粉噴樁在公路軟土地基處理中的應用

（甘肅省酒泉高速公路處，甘肅 酒泉735000）

1 工程概況

某公路工程所處地形較為平坦，起訖樁號為K0+000～K6+460段，在本路段內存有一段挖方路段，即K1+400～K2+250段，路槽低耕土為棄土，基底為素填土，路基作用范圍內為素填土，但含有大量軟土及粉質粘土。為保證施工質量，決定采用水泥粉噴樁進行軟土地基加固處理。

2 粉噴樁加固機理

粉噴樁加固土體的原理為充分混合原位土和固化劑，通過固化劑與附近土體內的水分進行結合，以此產生一系列的物理化學反應，最終將混合水泥土凝結、硬化，形成一個整體，這種加固方法不單能夠提升土體自身強度，還能對樁周土層起到穩固作用。目前，在我國道路工程建設中，粉噴樁在地基處理中得到了廣泛應用，其優點多，具體如下：1）可充分利用原狀土，通過膠結材料，如水泥、石灰等，粉噴樁可對原狀土的力學性能進行有效改善。2）粉噴樁只需在轉機內將原狀土和水泥進行攪拌即可，一般不會影響周圍建筑物。3）路基力學性能可通過膠結材料摻加、樁間距合理控制等措施得以改善，且與設計要求相符。4）待粉噴樁成型之后，復合地基的重度和原狀土的重度差距較小，一般不會導致下臥層下沉。5）相比鋼筋混凝土樁，粉噴樁的成本較低。6）按照施工需求及土質實際情況，可合理選擇粉噴樁的類型，常見的包括正方形、矩形、梅花形等。

3 粉噴樁強度的影響因素

影響粉噴樁樁身強度最顯著的因素為齡期、水泥噴灰量和土的含水量。

3.1 齡期

粉噴樁齡期對水泥的強度影響較大。水泥土的強度隨著齡期的增長而增長，其強度在7天內增長速率很快，在28天內的增長速率較快；28天以后，增長速率明顯下降；90天齡期后強度增長很小。故本設計中采用7天齡期的無側限抗壓強度作為水泥土強度設計標準值。

3.2 水泥噴灰量

水泥噴灰量對水泥土的強度影響也很大。施工前，應取所選用水泥和有代表性的軟土地基取樣，按照設計要求進行水泥土標準試驗。當實際噴灰量小于設計噴灰量時，水泥土固化反應弱，水泥土比原狀土強度增長微乎其微，加固效果不明顯；當水泥噴灰量大幅超過設計噴灰量時，水泥土強度增長隨著噴灰量的增幅減緩，費用與效果比不合理，導致成本大幅增加，產生原材料浪費，不經濟。本項目中采用水泥噴灰量每延米不小于55kg。

3.3 土的含水量

加固土含水量也是對水泥土強度影響的較關鍵因素。規范規定，地基土的天然含水量在小于30%或大于70%時不宜采用水泥粉噴樁工藝。含水量小于30%時，土壤中的水分不足以使粉體進行充分水化反應，當含水量大于70%，不能保證水泥土樁體達到設計強度。本項目由于地勢低洼，同時是老的溝渠，連通萬豐湖水系，軟土含水量經現場取樣確定約為37%，適合使用粉噴樁施工。

