水泥粉噴樁在攔水壩軟基處理中的應(yīng)用

陳斯敬

【摘要】軟土地基由于其特殊的地質(zhì)特征，在水利項(xiàng)目的施工過(guò)程中必須對(duì)深厚的軟土進(jìn)行特殊加固。水泥粉噴樁作為常用的軟土地基處理方法，在水利項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用，并取得良好效果。本文主要結(jié)合攔水壩項(xiàng)目的管理實(shí)踐，對(duì)攔水壩軟基處理中水泥粉噴樁的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】水利工程；水泥粉噴樁；軟基處理

1、項(xiàng)目概況

泉州臺(tái)商投資區(qū)百崎湖區(qū)整治及防洪排澇系統(tǒng)工程（攔水工程）位于亞洲藝術(shù)公園內(nèi)，在1#行車(chē)橋下游建設(shè)一座埋石砼攔水壩以確保公園內(nèi)湖區(qū)的景觀(guān)常水位達(dá)到1.0m（85國(guó)家高程），攔水壩設(shè)計(jì)壩高2.5m，壩長(zhǎng)141.5m，壩頂寬2.0m，上游側(cè)直立，下游側(cè)臺(tái)階狀布置。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露，工程地層依據(jù)巖土成因和巖性風(fēng)化特征，自上而下依次為：素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥、中砂、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖，其中淤泥鉆孔揭露厚度達(dá)到6.30～11.00m。壩體基底坐落在淤泥質(zhì)土層上，設(shè)計(jì)采用水泥粉噴樁進(jìn)行處理，樁徑500mm，樁距1.15×1.15m，有效樁長(zhǎng)11.8～13.3m，共有工程樁1016根，樁端穿透砂層，以進(jìn)入砂層下部土層一定深度為原則。

2、水泥粉噴樁加固機(jī)理

水泥粉噴樁是采用特制的深層攪拌設(shè)備，利用水泥可以固化的特性，在鉆進(jìn)的同時(shí)，將水泥通過(guò)壓縮空氣的傳送，與地基深處的軟土強(qiáng)制均勻拌合，使之產(chǎn)生充分的物理化學(xué)反應(yīng)，將地基深處的軟土固化成有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥土樁，與樁間土共同作用成復(fù)合地基，由樁柱體和樁間土共同受力承受上部荷載，從而加固了地基。

水泥粉噴樁與其他加固體系相比，具有下述顯著的優(yōu)勢(shì)：其一，加固工藝合理。在施工過(guò)程中僅向土層中噴射水泥，無(wú)需注入附加的水分，使水泥能充分吸收軟土中的水分，因此加固后的地基承載力與相類(lèi)似的漿噴柱相比要高，加固效果更好。其二，施工工藝成熟，施工方便。有成套的粉噴樁施工機(jī)械，制樁過(guò)程完全機(jī)械化，同時(shí)可以直接在含有地下水的地層中施工，大大提高了成樁效率。其三，施工時(shí)低壓操作，安全可靠，無(wú)污染，無(wú)大振動(dòng)，對(duì)周?chē)h(huán)境及建筑物無(wú)不良影響。

3、軟基處理設(shè)計(jì)要求

本工程水泥粉噴樁采用一噴兩攪的工藝進(jìn)行施工，樁長(zhǎng)按設(shè)計(jì)要求至粉質(zhì)粘性土層為準(zhǔn)。采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量經(jīng)試樁后確定為12%。水泥土強(qiáng)度28天齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.5Mpa，豎向承載的水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力不小于150kpa。

4、施工質(zhì)量控制

4.1 施工工藝

施工工藝流程為：場(chǎng)地平整—鉆機(jī)定位、調(diào)平—預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)深度—粉噴樁邊噴粉邊攪拌提升（為防止空氣污染，在提升距地面0.5m處停止噴粉）—攪拌提桿出孔—鉆機(jī)移位。

4.2 施工準(zhǔn)備階段的控制

4.2.1 原材料及機(jī)具的控制

水泥宜選擇信譽(yù)良好、質(zhì)量穩(wěn)定的大型廠(chǎng)家生產(chǎn)符合設(shè)計(jì)要求的42.5普通硅酸鹽水泥，試樁施工與大規(guī)模施工時(shí)采用的品牌、標(biāo)號(hào)需一致，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后使用。同時(shí)，水泥的堆放應(yīng)符合防潮要求，嚴(yán)禁使用過(guò)期、受潮、結(jié)塊和變質(zhì)的水泥。

深層攪拌機(jī)是施工的關(guān)鍵，粉噴樁施工設(shè)備應(yīng)選用定型產(chǎn)品，并配有全自動(dòng)電腦記錄儀的設(shè)備，嚴(yán)禁使用沒(méi)有管道壓力表和計(jì)量裝置的設(shè)備。計(jì)量裝置須經(jīng)計(jì)量部門(mén)認(rèn)定，合格后方可用于施工。

