淺析水利工程中粉噴樁在軟基處理中的實際運用

龐振 柏葉青 孟凡勝

摘 要：粉噴樁技術特別適用于水利工程中的軟地基場合，它能改變軟地基的土地性質，有效的提高其承載能力。文章在水利工程軟地基的背景下，介紹了粉噴樁技術的原理，然后基于力學理論，詳細介紹了該技術的設計參數及設計方法，對其在實際工程中的適用范圍和施工工藝等做了細致的討論研究，最后介紹了該技術質量檢測方法。文章研究可為粉噴樁技術在水利工程中的運用提供理論指導和方法支持，并適用于其它類型的軟地基場合。

關鍵詞：粉噴樁；軟基處理；實際運用

中圖分類號：TV553 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0140-02

水利工程多集中在江、河、湖、海邊，建筑所處的地基為軟土地基，相較于硬實地基，軟土地基具有含水量較高、土質中孔洞間距大、易沉降的特點，其土地性質差，可承載能力低。為了防止軟地基的沉降對建筑產生破壞，造成事故或經濟損失，需要對其進行加固，使其承載力高，性質穩定。當前常用的加固處理辦法主要有四種：復合地基法、排水固結法、強夯法與真空預壓法。在當下水利工程建筑軟基處理的方法中，以復合地基法為主。

粉噴樁技術是復合地基法的一種，通過使用粉狀水泥與軟土混合攪拌，使軟土變得固化、硬實，使其具有強于或類似硬土的穩定性，并能滿足一定的強度要求。該技術特別適用于對淤泥質土、粘性土或粉土的強化處理。

鑒于粉噴樁技術的實用性與重要性，本文從粉噴樁技術的實質出發，介紹了該技術的原理與特點，結合當前粉噴樁技術在實際中的運用，基于力學理論給出了該技術的設計方法，指出了其中的核心參數，然后對該技術在工程實際中的應用范圍與施工的難點重點作了分析。最后研究了該技術的質量檢測方法。

1 粉噴樁技術的原理及特點

當粉噴裝機將作為固化劑的水泥攪拌進軟土后，水泥中的主要礦物如CaO·SiO2、CaO·Al2O3、CaSO4、CaO·Al2O3·Fe2O3與水發生水化或水解反應，生成氫氧化鈣（Ca（OH）2）、CaO·SiO2·YH2O凝膠、三硫型水化鋁酸鈣（CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）以及單硫型水化鋁酸鈣（CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）等，氫氧化鈣、鋁酸鈣水合物中的鈣離子（Ca2+）與軟土中的鉀、鈉離子（K+＼、Na+）發生置換反應，生成凝膠膠結土顆粒，顆粒聚集形成較大的顆粒團，從而使得軟土固結形成具有良好整體性、水穩性以及較高強度的水泥粉噴樁。

采用粉噴樁技術而成的樁體的力學性能相較于軟基原狀土將得到明顯的提升，例如樁身的無側限抗壓強度可達800～2 000 kPa，地基的承載能力至少可達160～180 kPa，內摩擦角值可高達40？觷。若在該固化劑水泥中再添加適量的煤灰或石膏等外摻劑，其力學性能還能得到進一步的提高。使用該技術形成的樁體不僅在保證工程質量的基礎上提高了效率，縮短了工程耗時，還節約了鋼材等昂貴建材，具有顯著的經濟效益。

2 粉噴樁技術設計方法

2.1 水泥土參數選擇

確定選用粉噴樁技術進行軟基處理后，需對固化劑的種類及粉噴樁的各項參數進行設計。設計時，應根據實地鉆探得到的土質數據，如水分含量、礦物組成、酸堿性、土層摩阻力、試驗貫穿擊數等，加以試驗獲得的在不同固化劑和摻入比下的復合土力學數據，如抗折強度、無側限抗壓強度、抗剪強度等，綜合分析選取固化劑的種類及摻入比。

2.2 單樁參數設計

單樁的參數是指根據樁的截面積、長度以及摻入比計算其容許承載力，其精確值可通過實驗室進行單樁載荷試驗確定，而在設計時通常采用以下的公式估算：

2.3 樁位布置及置換率設計

2.4 復合地基承載力計算

2.5 軟基沉降分析

地面沉降是水利工程中軟土基的常見問題，采用粉噴樁加固技術可以有效的抑制地基的沉降。此時通常要求樁身需穿透軟土層部分，直達硬土，錐狀樁尖的穿透阻力至少要達到800 kPa。在處理沉降問題時，需根據土質情況選擇對應的估算法。如在硬基礎下的復合地基和軟基礎下的復合地基應分別采用應力修正法與復合模量法。工程實例表明，未采取沉降分析處理的地基，其將持續發生沉降；而經過沉降分析處理的地基，隨著時間的延長，其沉降量將逐漸減小，最終趨于0，有利于保持基礎的平穩。

