淺析粉噴樁加固機理及其在萬豐路工程中的應用

陳文波

株洲市建筑設計院有限公司，湖南株洲 412000

隨著我國經濟技術快速發展，軟基處理方式越來越多，目前最常用的有換填法、排水固結法、擠密法、砂石樁法、振沖法、強夯法、灌漿法、水泥土攪拌法等。我國地域遼闊，地質條件千變萬化，各地施工機械條件、技術水平不盡相同，應根據不同條件合理選擇處理方法。粉噴樁是水泥攪拌法中的一種，本文通過闡述粉噴樁加固機理，結合萬豐路中粉噴樁的應用，對粉噴樁的設計、施工工藝及質量檢驗進行介紹，供相關人士參考。

1 粉噴樁的加固機理

1.1 定義及適用范圍

粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，利用水泥等材料作為固化劑主劑，通過專業機械與軟土強制攪拌，利用固化劑與軟土之間一系列物理化學反應，形成整體性、水穩性較好的具有一定強度的優質地基，適用于加固各種成因的飽和軟粘土，常用于加固淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高的粘性土，目前在國內外廣泛應用，國內陸地上的施工實例處理深度已達27m（施工機械能力為30m）。

1.2 水泥加固土的原理

粉噴樁的加固機理基本是水泥加固土的物理化學反應過程，水泥水解和水化反應在有一定活性的介質土中進行，由于水泥摻量很小，水泥土硬化速度緩慢且作用復雜，受土質條件影響較大，其強度增長的過程與混凝土硬化相比較慢。

粉噴樁的粉體主要采用普通硅酸鹽水泥，由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、三氧化硫等組成，由這些氧化物通過化學反應生成不同的水泥礦物。在反應中生成的氫氧化鈣、水化硅酸鈣能速溶于水中，使水泥顆粒表面重新暴露并與水反應，周圍的水溶液就逐漸達到飽和，新生成物以細分散狀態的膠體析出，懸浮于溶液中，形成膠體。

當水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續硬化，形成水泥石骨架，有的則與一定活性的粘土顆粒發生離子交換、團?；?、凝硬反應，從而形成固結體。水泥加固土的強度主要來自水泥水化物的膠結作用。

2 粉噴樁在新馬EBD萬豐路中的應用

2.1 工程概要

萬豐路位于新馬EBD的核心地帶，是新馬EBD東西向重要的城市主干路，路幅寬度32m，全長約3.0km。道路范圍原地貌為農田，因萬豐路南側萬豐湖已完成圍湖蓄水，路基范圍部分被水淹，形成“水塘”，面積較大，且水深平均約4m。針對該路段軟基處理，建設單位組織專家對路基處理方案進行了論證，綜合施工條件、進度和成本考慮，最終選擇回填路基后采用粉噴樁對路基進行處理。

2.2 工程地質條件

根據地質勘察報告，粉噴樁處理范圍內路基原地貌為農田，最上層為淤泥質粉質粘土，呈灰黑色，具腐臭味，飽和，流塑，屬松土，深度約0.7m，不能作為路堤基礎持力層；第二層為粉質粘土，褐黃色，土質較均勻單一，含少量鐵錳質結核，無搖震反應，稍有光滑，干強度及韌性中等，濕，硬塑，屬普通土，可作為路堤基礎持力層。

2.3 設計計算

粉噴樁的設計主要包括處理范圍、處理深度、樁體間距、施工工藝等。

2.3.1 粉噴樁處理范圍

粉噴樁的處理范圍應參考路基基礎要求，兼顧各類構造物、管線的情況，同時考慮現場施工條件。萬豐路路基范圍內水位標高為40.8m，為便于施工，填土至水位以上0.5m作為粉噴樁施工面，以填方區邊坡1：1.5坡率計算確定粉噴樁范圍。

2.3.2 處理深度

粉噴樁加固深度為穿過軟土層，入路基持力層深度不小于0.5m，平均樁長7.0m計。

近年來流行病學和遺傳學的研究顯示， 生物鐘節律是廣泛存在于生物體中重要的內源性調節機制，其對糖、脂肪等代謝的調控是調節能量代謝的重要途徑，同時也使能量代謝變化呈現出重要的特征——節律性以來適應生理功能的需要[11]。更重要的是，時鐘基因震蕩節律的異常與糖代謝以及心血管疾病密切相關[12-13]。有研究發現，生物鐘晝夜節律紊亂可導致糖代謝障礙、胰島素抵抗和代謝綜合征等[14],同時生物鐘節律紊亂也可能是糖尿病產生和進展的重要促發因素[15]。如前所述，積極探索糖尿病對心肌時鐘基因Bmal1/Per2的影響及具體形式可能為防治糖尿病心肌病提供新的治療方向。