4.2.2 配合比試驗(yàn)和工藝試樁的控制

施工前進(jìn)行擬處理土的室內(nèi)配合比試驗(yàn)，以檢驗(yàn)加固該種軟土的適用性和不同摻灰量下的樁身強(qiáng)度情況。試驗(yàn)過(guò)程，要求監(jiān)理人員進(jìn)行全程旁站監(jiān)督，以保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

根據(jù)室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝性試樁，以驗(yàn)證室內(nèi)配合比，確定適合該場(chǎng)地的各種操作技術(shù)參數(shù)并以此掌握該場(chǎng)地條件下的成樁經(jīng)驗(yàn)。本工程經(jīng)試樁確定的主要施工技術(shù)參數(shù)為：噴粉管道壓力0.6Mpa，鉆進(jìn)速度1.0m/min，提升速度0.7m/min，12%水泥摻入量平均水泥用量為51.2kg/m。

4.3 施工階段的控制

4.3.1 噴粉量不足或不均勻的處理措施

粉噴樁施工的關(guān)鍵是確保均勻和足夠的噴粉量，以保證樁身的強(qiáng)度。施工過(guò)程發(fā)現(xiàn)噴粉質(zhì)量不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取復(fù)噴或補(bǔ)噴等措施，補(bǔ)噴重疊不小于1m；施工中遇到土的密實(shí)度對(duì)噴粉量影響較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整送粉器的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，為確保過(guò)程質(zhì)量，要求施工管理人員和旁站監(jiān)理隨時(shí)對(duì)噴粉量進(jìn)行檢查，并做好記錄，以便進(jìn)行對(duì)比分析。

4.3.2 鉆進(jìn)困難的處理措施

鉆進(jìn)困難一般發(fā)生在密實(shí)度較高和含水率較低的土層中，易使鉆頭葉片變形，無(wú)法噴粉。可采取鉆進(jìn)時(shí)沿鉆桿外緣澆水的方法，或更換高強(qiáng)度葉片鉆頭，如仍無(wú)法鉆進(jìn)，就須更換大扭矩大功率鉆機(jī)。鉆進(jìn)困難也可能是地下存在尚未清除的孤石等其他障礙物，應(yīng)及時(shí)停機(jī)移位，排除障礙物后重新復(fù)位開(kāi)機(jī)，當(dāng)障礙物較深又難以排除時(shí)，及時(shí)與設(shè)計(jì)相關(guān)單位溝通結(jié)合實(shí)際情況協(xié)商處理措施。

4.3.3 樁徑變小的處理措施

樁徑變小，單樁承載力下降，出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因有：空壓機(jī)壓力太小；樁周土質(zhì)密實(shí)，粉體顆粒所受阻力過(guò)大；鉆頭磨損使噴嘴變大，壓力下降。因此，施工過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢查粉噴樁的成樁直徑，對(duì)使用的鉆頭須定期復(fù)核檢查，其直徑磨耗量不得大于20mm，否則就要更換或加固焊接。

4.3.4 斷粉或短樁的處理措施

若在樁體局部沒(méi)有噴粉現(xiàn)象，造成斷粉或樁長(zhǎng)小于設(shè)計(jì)值，即短樁，使樁體不能正常傳遞荷載，直接影響復(fù)合地基承載力。造成這一現(xiàn)象的原因有：水泥有結(jié)塊、紙屑等雜物；切土下沉?xí)r沒(méi)有送氣，使噴嘴被泥土堵塞，操作配合不當(dāng)，鉆機(jī)提升過(guò)早，拔管速度過(guò)快。施工中須嚴(yán)格控制鉆機(jī)下鉆深度、噴粉高程及停灰面，確保粉噴長(zhǎng)度，嚴(yán)禁未達(dá)到設(shè)計(jì)加固深度及尚未噴灰的情況下進(jìn)行鉆機(jī)提升。

4.3.5 異常情況的處理措施

在送粉過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)壓力突然下降、灰罐加不上壓力等異常情況時(shí)，應(yīng)立即停止提升，原地?cái)嚢瑁皶r(shí)判明原因。若由于灰罐內(nèi)水泥粉體已噴完或容器、管道漏氣所致，應(yīng)將鉆具下沉到一定深度后，重新加粉復(fù)打，以保證成樁質(zhì)量。檢查故障時(shí)，應(yīng)盡可能不停止送風(fēng)。

5、質(zhì)量檢測(cè)

