浅谈粉喷桩在加固软基中的施工应用

浅谈粉喷桩在加固软基中的施工应用
于旭之

填方路基在软土地基施工期间的稳定性和建成后的剩余沉降、差异沉降已成为公路设计和施工中的一个关键技术问题。因在天然状态下，地基中的软土含水量高，密度低，压缩性高，固结慢，强度低。德衡高速公路桩号2K+300—2K+480施工时通过一鱼塘，此此段为软土基，土的含水量34％。作为高速公路的地基，由于考虑较短工期内完成，所以就必须对软基进行处理，根据软土性质确定处理方案，拟采用粉喷桩进行加固处理。
1、粉喷桩处理的特点与加固机理
1、1粉喷桩处理软基的特点
粉喷桩是深层搅拌法加固地基方法是通过特制搅拌机械将软土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间产生一系列物理—化学反应，使软土硬结成具有整体性、稳定性和一定强度的优质地基。
1、2粉喷桩处理软基的加固机理
1、2、1水泥的水化反映、碳酸化作用
普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成。在水泥拌入软土中后，很快与软土中的水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸盐钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等化合物。水泥与水化物中的氢氧化钙，与空气中的二氧化碳反应生成不溶于水的碳酸钙，提高软土的强度。
1、2、2土颗粒与水泥水化物的作用
（1）凝硬作用
水泥与水发生反应析出大量的钙离子，这些钙离子与粘土中的矿物质（如二氧化硅、三氧化二铝）进行化学反应，逐渐生成不溶于水的结晶化合物。
（2）离子交换作用
软土中含有多种矿物质，并有游离钠离子Na+和钾离子K+，它们能和水泥水化生成的钙离子Ga++进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的团粒，使土体强度提高。
1、2、3桩体作用
粉喷桩是具有一定粘结强度的混合料，其刚度较其他散体材料的桩体大，因而其应力分担比也更大。在荷载作用下桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形将更多地逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，起到了桩体作用。经加固后地基土的含水量、空隙比、压缩系数均有所减少，压缩摸量有所增加，加固后桩间土已挤密。
2、粉喷桩设计及布置
2、1粉喷桩的设计
2、1、1桩径
粉喷桩的桩径按粉喷钻机确定，采用粉喷钻机的钻孔直径0.5m。
2、1、2固化剂配比
土质通过试验，要求喷粉桩中水泥土无侧限抗压强度3.18Mpa，采用固化剂为普通硅酸盐水泥32.5#，掺入量为50kg/m。
2、1、3桩长
根据地质条件、施工因素、及确定的水泥掺入量和试验无侧限抗压强度，计算出单桩承载力。根据总荷载和总桩数及选定单桩承载力算出桩长。通过计算加固采用桩长为10m。
2、2桩的布置
施工的粉喷桩呈梅花状按三角形布设，桩间距离为1.5m×1.5m。具体见布置图。

3、粉喷桩的施工
3、1材料
水泥采用普通硅酸盐水泥32.5#，对水泥使用前做了有关强度、安定性试验。在粉喷进行大量施工前，进行了成桩试验，并取得技术参数，为后来大量桩的施工提供依据。
3、2施工机械
粉喷桩施工质量与施工机械有很大的关系。本次采用Gpp-16型粉体搅拌机。
3、3施工工艺

3、4施工要点
粉喷桩施工时根据成桩试验确定的技术参数进行，操作人员随时记录压力、粉喷量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。施工时满足下列要求：
（1）严格控制喷粉标高和停粉标高，不得中断喷粉，确保桩体长度；严禁在尚未喷粉的情况下进行钻杆提升作业；
（2）桩身根据设计要求在地面以下1/2~1/3桩长并不小于5m的范围内必须进行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和；在施工中发现喷粉量不足时，应整桩复打，复打的喷粉量、应不小于设计用量。
（3）施工机具设备的粉体发送器配置了粉料计量装置，也记录水泥的瞬时喷入量。贮灰罐容量也不小于一根桩的用灰量加50kg；
（4）控制重复搅拌时的提升和下沉速度，来保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌；
（5）粉喷桩施工允许偏差应符合下面规定

4、2施工质量控制
主要是检测喷粉及搅拌的均匀性，确保实际桩长、桩端上层是否与设计要求相等，对总桩数的0.2%进行了抽芯检验，桩心进行了无侧限抗压强度试验，进行桩身强度及均匀性评价。
4、2、1桩身强度评价
对所取桩芯的试验结果：桩身强度3.3Mpa，强度最大为5.02Mpa，强度最小为3.2 Mpa，可以判定本段粉喷桩强度满足设计要求。
4、2、2桩身均匀性
从现场抽芯的情况可见桩芯完整，连续性好，断口明显，搅拌均匀。
4、2、3静荷载试验
静荷载试验是检查复合地基整体加固效果的有效方法，既可检查设计对该地层的适用性，又可检查设计的正确性及施工对设计的实现情况。本路段共进行了2组单桩荷载和4组双桩复合地基载荷试验。6组载荷试验确定的复合地基承载力均大于设计值110Kpa。
5总结
（1）在已建德衡路路段的鱼塘软弱地基再处理中，采用粉喷桩法能有效地解决工后沉降量大、沉降速率收敛速度慢等问题。
（2）检测结果表明软基处理效果都能达到设计要求，因此该方法用于道路的软基处理是可行的。
（3）粉喷桩法在设计和施工中应结合现场情况，合理布设孔位，安排打设次序，严格控制粉喷桩的施工质量，保证桩的完整性和均匀性。