粉噴樁施工技術在穿堤建筑物基礎處理中的應用

湯正清

（沅江市挖泥船隊 益陽市 413100）

引 言

粉噴樁的基本工作原理是運用攪拌樁機在地基一定深度范圍內把水泥粉噴入土體并攪拌均勻，使水泥粉和土體產生一系列的物理－化學反應凝結形成具有一定強度的粉土樁，進而形成復合地基。粉噴樁適用于正常固結的淤泥與淤泥質土、素填土、粉土、粘性土以及無流動地下水的松散砂土等地基。加固深度一般大于5.0 m。根據場地工程地質條件和上部結構荷載要求及粉土樁的受力狀態，粉噴樁形成的粉土加固體，可作為豎向承載的復合地基；大體積粉穩定土等。粉噴樁加固體的形狀可分為柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等。其中，柱狀加固體形式多用于軟土加固的復合地基；壁狀、格柵狀加固體形式，主要作為深基坑開挖的圍護檔墻、防滲帷幕；塊狀加固體形式，多用于上部結構單位面積荷載大，不均勻沉降控制嚴格的構筑物地基。但是，不論哪種加固體形式，粉噴樁施工均具有成樁速度快、效率高、成本低、無振動、無噪音、無污染等特點。

1 施工設備

粉噴樁施工主要采用鐵道部武漢工程機械研究所生產的PH-5 型粉噴樁機及附屬設備。主要由鉆機、粉體發送器、空氣壓縮機、攪拌鉆頭和動力設備等組成。進場設備配備性能良好的能顯示鉆桿鉆進時電流變化的電流表，顯示管道壓力的壓力表和計量水泥噴入量的電子秤和流量計。

2 粉噴樁施工

2.1 粉噴樁施工工藝要求

粉噴樁施工采用粉噴樁機切割土體，噴灌粉固化成樁施工工藝，其工藝流程如附圖。

附圖 工藝流程圖

（1）施工前應準確測放軸線和樁位，并用竹簽或鋼筋標定。

（2）樁機對位，誤差不應大于5 cm，調節樁機支腿油缸，使導向架和攪拌軸垂直度不超過1%。

（3）關閉粉噴機灰路閥門，打開氣路法門。

（4）開動樁機，啟動空壓機并緩慢打開氣路調壓閥，對樁機供氣。樁機逐漸加速，正轉預攪下沉。當鉆至接近設計深度時，應用低速慢轉鉆，鉆機原位轉動（1～2）min。

（5）提升噴粉攪拌。當確認粉料已噴到孔底時，一般以1.0 m/min 左右的速度反轉提升；當提升到設計停灰標高后，應慢速原地攪拌（1～2）min。

（6）重復攪拌。為保證粉體材料與地基攪拌均勻，可采用復噴及復攪措施。

（7）當提升噴粉至樁頂標高以上0.5 m 時，應立即停止噴粉，利用管道內余灰量噴入土中，以防止粉塵污染環境，同時要求孔口加調噴粉防護裝置。

（8）原位轉動（1～2）min 后，將鉆頭提離地面約0.2 m 減壓放氣，打開灰罐上蓋，檢查罐內灰余量。

（9）鉆機移位對孔，施工下一根樁。

2.2 粉噴樁施工技術要求

在粉噴樁施工前，應在監理工程師批準的地點，根據工藝性特點和工程師一起進行工藝性試樁，并將試驗成果報監理部，便于確定各種操作技術參數。

試成樁：為了確定攪拌機械的攪拌深度、灰粉泵輸粉量、輸粉壓力、灰粉經輸粉管到達攪拌機噴粉口的時間和起吊設備提升速度等施工參數及按照設計要求通過成樁試驗確定粉土配合比和施工工藝的適宜性，在開工前應進行試成樁。試樁數量一般不少于2 根。試樁位置應選在勘察孔附近。

試成樁后7 d 內，監理人員會同施工單位質檢員鉆取樁身粉土樣，觀察、記錄攪拌的均勻程度；試成樁28 d 后，宜采用動測試驗查明樁身質量；對于基坑圍護結構粉攪拌樁，宜取28 d 齡期試塊強度平均值作為設計依據； 豎向承重粉攪拌樁，宜取90 d齡期試塊強度平均值作為設計依據。

