特殊施工場地的粉噴樁軟基處理質量控制要點
——以非洲高溫高鹽濱海地區為例

李海生

(中國土木工程集團有限公司 北京 100038)

0 引言

近年來，粉噴樁技術以施工成本低、適用范圍廣、工藝方法簡單、施工震動小、無污染、高效率、高速度、加固有效等特點，在軟土地基處理中得到了廣泛的應用，且受到越來越多人的重視、認可[1]。粉噴樁技術是將水泥、石灰等材料作為粉體狀固化劑，通過對軟土地基的深層攪拌，使粉狀體固化劑和軟土地基的土層產生充分的化學反應，改善軟土地基的原有的土層結構，以形成更為牢固的復合地基，實現軟土地基的有效加固[2]。所以，粉噴樁技術的施工，關鍵在于對施工工藝的流程把控，以保證軟土地基的施工質量。

本文結合非洲吉布提港區鐵路連接線地基處理工程，詳細介紹了材料配比的選用及粉噴樁施工參數的確定，實現在高溫高鹽特殊條件下對濱海地區軟土地基的處理，以及其施工質量控制措施，為類似項目施工提供借鑒。

1 工程實例

1.1 工程概況

非洲吉布提港區鐵路連接線地基處理工程，位于吉布提東南沿海塔朱拉(TADJOURA)灣的南岸入口處，全長50km，施工場地內有小溝渠、部分區域低洼積水，部分樁上方有高壓線，有約300m～400m需要填筑，其余的2km不需要填筑。場地地勢低洼，常年有海水浸泡，在強烈的日照蒸發下，地基土表面有白色鹽晶體析出，形成了大面積的鹽漬土，其物理力學指標如下：

粘聚力C 4～23kPa；

內摩擦角 15°～30°；

壓縮系數0.45～0.91MPa-1；

天然容量17.2～18.9kN/m3；

天然含水量34.9～53.6%；

天然孔隙比0.98～1.48。

場地狀況如圖1所示。

(a)

(b)圖1 施工場地圖

1.2 地質概況

根據工程地質勘查報告揭露，場地土層自上而下分別為：

①0m～3m人工填土，褐色，稍濕，松散-稍密，主要成分為碎石及粉土，碎石礫徑2cm～7cm，碎石含量約占65%，淤泥，灰黑色，軟塑，主要成分為黏粒,夾10%左右細砂；

②3m～9m淤泥，灰黑色，軟塑，主要成分為黏粒，干強度中等，無振搖反應，有光澤，含35%圓礫，粒徑2mm～3mm；

③9m～13m主要是角礫巖，褐黃色，強風化,巖芯呈碎塊狀，塊徑2cm～6cm；

④13m～14m玄武巖，灰褐色，強風化,巖芯呈碎塊狀，塊徑2cm～7cm；

⑤14m～15m玄武巖，青灰色，弱風化,塊狀構造，節理發育，巖芯呈短柱狀，節長6cm～12cm,RQD基本為0，工程地質柱狀圖如圖2所示。

圖2 工程地質柱狀圖

1.3 施工難點

①氣候條件特殊。吉布提位于阿拉伯半島近旁，又處于印度洋西岸，氣候深受阿拉伯半島干燥氣候影響，全境終年酷熱少雨，施工時間剛好處于熱季(當地熱季為4月至10月)，平均氣溫37℃，最高氣溫達45℃以上，導致水泥的水化反應減弱，容易造成水分蒸發，對后期強度的增長帶來嚴重的影響，進而影響施工進度。

②施工區域土質均為濱海高鹽漬土，具有高孔隙比、高壓縮性、高含水量、低滲透性、低承載力等常規軟土特性，以及孔隙水高含鹽量、土的結構性與流變性、腐蝕性、遇水溶解等特征，在各種自然因素和上部荷載等因素的影響下，容易引起強度下降，地基容易發生溶陷變形，造成路面不均勻沉降，路面開裂，承載力不足等現象[3]，嚴重影響地基或路基填料的工程性能。