5.1 外觀(guān)檢查鑒定

采用開(kāi)挖檢查的方法，目測(cè)樁身成形情況，樁體是否圓勻，有無(wú)縮頸和凹陷現(xiàn)象；攪拌均勻程度，樁身有無(wú)水泥結(jié)塊，樁身松散或硬結(jié)程度；群樁樁頂平齊情況，間距均勻性。

5.2 動(dòng)力觸探檢驗(yàn)

一般在施工完成后3天內(nèi)進(jìn)行輕便動(dòng)力觸探（N10）檢測(cè)樁身的強(qiáng)度。根據(jù)貫入30cm的錘擊數(shù)來(lái)判定樁上部強(qiáng)度是否合格。同時(shí)可檢驗(yàn)攪拌均勻性：用輕便觸探器中附帶的勺鉆，在攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀(guān)察其顏色是否一致，是否存在水泥富集的“結(jié)核”或未被攪勻的土團(tuán)。

輕便觸探有效檢驗(yàn)深度為4 m。但是，這種檢驗(yàn)方法存在一定局限性及操作可行性欠佳，其檢驗(yàn)結(jié)果只能作為參考，需結(jié)合其它檢測(cè)方法所得結(jié)果作進(jìn)一步對(duì)比分析。

5.3 樁身抽芯取樣檢驗(yàn)

成樁齡期28 d后取樁身樣品檢驗(yàn)，檢查其樁身強(qiáng)度、樁土攪拌均勻程度、樁底持力層巖土性狀及樁的施工長(zhǎng)度。

本工程設(shè)計(jì)取芯檢驗(yàn)數(shù)量為不少于施工總樁數(shù)的0.5%且不少于6根。取芯后留下的空間應(yīng)采用同等強(qiáng)度的水泥砂漿回灌密實(shí)。

鉆芯檢驗(yàn)的缺點(diǎn)是試驗(yàn)速度慢，費(fèi)用較高，且取芯時(shí)對(duì)芯樣的擾動(dòng)較大，不宜作大面積普查。

5.4 載荷試驗(yàn)

載荷試驗(yàn)在成樁28 d齡期后進(jìn)行。一種為單樁靜載荷試驗(yàn)，另一種為復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)（可做單根、2根和4根樁的復(fù)合地基），按試驗(yàn)操作規(guī)程進(jìn)行，一般要求每個(gè)場(chǎng)地的靜載荷試驗(yàn)點(diǎn)不少于施工總樁數(shù)的1%且不少于3組。

單樁載荷試驗(yàn)一般做樁帽，將樁頂開(kāi)挖后修理平整；復(fù)合地基試驗(yàn)時(shí)承壓板必須在同一平面上。

加載反力裝置采用壓重平臺(tái)反力裝置，試驗(yàn)荷載由安裝在樁頂或承壓板的油壓千斤頂進(jìn)行逐級(jí)加荷，千斤頂所需的反力由混凝土預(yù)制塊提供，試驗(yàn)加荷方式為慢速維持荷載法。所以載荷試驗(yàn)是比較直觀(guān)，相對(duì)比較權(quán)威的檢測(cè)方法。

結(jié)束語(yǔ)

水泥粉噴樁是與軟土形成復(fù)合地基，具有抗壓強(qiáng)度高，連續(xù)性好，承載力明顯提高，耐久性好，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，適合沿海地區(qū)的軟土地質(zhì)。對(duì)沿海地區(qū)小型水利項(xiàng)目的軟土地基加固處理很適用。

但由于深層攪拌樁施工速度快，且屬隱蔽性施工，施工質(zhì)量不易把握，出現(xiàn)問(wèn)題不易發(fā)現(xiàn)，即便發(fā)現(xiàn)也很難補(bǔ)救。同時(shí)個(gè)別施工單位還存在偷工減料，致使樁長(zhǎng)不夠等現(xiàn)象。質(zhì)量問(wèn)題對(duì)復(fù)合地基承載力有較大影響。因此，在施工深層水泥粉噴樁時(shí)，應(yīng)根據(jù)其工藝流程制定各工序質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)，層層把關(guān)，加強(qiáng)施工自檢和監(jiān)理旁站，確保工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖至新. 粉噴樁加固軟基在工程中的應(yīng)用[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003年04期.

[2]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).粉體噴攪法加固軟弱土層技術(shù)規(guī)范（TB10113-96）.

[3]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JG J79-2012）.

[4]張超.粉噴樁在高速公路軟基處理中的應(yīng)用[J].廣東建材，2011年08期.

[5]陳強(qiáng)，龍瓊. 噴粉樁在茅草街大橋接線(xiàn)軟基處理中的應(yīng)用[J].森林工程，2004，20（6）：46-48.

[6]安雪鵬.水泥粉噴樁加固軟基施工工藝及質(zhì)量控制[J].交通科技，2004年第6期.