粉噴在施工時應控制鉆機下鉆深度、噴粉高程及停灰面，確保粉噴樁長度，應定時檢查粉噴樁的成樁直徑及攪拌均勻程度, 對使用的鉆頭定期復核檢查，其直徑磨耗量不得大于20 mm。當鉆頭提升至地面以下500 mm 時，噴粉機應停止噴粉，在噴樁過程中遇有故障而停止噴粉時，第二次噴粉接樁，其噴粉重疊長度不得小于1 m。

2.3 粉噴樁成樁施工

（1）粉噴樁施工過程中質量監控的關鍵是以工序質量控制為核心，從放線定位、機械就位和粉液制備開始直到成樁結束，監理工程師對每一道工序均要進行認真的檢查和落實。檢查重點是：攪拌頭翼片的枚數、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭轉數和提升速度、水泥用量、輸粉壓力、樁長、復攪次數和復攪深度、停泵處理方法等。

（2）豎向承載粉噴樁施工時，停粉面應高于樁頂設計標高（300～500）mm。在開挖基槽（坑）時，應將攪拌樁頂端施工質量較差的樁段用人工挖除。

（3）施工中應保持攪拌機械底盤水平和導向架的垂直，攪拌樁的垂直偏差不得超過1%；樁位偏差不得大于50 mm；成樁直徑和樁長不得小于設計值。

（4）深層粉攪拌樁施工主要步驟如下：攪拌機械就位、調平→預攪下沉至設計加固深度→邊噴粉、邊攪拌提升直至預定的停灰面→重復攪拌下沉至設計加固深度→根據設計要求，噴粉或僅攪拌提升直至預定的停灰面→關閉攪拌機械。

施工中亦可根據設計要求在預攪拌下沉的同時進行噴粉，到達設計深度后,再邊攪拌提升,邊噴粉,直至樁頂標高以上（300～500）mm。

2.4 粉噴樁施工要點

（1）施鉆前應進行放線，準確定出各孔位中心，打木樁作出標記，并在木樁周邊撒上石灰以醒目，便于施鉆過程中尋找。

（2）所有樁在制樁過程中，都必須準確測量鉆進深度，確保樁頂及樁底標高符合設計要求。

（3）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，因此粉體的噴射長度應比設計樁頂標高高出（40～50）cm，待樁體達到一定強度（一般可取25 d～30 d）后，再將多余樁體截掉。此時應注意采用合適的截斷方法，避免保留樁體遭到破壞。截掉樁頭時應謹慎操作，先用人工沿周邊鑿槽，再用鐵錘輕輕擊碎，任何情況下都不得采用猛力沖擊的方式來切斷樁頭。條件允許時，應采用有效的切割工具實施樁頭截除。為避免樁頂因送氣壓力驟減出現松散段，在每根樁的上部1/3 的范圍內，應重復鉆進噴粉一次。

（4）采用噴樁加固的建筑物基礎底下均應設置有一定厚度的墊層，以均勻傳遞上部荷載。制樁時，必須按設計要求將樁頂嵌入到墊層中，這是保證樁基整體性所必須的。因此，施工時，樁頂要預留50 cm，以確保樁頭質量。

（5）粉噴適宜在含有地下水的土層中施工，但在任何情況鉆進和制作樁過程中，均不得隨意向孔中注水；對特別干燥的土層，可經試驗論證后，提前向土層中注水或浸水濕潤，并等水分均勻摻透到土層中后，再實施制樁。

（6）必須做粉體噴出量試驗，保證按設計規定的摻入比向孔中噴射粉料，不允許降低噴入量。

（7）嚴格防止地下水或其他水滲入套管等輸送氣粉混合料的通道中，以免堵塞通道，影響噴粉質量。防止方法是鉆頭一入土就不停地送氣。若出現堵塞，則應起升鉆桿，拆下鉆頭，用鉛絲通開。

（8）向固化劑罐中送料時，應在罐口裝過濾網，防止紙屑、灰塊、雜物、金屬碴等掉進罐內。

（9）鉆架必須注意保持豎直，以保證樁體的垂直度。每一孔在開鉆前，均須檢查鉆頭是否對準樁位中心，不得偏位。

（10）施工中注意避免發生供氣不足、噴粉不夠、斷噴、噴嘴堵塞等不良現象，發現問題應及時處理。

（11）每根樁的樁體制作應一氣呵成，不得在噴粉過程中間歇中斷。應根據樁長和固化料摻入比計算出一根樁的噴灰量，并裝入灰罐，完成一根樁后，再裝入另一根樁的用灰。當然，每根樁的用灰入罐量應稍高于計算用量，以防因噴灰不均勻造成貯灰量不足。

