省高等級公路建設局，吉林 長春 130021）

0 引言

粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡稱，是用于加固軟土地基的一種方法，近幾年已普遍應用于水利水電工程、公路工程當中。粉噴樁所需的加固材料比較普遍，一般為水泥、石灰、粉煤灰等固化劑，具有施工速度快、操作易于掌握等特點。

國道205線濱州黃河公路大橋南接線的高填方路基工程，將地基采用水泥粉噴樁進行加固處理，有效縮短了預壓期，為保證大橋工程建設質量和工期奠定了堅實的基礎。

1 濱州黃河公路大橋工程概況

自2001年開始建設的國道205線濱州黃河公路大橋，是205國道濱州至博山高速公路的主要組成部分，該高速公路位于山東省中北部，是縱貫山東中部地區的一條主要南北干道，起點在濱州西蘇學官莊220國道處，其南端與縱貫魯中山區的博山—萊蕪高速公路相連接，向北可經河北省直達天津市，在山東省內與309國道、濟青高速公路、220國道等多條主干公路交叉，對完善山東省公路網，改善山東省公路運輸條件有巨大的社會意義和經濟意義。由吉林省高等級公路建設局承包的南接線工程，位于黃河大堤南岸，大堤樁號為161＋100，最大填土高度達16m，在黃河大堤及臨河、背河側有434m為粉噴樁特殊地基處理路段，平均處理寬度為88m。其原路基為低洼地帶，遍布坑塘，積水較深，淤泥較厚，填土較高，設計要求采用粉噴樁＋土工格柵聯合加固軟土地基。

2 粉噴樁加固的原理

加固的主要材料為水泥，應按設計要求選用規定標號的水泥，該項工程中采用的是32.5R普通硅酸鹽水泥。普通硅酸鹽水泥主要組成元素是氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化鋁（Al2O3）、三氧化鐵（Fe2O3）及三氧化硫（SO3）等。當水泥粉直接與飽和軟土攪拌時，水泥顆粒表面的礦物質立即與土中的水分子發生化學反應，生成一系列的水化物。這些水化物迅速溶于水，使水泥顆粒表面繼續暴露，繼續與水反應，生成水化物溶于水，直至溶液達到飽和，且不能再溶解，形成凝膠微粒懸浮于溶液。這種凝膠微粒的一部分與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發生反應，另一部分逐漸自身凝結硬化而形成水泥石骨架。同時，上述水泥礦物中的硫酸鈣又和鋁酸鈣一起與水反應，生成一種化合物叫“水泥桿菌（3Cao·Al2O3·3CaSO4·32H2O）”，以針狀結晶形式很快析出。這一反應使土中大量自由水以結晶的形式固定下來，對于土的固結有重要意義。

3 粉噴樁加固施工方法

3.1 施工機具

在本工程中采用鐵道部武漢工程研究所生產的PH5B型深層攪拌樁機，每臺深層攪拌樁機配備1.6m3空氣壓縮機一臺（常德空壓機廠生產，最大工作壓力為7MPa，最大風量為1.6m3／min），大、小灰罐各一個，PJ4—1型噴粉記錄儀一臺，90kW發電機組一臺。所用空氣壓力為0.4～0.6MPa，鉆進速度為0.8～1.2m／min，復攪鉆進與提升速度為0.8～1.2m／min。

3.2 施工工藝

3.2.1 施工放樣。施工前，應準確定出各孔位中心，控制點用經偉儀或全站儀測設，打木樁作出標記，并在木樁周圍撒上石灰便于施工鉆對位時尋找。

3.2.2 樁機就位。利用起重機或開動絞車移動深層攪拌機到達指定樁位對中，為保證樁位準確，必須使用定位卡，樁位對中誤差不大于20mm，鉆頭對準樁位，并保持機座平穩鉆桿垂直，為保證垂直度，采用掛線球來調整。利用線、面垂直原理，通過在機架上懸掛鉛錘，控制導向架的方向來調平樁機，垂直度的偏離不應超過0.5%。

3.2.3 噴粉裝置完成裝料操作后，啟動攪拌樁機，鉆頭正向旋轉，同時空壓機送氣以減輕負載和防止噴射口堵塞，視地質條件，按電壓電流情況調整樁機檔位。鉆進破土至樁底標高處停鉆，為準確控制鉆井深度，鉆機下沉時，通過事先在機架兩側由上向下用白漆按每1m標注的樁深讀數控制施工樁長。當樁機下鉆到設計深度時，停止鉆進，改為空擋旋轉數秒，待送灰工確定水泥已從鉆頭噴灰口噴出后，反鉆提升至?；颐?，關閉灰路蝶閥，開啟氣路蝶閥，計算送灰量是否滿足設計要求。

3.2.4 驅動鉆頭反轉，噴粉裝置進行噴粉，同時邊鉆邊提升鉆具，邊噴邊攪拌，提升速度應與噴灰量相適應，當提升到離地面0.3m，停止噴粉，并用壓縮空氣吹盡輸送管內的余粉。