2.3.3 樁體間距

根據株洲地區粉噴樁的應用情況，樁徑一般采用500mm，水泥滲入比為12%時，樁身強度一般為1.0～1.2Mpa。根據樁身斷面尺寸、每層土的側阻力特征值及厚度計算單樁承載力。公式為：

根據道路路基設計要求，地基承載力要求為150kpa以上，據此計算置換率，公式為：

由置換率計算總樁數，公式為：

粉噴樁呈梅花樁布置，根據總樁數及處理面積可以計算得出樁間距。本工程粉噴樁間距為1.2m，如圖1。

圖1 粉噴樁平面布置圖

通過粉噴樁設計可知，粉噴樁間距、樁長主要受軟土層厚度、樁間土的側阻力及樁端天然路基土的承載力影響較大，因此，進行粉噴樁路基處理設計前，應加強對軟土路基勘探，獲取與現場情況相符的地質參數。

2.3.4 其他設計參數

（1）水泥：采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

（2）碎石墊層：采用未篩分碎石，最大粒徑不超過30mm。

2.3.4.2 施工技術要求

（1）粉噴樁噴灰量每延米不小于55kg，水泥土7d無側限抗壓強度不小于1200kpa，正式施工前須進行試打，以確定最終每延米噴灰量及樁長，并打入路基持力層以下0.5m。

（2）施工前應先進行工藝試樁，以檢驗機具性能及單位樁長噴粉量、工作壓力、鉆進和提升速度等技術參數，每個作業點工藝試驗樁不少于5根。

（3）粉噴樁施工嚴格按工藝試樁試驗參數進行。鉆桿提升作業時應控制攪拌速度，邊噴粉邊攪拌邊提升，鉆頭提升至設計?；颐妫ǚ蹏姌稑俄敇烁咭陨?.5m）時，停止噴粉，并慢速原地攪拌2～3min。

（4）設備就位后必須平整，確保施工過程中不發生傾斜和移動，機架和鉆桿的垂直度偏差不大于1.0%，施工中加強對鉆桿垂直度的觀測，如發現偏差較大應及時調整。

（5）施工前進行樁孔定位，鉆機與樁位對中偏差不得大于20mm。

（6）嚴格控制噴粉標高和停粉標高，不得中斷噴粉，嚴禁在尚未噴粉的情況下進行提鉆作業。

（7）施工中若出現噴粉量不足，應整樁復打，復打噴粉量應不小于設計用量。

（8）攪拌頭預拌下沉時電機的工作電流在試樁時應結合地勘報告，依據電流變化情況，得到判斷進入持力層的依據，不得超鉆。

2.4 施工工藝

施工前應做好施工準備和實施組織設計，并進行工藝性試樁。施工順序如圖2。

圖2 粉噴樁施工順序

2.5 質量控制及檢驗

成樁28d還應采用復合地基荷載試驗檢驗承載力，復合地基承載力要求不得低于150kPa，檢驗數量必須大于樁總數的1%，且單項工程不應少于3根。該工程檢測流程如下：將設計承載力作為控制標準，最大承載力為400kN，是設計承載力的2倍，加載分為8個層次，加載一級后間隔一定的周期觀測一次，時間間隔分別為5、10、15、30min，詳細記錄觀測信息。卸載按照等量法分為四級，每級持續時間為1h，卸載后觀測一段時間，時間間隔分別為5、10、15、30min，卸載至0時，觀測樁頂殘余沉降量。該項目抽檢質量與設計要求相符[3]。

3 結語

軟土地基的存在會對道路基層性能造成影響，為保證道路建設質量，需做好軟基處理工作。粉噴樁法作為軟土路基處理方法之一，其具有處理效果佳、施工便捷等優勢。如何做好路基處理中的粉噴樁應用，應從設計階段著手深入研究，施工階段加強管控和檢驗，以期達到好的建設成效。