③施工區域上空有高壓線，施工嚴重受限；部分區域有大量積水且含較多塊石，有些施工區域還含有管樁，增加施工工序。

④施工供電難。由于吉布提國家電網建設不健全，接入程序復雜麻煩、浪費時間，故不接入市電，需專門配置發電機到工地參與全程施工。

2 設計概況

該工程粉噴樁設計，樁直徑500mm,樁間距1200mm，樁長5m～10m，具體樁長現場實際情況而定，分2個標段施工。場地地基土含水量大于35%，采用干噴法施工，采用425普通硅酸鹽水泥，處理后地基承載力不低于180kPa。

3 施工關鍵質量控制

3.1 施工順序

施工準備→鉆機就位→鉆進→提升噴粉攪拌→升到設計標高后再復鉆→提升復拌→升到設計標高后停機→下一樁循環施工。

3.2 質量控制要點

(1)為分析鹽漬土對水泥加固的影響，首先進行水泥土配合比試驗，選用場地土樣與425普通硅酸鹽水泥為試驗材料，制作試塊進行養護；試樣養護到齡期后進行無側限試驗。由試驗可得，當含鹽量小于3.5%時，水泥土的強度隨含鹽量增大而增大；若含鹽量大于3.5%時，水泥土的強度隨著含鹽量的增大而減少；當加入10%的粉煤灰外加劑可提高水泥土的強度，大大抑制了高含鹽量對水泥土的破壞作用。因此，確定每延米水泥用量約為68kg，并配合粉煤灰外加劑進行施工。

(2)粉噴樁的施工工藝，根據室內配比和實測的各項施工參數通過試樁來確定。該工程試樁10根，通過試樁確定鉆進速度、提升速度、攪拌速度、灰罐壓力、空氣壓力等，如表1所示。

表1 試樁確定的施工參數

(3)為有效解決非洲高溫天氣對施工的影響，在施工范圍內搭棚遮擋陽光，并選擇早上、傍晚甚至晚上氣溫較低的時間施工，外加劑摻量控制在8%～10%；同時，做好材料堆放場地的地面排水工作，保持材料的干燥，且確保向灰罐中投入的水泥經過過濾網過濾，以防止結塊的水泥進入樁體。

(4)安裝計量設備。解決氣體和固體雙相流問題、對粉體摻入量及其均勻性的準確計量是保證粉噴樁成樁質量的關鍵。因此，施工時根據單樁噴粉量或每米噴粉量來調節儲粉罐的壓力和供粉速度。采用先進的電子稱重法與鉆機深度相結合的、正確反映每米噴粉量、總灰量等的計量裝置。

(5)噴粉攪拌時，操作手與送灰操作工集中注意力，相互配合，嚴格控制噴、停粉標高和水泥噴入量，確保粉噴樁長度，不中途斷噴粉。嚴禁在尚未噴粉的情況下進行鉆桿提升作業。提升噴粉攪拌時，嚴禁使用快檔，嚴格按照試樁確定的提升速度操作，保證攪拌均勻。

(6)施工過程中，若發電機出現故障引起停電導致中斷噴粉，必須復噴，接樁長度不小于1m；如若發現噴粉量不足時，進行整樁復打，復打的噴粉量不小于設計用量。操作手除保證設計成樁深度外，還要注意地層的變化，根據電流大小，確認進入持力層的深度。定期檢查粉噴樁的成樁直徑和攪拌均勻程度，對使用的鉆頭定期復核檢查。

3.3 施工現場如圖3所示

圖3 現場施工圖

3.4 樁基檢測結果

經現場試驗及對試驗數據的計算分析，抽檢的粉噴樁單樁復合地基承載力特征值為180kPa，滿足設計要求，如表2所示。

表2 單樁復合地基載荷試驗結果

4 結語

軟土地基若處理不當，會給工程的施工和使用造成很大影響，同時還有可能會導致安全隱患。該工程主要通過水泥固化鹽漬土室內試驗分析，確定采用425普通硅酸鹽水泥并利用粉煤灰外加劑配合施工，有效地把握了粉噴樁施工工藝的施工參數。有效地控制了施工過程質量，采用粉噴樁施工技術在非洲特殊工況下即高溫高鹽的濱海地區進行軟土地基處理，有效提高了軟土地基的承載能力和穩定性，工程的整體施工質量極好，為類似工程提供借鑒和參考。