3.2.5 重復攪拌，然后驅動鉆頭全程重復攪拌，再次驅動鉆頭反轉提升，直至鉆頭高于地面約10cm停機。

3.2.6 提鉆移位，重復攪拌完成后，移動主機，移至另一樁位，重復另一樁位。在原地面含水量較低和地面比較干燥的地方，對樁進行洇水養護。

4 粉噴樁的質量控制

4.1 質量檢測內容

粉噴樁的質量檢測可依據我國現行的《公路工程質量檢驗評定標準》進行控制。

4.2 PJ4—1型噴粉記錄儀控制

PJ4—1型噴粉記錄儀具體詳細記載樁的施工序號、施工日期、施工時間、施工深度、每延米粉體噴入量、復攪、復噴及單樁粉體噴入總量。實施自動監測、顯示、記錄打印，是監測粉體噴射攪拌法施工質量的有效儀器，并為工程量大的粉噴樁工程提供可靠的、準確的資料保證和有效的檢測手段。

PJ4—1型粉體記錄儀的檢測原理是通過深度傳感器記錄鉆孔深度、噴粉深度以及停噴、復噴、復攪的深度指標，對樁長及攪拌質量提供直觀的質量檢測記錄。通過重量傳感器，記錄每延米粉噴體的噴入量、復噴總量及單樁長的粉體噴入總量。設置了雙2位顯示器，可采用寬溫背景的液晶在主機和送灰器兩個位置同步顯示。

以上各種技術操作都是由微機處理器芯片及相關外圍設施構成的多功能計量儀器，按主程序來自動完成的，相應程序在儀器制造時設定固化，使用時無法作任何更改，確保了各記錄的真實可靠，同時還采用了裝置中的自我保護措施，在不經意接錯線時或因其他原因造成操作失誤時，儀器只執行暫停工作，不會對儀器及操作數據計算造成破壞，且內存的有效數據不會丟失。

4.3 質量控制要點

4.3.1 加固材料質量控制。按設計要求選用水泥，在使用水泥前，每批次按頻率取樣檢驗，決不允許將不合格材料用于工程施工。

4.3.2 加強樁位、樁長及樁徑控制。施工放樣時，樁位放樣誤差不能大于10mm，樁機對位誤差不能超過20mm。根據設計要求及實地測量資料確定樁深，充分考慮基坑開挖深度對樁深有效長度的影響。隨時注意樁機鉆頭直徑是否滿足設計要求，因為有些土層對鉆頭磨損較快，要經常測量鉆頭直徑，臨近小于設計要求時要及時補焊，確保成樁樁徑達到設計要求。

4.3.3 樁體垂直度。施工時要保證起吊設備的平整度和導向架的垂直度，攪拌樁的垂直度偏差不得超過1.5%。

4.3.4 每根樁的樁體制作需一次連續完成，不得在噴粉過程中間歇、中斷。每根樁的用灰入罐量應稍高于計算或設計用量，以防因噴灰不均勻造成貯灰量不足。

4.3.5 鉆孔時應把握鉆進速度，不宜過快，確保使原位土攪拌后疏松透氣。提升鉆頭時，提升速度要均勻，保證水泥與原位土充分混合并達到設計要求，每延米的固化劑噴入量與設計值誤差小于5%。

4.3.6 樁體頂端一般常因噴粉量不足、攪拌不勻等原因，造成質量缺陷，因此樁體的噴射長度應比設計樁頂高出30～50cm，待樁體達到一定強度（一般可取為25～30d）后，再將多余樁體截掉。截掉樁頭時，可先用人工沿周邊鑿槽，再用鐵錘輕輕擊破，不得采用猛力沖擊的方式來切割樁頭，避免樁頭下樁體遭到破壞。

5 粉噴樁體完工后質量檢測

5.1 樁身無側限抗壓強度檢測

成樁28d后，對樁體鉆取芯樣φ70mm×70mm的試件，進行無側限抗壓強度試驗。按照業主代表的要求，本工程檢測頻率為1%。

5.2 樁身完整性檢測

用動態測試法對樁身質量判斷是以應力波理論為依據，采用反射波法，應用小應變瞬態激振的方法進行測試，以綜合評價樁身的斷樁及材料不均勻等現象。本工程檢測頻率為1%。

5.3 單樁承載力檢測

采用慢速維持荷載法，采用YHD—50型位移計、油壓千斤頂、YJ—26型應變儀檢測。本工程檢測頻率為每段落5處。

6 結語

國道205線濱州黃河公路大橋是省公路建設重點工程項目。為了確保工程質量，濱州黃河公路大橋指揮部引進了許多科研項目，粉噴樁、土工格柵聯合加固高填方路堤的沉降觀測項目就是其中之一。2001年底高填方路段施工結束，2002年5月沉降觀測數據趨于穩定，最大沉降量僅為44cm，這說明粉噴樁在加固軟弱地基中，起到了重要的作用。