4 公路軟土地基加固中粉噴樁的技術要點

4.1 施工準備

水泥粉噴樁的主要施工順序為：施工準備→鉆機就位→鉆進→提升粉噴攪拌→設計標高后復鉆→提升復攪→升到設計標高后停機→下一樁循環施工。

施工前，先做好各項準備工作，保證施工滿足要求。根據設計要求，粉噴樁施工固化劑干法施工可采用42.5普通硅酸鹽水泥，保證所采用的材料具有合格證，在使用前不會出現受潮、結塊等現象。通過現場取芯試樣（28d齡期）進行粉噴樁無側限抗壓強度試驗，要求其無側限抗壓強度達到1.0MPa。此外，還要提前通過水泥土試驗確定水泥摻加量的多少，保證其滿足施工要求。成樁試驗是正式進行粉噴樁施工前必須完成的工作，根據設計要求，可在48～50kg/m之間控制水泥摻入比，且做好加固土室內試驗，在試樁時，要求采用6根，利用試樁的方式對各項參數進行準確確定，為后期大面積施工提供參考，如鉆進速度、提升速度、噴氣壓力等。施工前，要編制粉噴樁專項施工方案報公司總工、監理、業主審批，按照施工方案做好人員、機械和材料的準備。項目技術負責人在施工前需要組織做好技術人員和機械操作人員的技術交底工作。由于該路基范圍低洼積水嚴重，在路基范圍內填土至萬豐湖常水位以上0.7米（標高41.5）后進行場地平整工作。做好工藝試樁工作，選取該工程某路口往小里程樁號約200米處，此段路基范圍內恰好有淤泥較深的老溝渠，同時積水較高，具有代表性。通過試樁，對機械性能、工作壓力、鉆機下鉆和提升速度、單位長度噴灰量、復攪工藝等因素對樁身強度和質量評定，通過檢測確定技術參數，作為正式施工的依據。

4.2 施工工藝流程

1）按照設計要求，在指定位置準確放置設備，待設備就位后，保證設備機軸垂直，且在5cm以內控制誤差范圍。隨后對樁機的支腿油缸進行適當調節，保證鉆機鉆桿傾斜度在1%以內，避免出現打斜樁現象，從而對樁基承載力造成嚴重影響。2）隨后將粉噴機的回路閥門關閉，并同時將氣路閥門開啟。3）樁機啟動后，慢慢調整氣路調壓閥，向樁機供氣。隨后樁機速度逐步加快，正轉預攪拌不斷下沉。此時，需指派專人對壓力表的讀數進行認真觀察，伴隨鉆桿下鉆壓力的持續增加，需根據實際情況，對壓差進行適當調整，相比前閥，后閥應多出0.02～0.05MPa。當鉆到與設計深度基本相近的位置時，應放慢速度，持續緩慢地鉆進，一般可在1～2min內控制鉆機原位轉動時間。4）待鉆至設計樁底要求后，可按照每分鐘1m的速度勻速反向旋轉著將鉆頭緩慢提升，可同時噴射、攪拌，保證軟土和水泥能夠混合均勻，待提升到?；以O計標高位置之后，即可進行1～2min緩慢原地攪拌。在此過程中，盡可能保證噴射量和提升速度相符，避免出現故障。若一次噴灰質量不達標，需再進行一次噴灰施工。提升過程中，可采用中、低檔進行施工，確保能夠均勻攪拌，保證每提升16mm，轉動攪拌軸1圈以上。當鉆頭提升位置和地面相距0.5m時，需及時停止噴粉施工。粉噴樁施工過程中，應保證連續泵送水泥，水泥用量、泵送時間均做好詳細記錄，在提升時，同樣可利用粉體發送器向攪拌地土體內噴射水泥粉。5）完成上述施工后，需再次進行復拌施工。相比樁長，復拌深度為其1/3，保證能夠充分拌和土體材料和水泥，能夠徹底粉碎土體，水泥粉能夠在樁土內均勻分散。6）復拌結束后，需將鉆頭提升并高出地面，隨后將閥門開啟，減壓放氣。

5 總結

粉噴樁技術的使用，改變了原地基的密實度，降低軟土的滲透系數，有效地起到了阻水作用。采用粉噴樁處理軟土路基要比一般采用的灌注樁更加經濟實惠，對環境的影響更小，其加固效果好，工藝技術簡便，設備簡單，施工方便快速，造價低廉。同時更要抓好施工的各個環節，嚴把質量關，只有在施工過程中嚴格控制才能確保工程的優質高效。