橋梁加固中粉噴樁施工技術應用探討

胡勇，李長杰

（1.江西省高速公路物資有限公司，江西 南昌 330002；2.上饒市鄱陽公路事業發展中心，江西 鄱陽 333100）

1 粉噴樁施工技術概述

粉噴樁加固技術能有效實現軟弱地基的改良和加固，大量工程實踐證明，該技術能顯著提升軟基的承載力和水穩性，加速工后沉降。此外，噴粉施工完全通過密封裝置進行，不會對環境造成污染，更不會在攪拌和加固施工過程中產生振動和噪聲，屬于綠色環保型施工技術。粉噴樁加固工藝能根據施工現場實際情況靈活選擇腳骨料和施工方案，所使用機械設備也較為簡單，機械費用低，施工工效高。粉噴樁加固技術主要適用于地下水位埋深大，地基土實際含水量較高且地下水pH值在4.0及以上的粉質土、黏性土、素填土、松散砂土[2]。當前該技術已經在公路、橋梁、建筑地基及基坑支護等領域得到廣泛應用，為增強軟基加固效果，該技術也可以和其他軟基處理技術結合使用[1]。

2 粉噴樁施工技術的應用

2.1 工程概況

某橋梁工程為特大型斜拉公路橋，該橋梁長2.982km，共設置113孔，寬幅預應力混凝土空心板上部結構跨徑分別為20m和30m，為先簡后支鋼構連續梁結構體系，孔徑按照13×30m+14×30m+3×50m+14×30m+13×30m+15×20m+1 3×20m布置。結合結構承載力評價結果，跨徑20m和30m的主梁在極限狀態下承載力較大，但橋引線段地處黃河淤泥土及部分淡水魚塘內，土層承載力不足，為提升地基承載力，保證橋梁結構的穩定性，決定對該段軟基進行粉噴樁加固處理，粉噴樁設計樁長分別為9m、12m和16m，樁間距1.2m，單樁設計承載力值為100kN。

2.2 施工機械及參數

本橋梁軟基加固處理主要采用粉噴攪拌樁機，該機械主要部件包括底架、傳動系統、鉆桿、液壓系統、送粉系統、氣力輸送系統等。與一般粉噴樁機相比，該機械送粉效果更佳，其在鉆桿提升的過程中，水泥粉體會從儲存罐經由鉆桿后從鉆頭噴出，由鉆頭進行水泥與原土的攪拌，并最終形成強度符合設計要求樁體。本橋梁工程粉噴樁機由人工控制，但是人工控制方式下打樁效率及成樁質量受控制人員技術水平影響較大，且成樁施工過程中缺乏對常見故障的監控。

2.2.1 鉆深

粉噴樁鉆深的確定應根據工程區軟土深度、軟土類型、主機功率等進行綜合確定，根據地勘資料，工程區軟土埋深在3.4～16.5m之間，鉆深過大則必將增大主機功率和工程造價，所以結合類似工程施工經驗，當鉆深不足20m時可增設步履式底盤，既能保證鉆進過程的穩定，又能控制工程造價。

2.2.2 樁徑

隨著粉噴樁樁徑的增大，制造難度、造價和主機功率等均增大，且樁徑和鉆深必須保持一定的匹配關系，當鉆深達到15～20m時，樁徑應控制在Ф500～Ф600以內，而當鉆深達到25～30m時，樁徑應控制在Ф800～Ф1000，才能在符合經濟性要求的基礎上獲得最佳的加固施工效果。

2.2.3 扭矩及主機功率

粉噴樁鉆桿扭矩與樁徑、軟基性質、鉆深、鉆頭類型等均有關系，本工程主要采用經驗公式進行粉噴樁鉆桿扭矩的確定，具體如下：

式（1）中：M：粉噴樁鉆桿扭矩（N·m）；k：修正系數，與軟基土類型有關，取2.0；D：粉噴樁設計樁徑（m）。該公式的應用以粉噴樁機處于50～70r·min-1的正常回轉速度范圍內為前提，本工程設計樁徑為Ф600，粉噴樁機回轉速率為60r·min-1，則由式（1）可得，其鉆桿扭矩為5257.4N·m。