3 粉噴樁技術的應用與施工

3.1 粉噴樁技術的應用

粉噴樁技術可用于軟基加固，但并不是指適用于所有軟基加固的場合中。在水利工程具有多種背景，如大壩、橋梁、配套建筑、水利管道等不同規模的工程設施，淤泥土、粉質土、垃圾土、硬土、凍土等不同的土質，在技術設施以及粉噴樁力學性能等多重條件的限制下，該技術適用場合有限。粉噴裝機的鉆頭工作深度一般不超過15 m，這就要求粉噴樁作業地區軟土層的厚度在15 m以內；為了使處理后水泥土具有較高的強度與水穩性，要求軟土的含水量低于60%，偏酸性；粉噴樁的承載容許承載能力則決定了采用該技術處理的土基不適用于建造超過6層的建筑。

在應用粉噴樁技術時，樁體長度與固化劑的摻入比是核心參數，樁體長度會受到粉噴裝機的限制，但應保證其長度能夠穿透軟土層到達硬土層。固化劑的種類及摻入比則應根據各地的土質合理選擇，目前工程中多以硅酸鹽水泥作為固化劑，若在該水泥中適量添加煤灰、生石灰等物質，形成的粉噴樁的強度會更高。

3.2 粉噴樁技術的施工

為了切實了解施工過程中可能遇見的問題及難點、合理設置粉噴裝機的各項參數，需先做成樁試驗。根據試驗結果，調整機器轉速、鉆頭進給速度、提升速度、氣壓等，使樁體滿足設計要求。在正式施工時，應注意以下問題。

鉆機行程線路上不應出現巨石、管道、廢舊鐵器等障礙物，防止對鉆機造成損壞；在軟土上應布置墊層，防止鉆機在自身重力下陷進軟土，使機身傾斜，影響作業；當鉆頭鉆至樁底時，需持續保持鉆機工作一定時間，防止樁底未噴粉或噴粉不足；應通過專用計量儀器實時監測鉆頭的噴粉計量，防止出現噴粉含量不足或停止噴粉的情況，當發生停噴情況時，重新噴粉續樁時的公共長度應大于1m；定時檢查鉆頭及葉片的磨損情況，防止成樁直徑偏小或攪拌不均勻；在較深的軟土作業時，鉆頭提升的速度應由緩慢至正常，噴粉的氣壓在底部時應較大，但整體的氣壓不應偏離過大，防止噴粉擴散較遠形成外堅內軟的樁體；為了保證成樁質量，需進行全樁復攪作業。

4 質量檢測

質量檢測分為單樁的質量檢測與復合地基的質量檢測。單樁質量檢測集中在對其強度的檢測上，其手段有外觀檢測、靜力觸探、取芯、開挖、載荷及小應變等。復合地基的質量檢測則主要關注其承載力與沉降量，手段通常為靜力載荷試驗。

外觀檢測與靜力觸探檢測適用于樁齡一周的粉噴樁。外觀檢測是指剝去粉噴樁外層水泥土，通過對其密實程度、均勻程度的觀察判斷其質量，越是密實、均勻的樁體質量就越好。靜力觸探檢測則是通過專用觸探儀，對占總體3%～5%的樁體進行觸探打擊，擊數越多，樁體強度越高，質量就越好。

取芯檢驗適用于樁齡一月的粉噴樁，利用巖芯管取占總樁數3%～5%的粉噴樁的樁芯，觀察其密實程度與均勻程度，并在樁芯的不同部位磨制已獲得不同試件，隨后對試件進行無側限抗壓強度試驗，根據試驗數值判定樁體的質量，抗壓強度值越大則質量越好。

對于樁齡在一月或以上的單樁取芯檢驗不合格的地基，需進行復合地基承載力檢驗。檢驗時在復合地基表面取多個測試點，對每個測試點進行靜力載荷試驗、根據試驗的數據確定其承載力，一般測試點個數應在3點以上。

在水利工程中，地基施工完成后并不能立即投入使用，考慮到地面沉降的因素，需進行長達數月的加載預壓，一般隨著時間的推移，沉降量會大大降低，檢測時，若在6個月的預壓之后的地基的沉降量值不超過理論計算的沉降量，則判定地基合格。

5 結 語

從本文的研究可以看出，粉噴樁技術原理雖簡單，但由于各個地域的差別、不同工程的建筑要求以及其不易控制的工藝，使其實施起來并不容易。我國每年都有大量的水利工程在建或投入使用，粉噴樁技術在軟基處理工作中發揮了重要的作用，經過多年實踐經驗的積累與扎實的理論研究，粉噴樁技術正變得更加成熟和經濟，將在未來的水利工程事業中發揮更大的價值。

參考文獻：

[1] 胡良紅，王軍，鄭樹兵，等.粉噴樁復合地基在橋頭軟基處理中的應用[J].地基與基礎，2013，（4）.

[2] 阮改娣.粉噴樁軟基處理技術在水利工程中的應用[J].河南科技，2010，（5）.

[3] 石奇孝.粉噴樁在軟基處理中的應用及施工方法[J].朱江水運，2003，（4）.

[4] 江來清.粉噴樁在軟基處理中的應用[J].鐵道標準設計，2006， （5）.

[5] 梁朝偉.粉噴樁在水利工程軟基處理中的應用[J].實用科技，2011，（7）.

[6] 郭小軍.水利工程中粉噴樁軟基處理技術探討[J].生態與環境工程，2011，（21）.