（12）樁體強度除與摻入料有直接關系外，還與土層的物理力學性質密切相關，施工時應充分結合土層的含水量、粘土粒含量、密度、壓縮系數、塑性指數、松散程度、抗剪指標、土層厚度、地下水埋深度等，合理確定鉆進速度、提升鉆頭速度、成樁時間、摻入料用量，以達到最佳的成樁效果。

（13）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。提升外頭時應均勻慢速，保證摻入料與原位土充分混合。嚴格控制固化劑噴入量，固化劑噴入量與設計值誤差應控制在3%之內。

（14）粉噴樁應自然養護14 d 以上方可進行基坑開挖。為防止開挖作業中造成樁頂損壞，應采用人工開挖和出土；當挖除土層很厚時，樁頂以上80 cm以上部分可用機械開挖。

（15）施工結束后應開挖基槽對所有樁進行質量檢測及復合地基承載力檢測，必要時還應進行單樁承載力和樁體強度檢測。所有檢測指標必須達到設計標準，樁位及樁數也必須符合設計要求。

（16）對斷樁、缺樁、縮頸、遜徑、強度較低、樁長不夠、偏位較大、表面缺陷等事故，必須按設計要求進行補強處理，不允許降低設計標準。

（17）施工過程中應有專人負責記錄所在粉噴樁的樁號、成樁時間、設計樁長、實際樁長、設計樁徑、實際樁徑、固化劑實際噴入量、樁頂標高等。成樁時間記錄必須按制樁程序(鉆進、提升、復攪)詳細記載，時間記錄誤差不得大于5 s，樁長（孔深）記錄誤差不得大于5 cm。

2.5 施工注意事項

（1）嚴禁使用結塊、受潮、過期、低標號水泥。水泥標號要符合設計要求。

（2）控制鉆機下鉆深度、噴粉高程及停灰面，確保粉噴樁長度。

（3）嚴禁沒有粉體計量裝置的噴粉機投入使用。

（4）定時檢查粉噴樁的成樁直徑及攪拌均勻程度。對使用的鉆頭定期復核檢查，其直徑磨耗量不得大于1 cm。

（5）當噴粉成樁過程中遇有故障而停止噴粉，在第二次噴粉接樁時，噴粉重疊長度不得小于1 m。

（6）粉噴樁施工時，泵送水泥必須連續，固化材料的用量以及泵送固化材料的時間應有專人記錄，其用量誤差不得大于±1%。

（7）為保證攪拌機的垂直度。應檢查起吊設備的平整度和導向架對地面的垂直度，使垂直度偏差不超過1%。

（8）攪拌機噴粉提升的速度和次數必須符合預定的施工工藝要求，攪拌機每次下沉或提升的時間應有專人記錄，深度應達到設計要求，時間誤差不得大于5 s，施工前應丈量鉆桿長度，并標上明顯標志，以便掌握鉆入深度，復攪深度。施工中出現問題應及時處理、做好記錄。

（9）儲灰罐容量應不小于一根樁的用灰量加50 kg，如儲量不足時，不得對下一根樁開鉆施工。

（10）粉噴樁必須根據試驗確定的技術參數進行施工，操作人員應如實記錄壓力、噴粉量、鉆進速度、提升速度、鉆入深度及每根樁的鉆進時間等，監理人員應隨時檢查記錄情況。

（11）粉噴樁施工的作業面內存在已經施工完畢的預應力管樁，所以在施工中要注意粉噴樁機的施工和挪動不能影響已施工管樁的質量和位置。

（12）在鄰近綜合管溝處的粉噴樁施工，更要嚴格控制樁位偏差，不能因粉噴樁樁位的偏差而影響到后續綜合管溝的開挖和施工。

（13）施工時應嚴格按照設計圖紙及《建筑地基處理技術規范》JGJ 79-2002 的要求來組織施工。

（14）在現場移位時要聽從指揮人員的指揮，對地面不平處要填平再移動，地表的大障礙物要及時移走。防止傾覆對鐵路安全網和既有線路造成影響。

2.6 施工常見問題及處理方法（附表）

附表 施工常見問題及處理方法

3 質量檢驗

3.1 樁身質量檢驗

（1）質量標準。執行《建筑地基處理技術規范》JGJ 79-2002 中11.3、11.3、11.4 等章節內有關條文的規定。

（2）施工過程中的質量評定：粉噴樁施工中應詳細記錄和計量每根樁的粉用量、樁長、攪拌頭轉數、提升速度、復攪次數和復攪深度，并對照規定的施工工藝對每一根樁進行質量評定。

