關于影響粉噴樁設計的若干問題的探討

秦平+諶霞

【摘 要】 由于粉噴樁具有施工周期及預壓期短、工后沉降小等特點，在高速公路軟基處理中得到廣泛應用，采用粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優點，本文論述粉噴樁的設計方法，及影響粉噴樁復合地基承載力的關鍵因素。

【關鍵詞】 粉噴樁；設計；臨界樁長；置換率；含水率；復攪

Discussion on the influence of some design problems of powder spraying pile

Qin Peng,Shen xia

(Henan Aero Geophysics and Remote Sensing Center Zhengzhou Henan 450053) 

【Abstract】 Powder spray pile has been widely applied in the soft foundation treatment of expressway with short duration, small settlement after construction and period of construction and preloading. The powder spray pile has a lot of advantages of reinforcing soft soil foundation. This paper discusses the design method of powder spraying pile and key factors of bearing capacity of composite foundation.

【Key words】 Powder spray pile;Design;Critical length of pile;Replacement rate;Moisture content,remixing

1. 序言

1.1 隨著高等級公路建設規模不斷擴大，路線經常不可避免地穿過軟土地段，所以軟基處理在高等級公路設計施工中已經是個很重要的議題。目前軟基的主要處理方法有以下幾種：（1）塑料排水板；（2）攪拌樁(粉噴樁與深攪樁)；（3）土工合成材料加筋；（4）等(超)載預壓等。

1.2 相比之下，由于粉噴樁具有施工周期及預壓期短、工后沉降小等特點，在高速公路軟基處理中得到廣泛應用，采用粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優點：如能有效地減少地基的總沉降量，這對控制路堤的工后沉降和解決橋頭＼“跳車＼”具有明顯的效果，具體表現在地基加固深度內沉降量的大幅度減少，經加固后路基在填筑過程中側向位移明顯減少，而且在較短時間內即趨穩定。側向位移的減少，能增加路基的穩定，特別在橋涵與路堤連接處保護橋臺樁基不受過大的側向推力。粉噴樁復合地基能提高地基土的承載力，適應快速填筑施工，與排水固結法相比，可以允許有較高的填土速率。

1.3 從設計方法及施工質量管理來看，技術難度比較大，如果掌握不好，極易出現偏差，筆者結合近幾年來的設計、施工經驗總結出粉噴樁在軟基處理中的幾個需要注意的問題與大家共同探討。

2. 樁長的確定

粉噴樁要盡量選擇天然持力層較高的土層作為持力層。有關實驗檢測顯示，樁的軸向應力在樁的上部3～5倍樁徑范圍內比較集中，以下收斂較快，當樁具有一定的長度時(一般大于8m)，則樁端持力層對單樁承載力影響較小，此時，樁長主要控制的是沉降量而不是提高承載力，查閱其他資料也證明，當粉噴樁打穿軟土層進入較硬的持力層時沉降很少；若未打穿軟土層，成為懸浮式時沉降就大，所以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50cm。若軟土層較厚，鉆機無法打穿時，應按摩擦樁計算確定樁長。

3. 單樁承載力的計算

樁長確定后，可根據地質資料提供的樁周土摩擦力和樁端土承載力計算出單樁承載力，但這只是從摩擦力的角度來考慮的，水泥土本身有一定的極限強度，若樁體在未達到摩擦力極限值之前已經被壓碎，則復合地基仍然會遭到破壞，所以設計值應取摩擦力和樁體強度兩者的最小值，樁體強度與水泥摻入量、土質及齡期有關，一般情況下，在設計前，應按照不同的水泥摻入量，確定室內水泥土90d無側限抗壓強度平均值qu，樁體強度q=qu/2k，k——樁體加固強度安全系數，一般取1.2～1.5。

4. 粉噴樁復合地基承載力分析

（1）粉噴樁復合地基的平均允許承載力公式為：fck＝m×Rk／Ap＋（1－m）βf s式中：fck——復合地基的承載力標準值；m——置換率；Rk——單樁豎向承載力標準值；fs——樁間土的承載力標準值；β——折減系數。

（2）由上式可見復合地基承載力是由樁體和樁周土強度共同決定的，樁和樁間土各自分擔的應力都滿足要求時，復合地基承載力才能達到設計要求，樁土分擔的應力比值一般在3～10之間。盲目的增加水泥摻入量并不能從根本上增加復合地基的承載力，所以樁的強度應適度，要和天然土的強度相互匹配。當復合地基承載力不能滿足設計要求時應考慮增加樁土置換率，減小樁間距，粉噴樁的樁間距由單樁承擔的加固面積來確定，一般為1.0～1.5m，進行粉噴樁設計時，很難一次計算就能達到滿意的效果，常常需要調整樁長和樁距，進行反復計算，直至滿足要求。

5. 影響復合地基強度的幾個因素

（1）樁土置換率實踐證明若置換率過低，如小于10％往往達不到設計要求，這說明作為復合地基的樁土置換率必須大于一定值，否則起不到復合地基的作用，所以在規范中定為10％～20％，這是有道理的。

（2）粉體的摻入量也需控制在一定值，規范定為10％～15％，但是具體設計時應根據土質情況、含水量等進行綜合考慮，再設計之前要通過實驗資料，取用稍高于實驗資料的摻入量作為設計摻入量。當軟土中含水量大于70％時，必須加大粉體摻入量，否則將形成不了樁體或形成強度達不到要求的樁體，不能滿足設計要求。

（3）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。

6. 施工對粉噴樁質量的影響

樁身應在地面以下l／2～1／3樁長并不小于5m的范圍內進行重復攪拌，使固化料與地基土均勻拌和，大量的施工實踐已充分證明復攪不復攪的質量相關甚大。若不進行復攪，粉體在樁中往往形成層狀“夾生”，對樁的強度十分不利，施工時若發現噴粉不足，應全程復攪，復攪的噴粉量應不小于設計用量。

7. 結語

（1）粉噴樁加固軟土地基效果明顯，但存在臨界樁長，樁長不宜超過12m。

（2）從單樁及復合地基靜載荷試驗可以看出，樁長對增加地基承載力的效果不如增加樁間距明顯，故應在監界樁長范圍內合理選擇樁的布置形式及樁間距等參數。

（3）粉噴樁處理軟土地基與其他軟基處理手段相比雖然具有許多優點，但其設計的合理與否將會對工程造價產生較大的影響，要因地制宜的采用粉噴樁，兼顧質量和造價。

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［文章編號］1619-2737（2014）06-19-840

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