2.2.4 回轉速率

國外粉噴樁機轉速在20～100r·min-1范圍內，而國內粉噴樁機正常回轉速度范圍為50～70r·min-1，回轉速率越高則扭矩越小，機械擺動過大而穩定性差，而回轉速率降低則扭矩增大，工作效率降低。本工程粉噴樁機回轉速率應選用30r·min-1、60r·min-1和90r·min-1三個擋位，其中60r·min-1為一般工作擋，如遇土質過硬、卡鉆等情況，應調整至30r·min-1擋位，如需增大鉆進土體通氣孔隙和攪拌次數，則應選擇90r·min-1擋位。

2.3 鉆機就位

在鉆機進場前，應將施工場地整理平整后鋪設砂墊層，并進行樁位測放。鉆機進場后應在鉆架上標出鉆深控制標示，以便進行樁長的配合控制，同時將2條長度為3.0m的垂線懸掛在鉆架上以進行樁傾斜度控制。

2.4 鉆速控制

粉噴樁鉆進過程中必須按照施工參數控制鉆速，以確保樁體土充分攪拌及噴粉后均勻攪拌。在噴粉過程中應按設計要求提升鉆速，隨著鉆頭鉆速的提升攪拌水泥粉均勻噴出并與周圍軟土充分混合，發生物化反應后形成具有一定強度的水泥土。可見，鉆頭速度的提升對于單位噴粉劑量、攪拌程度等作用重大，也是確保粉噴樁加固施工質量的關鍵性環節。

2.5 噴粉施工

本工程主要采用SJC型水泥土攪拌樁劑量檢測儀進行粉噴樁噴粉量的計量，該儀器安裝簡便、操作便捷、結果直觀，且其噴粉量控制深度單位為0.1m，結果精準，噴粉均勻，測量和記錄過程均自動進行，還能打印施工數據和成樁曲線，便于隱蔽工程噴粉質量控制。該儀器計量參數的設定需通過權威部門，嚴禁施工單位和操作人員自行設定修改。

粉噴樁噴粉壓力主要取決于鉆頭處的被動土壓力，為保證扣除閥門、管道等噴阻阻力損失后的剩余壓力值不小于被動土壓力，本工程提鉆噴粉壓力應比鉆頭處被動土壓力至少大0.1MPa，且該壓力應隨提鉆高度的增大而逐漸減小。在上述提鉆過程中，必須確保噴粉壓力處于相對穩定水平，并使其隨提鉆高度的增大而勻速減小，以保證均勻噴粉及施工質量。待鉆進至設計深度，不得立即提鉆噴粉，必須使水泥粉輸送進管道到達鉆頭的時間超過20s。而本工程水泥輸送初期黏稠度較低，按照設計管長，標準用量水泥輸送至樁底至少需要60s，如未達到這一時間提前提鉆噴粉，則會使樁底1.0～2.0m范圍內水泥劑量過少，影響粉噴樁加固質量。

在提鉆至距離地面50cm處停止噴粉并復攪，以增強水泥土拌和的均勻性，使軟土與水泥固化劑充分發生物化反應，保證結構強度。結合復合地基樁的受力過程來看，樁基上部往往受力集中，所以復攪深度應控制在5.0m以上，復攪施工是本橋梁軟基粉噴樁加固施工的外業工作，對于保證軟基施工質量和承載力較為關鍵。

2.6 施工質量檢測

本橋梁工程軟基粉噴樁加固施工結束后由橋梁管理單位委托所在省檢測單位對該橋梁進行了粉噴樁質量取芯及靜載試驗。具體而言，按照1%的頻率共取芯400余次進行檢測，根據檢測結果，復攪部分粉噴樁成型良好，且芯樣強度均為設計強度的1.5～3.0倍；樁底1.0～2.5m的部分水泥土硬結結構充實，成型狀態良好，芯樣強度也符合設計要求；其余部位芯樣均較為完整，強度也基本符合設計要求。所檢測的粉噴樁也均符合100kN的設計承載力要求。

3 結論

通過分析粉噴樁施工技術在某橋梁軟基加固過程中的應用表明，粉噴樁施工技術主要從不斷回轉的鉆機鉆頭向四周攪動松軟的土體中噴生石灰粉或水泥固化劑，并經過葉片將軟土和噴粉充分攪拌以形成設計強度的樁體，該加固樁樁身無側限抗壓強度能夠達到2000kPa，且加固處理后的復合地基承載力可達180kPa。其與鋼筋混凝土樁相比，能夠節省鋼筋、水泥等建筑材料，便于控制造價，縮短工期；在軟弱地基中通過鉆頭攪拌鉆孔成樁，對周圍建筑結構擾動小，且地表沉降易于控制，施工振動小，幾乎無噪聲，經濟效益和社會效益顯著。