3.2 檢驗方法和數量

（1）成樁后3 d 內，可用輕型動力觸探（N10）檢查每米樁身的均勻性。檢查數量為施工總樁數的1%，且不得少于3 根。

（2）成樁7 d 后，采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停粉面以下0.5 m），目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑。檢查數量為總樁數的5%。

3.3 豎向承載力檢驗（適用于復合地基）

（1）豎向承載粉噴樁復合地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗和單樁載荷試驗。

（2）載荷試驗必須在樁身強度滿足試驗荷載條件，并宜在成樁28 d 后進行。檢驗數量為總樁數的0.5%～1%，且每項單體工程不應少于3 根。

經觸探和載荷試驗檢驗后對樁身質量有懷疑時，應在成樁28 d 后，用雙管單動取樣器鉆取芯樣作抗壓強度試驗，檢驗數量為施工總樁數的0.5%，且不少于3 根。

3.4 補強措施

基槽（坑）開挖后應檢驗樁位、樁數與樁頂質量，如不符和設計要求，應采取有效補強措施。

4 驗 收

粉噴樁分項工程的施工驗收工作宜在開挖基槽（坑）后進行，其施工驗收程序如下：

（1）承包單位在粉噴樁施工及樁身質量檢驗和承載力檢測全部完成并自檢合格的基礎上，填寫基坑圍護結構粉噴樁或軟土復合地基粉噴樁質量驗收記錄表和《分項工程報驗單》，同時向工程項目監理部提交如下竣工資料：

●巖土工程勘察報告、施工記錄、施工圖、圖紙會審紀要、設計變更單、建材報審表、建材復檢報告、配合比試驗報告、粉噴樁檢驗報告等；

●經審批的深層粉攪拌樁施工組織設計及施工中的變更情況資料；

●施工測量放線圖及粉噴樁樁位放線復測資料；

●基槽（坑）挖至設計標高的粉噴樁竣工平面圖及樁頂標高圖。

（2）總監理工程師組織專業監理工程師依照法律、法規、工程建設強制性標準、設計文件和施工合同，對施工單位報送的粉噴樁或復合地基竣工資料進行審查，并對粉噴樁質量進行竣工預驗收。對預驗收中發現的問題，應要求承包單位分析并提出質量問題原因報告和整改處理方案，及時進行整改。整改完畢由總監簽返《分項工程報驗單》，并在此基礎上編寫質量評估報告。該分項工程質量評估報告應經項目總監和監理公司技術負責人審核簽字。

（3）由業主方主持，監理方、設計單位、勘察單位、檢測單位共同參加對粉噴樁分項工程的竣工驗收。工程項目監理部提供相關監理資料，對驗收中提出的整改問題，監理方應要求承包單位及時進行整改。整改結束，經檢查粉噴樁工程質量符合要求，編寫分項工程竣工驗收報告，之后由總監會同參加驗收的各方在分項工程竣工驗收報告上簽字。

5 存在問題

（1）實際施工中地基多數具有由幾種土質組合而成的多元結構，由于地層的軟硬程度不同、空隙率不同，在施工參數都相同的情況下，每米段的注粉量差異仍然很大，理論上對不同的土層應選擇不同的施工參數，而攪拌設備下沉或提升和噴粉是一氣呵成，使用不同施工參數進行施工難以實現。施工參數選擇和施工過程控制如何適應地層的問題有待進一步研究解決。

（2）設備的定位及垂直度控制主要靠人為調控，既麻煩精度也不高，如何加強自動化控制程度需要設備制造商加以改進。

6 主要結論

水泥粉噴樁對軟基建行基礎處理施工工效高、造價低，是一種經濟、可靠的地基加固技術，被廣泛采用在建筑工地、鐵路建設、道路橋梁建設和水利工程建設方面，并取得了良好的運用效果。本文根據水泥粉噴樁施工的經驗，在簡單描述水泥粉噴樁施工技術定義的基礎上，展開了對水泥粉噴樁施工技術的分析，并通過對施工順序、成樁原理和工程檢測等技術環節的強調，提供了應用水泥粉噴樁技術的要點，希望達到更有效地促進水泥粉噴樁技術普及和推廣的效果。

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