粉（湿）喷桩施工工艺研究

　　摘要：粉喷桩工艺因为具有处理软基施工简单，节省工程投资，缩短工期，适应性强，无振动、无噪音、无污染，对周围环境及建筑无不良影响等特点而被广泛应用。本文对粉喷桩施工工艺进行深入研究和理论的探索。
　　关键词：粉喷桩；施工；工艺
　　1粉喷桩的施工特点
　　粉喷桩加固软土地基与其它软基处治方法相比较，具有以下特点：
　　（1）应用的工程范围比较广泛。如高速公路、高等级公路、铁路、市政工程、工业与民用建筑等软土地基的处理及加固。
　　（2）应用于不良地质的范围非常广泛。如用于泥炭土、淤泥、淤泥质、淤泥质（亚）粘土、杂填土或人工填土等地基的处理及加固。
　　（3）承受荷载比较大。如工业厂房独立柱基的最大承载力达到1500至2000KN。单桩承载力一般在100至120KN。
　　（4）适用于结构物的基础种类较多。如结构物的杯形（独立）基础、条形基础、片筏基础、大面积基础及轻型结构物基础等。
　　（5）粉喷桩适用于高含水量的软土地基。在同湿喷桩相同的时间搅拌比较，粉喷桩强度远远高于湿喷桩的强度，甚至高达2～3倍。
　　（6）该法是以粉体作为加固材料，不需向地基注入附加的水分，可以充分地吸取地下水进行水解和水化反应，加固后的地基柱体承载力与相类似的高压喷射注浆法相比要优，其固结效果要更好。
　　（7）粉（湿）喷桩施工中无振动、无噪音、对周围环境及建筑物无不良影响。
　　（8）粉（湿）喷桩加固的复合地基，一般不需要进行堆载预压（专门设计除外）就能获得非常高的地基承载力和变形模量，因而可以减少地基的总沉降量。
　　（9）采用粉喷桩加固后的复合地基承载力比加固前至少提高一倍，甚至更高。
　　（10）钻孔搅拌机械和质量监控设备经过近些年的不断改进，自动化程度的不断提高，移动更加方便以适应大面积或狭小场地施工，并能发挥非常高的效率。钻、喷搅拌速度稳而快，一般每日成桩在300延米，并在成桩7到15天后即可进行下道施工工序的施工，大大缩短施工循环的周期。
　　（11）本方法以较小的投入即可达到理想的最佳加固效果，而且成本低、效益高。
　　近些年来，仅在南方各省软土地质大规模应用了粉（湿）喷桩加固地基。如沪宁、沪杭、锡澄、广靖、杭宁、甬台温、徐连以及宁杭等多条高速公路粉（湿）喷桩施工累计总长在数百万米以上，经过大量的实践证明路堤地基加固后在稳定安全和工后沉降量方面非常符合设计正常适用指标。
　　2粉喷桩施工机械
　　粉喷桩施工主要机具是钻机、搅拌钻头、喷粉机和空压机。
　　2.1钻机
　　粉喷桩的钻机是粉喷桩施工最主要制桩机械。它必须满足以下三点：
　　（1）马力要大、扭矩要大，适合大直径钻头制桩。钻头直径一般为50cm左右。
　　（2）具有正向转进，反转提升的主要功能。
　　（3）提升力要大，同时并能实现匀速提升。
　　2.2搅拌钻头
　　粉喷搅拌法是凭借搅拌钻头叶片在搅拌作用时使水泥与软土均匀混合，因此搅拌钻头的形状直接影响水泥与土的搅拌均匀效果。钻头的形式应保证反向旋转提升时，对桩中土体有压实挤密作用，而不是使水泥和土向地面翻升从而导致降低粉喷桩体质量。因此，需要合理选择搅拌头的组合形式。粉喷桩施工需用粉喷式深层搅拌机、空压机和发电机，其中深层搅拌机是粉喷桩施工最关键的设备。是保证和提高粉喷桩质量的重要因素之一。
　　图1粉喷式单轴搅拌头图
　　图2粉喷式双轴搅拌头
　　合理选用搅拌机搅拌头组合形式：
　　一是指搅拌头的叶片组合形式。搅拌头的叶片组合形式对加固材料和地基原位土的搅拌效果有着非常大的影响。当搅拌机的搅拌头为相同叶片组合的时候，搅拌叶片的回转速度越快，搅拌机搅拌效率越高；而在回转速度一定的情况下，搅拌机搅拌叶片越多，则搅拌效果越加的好。所以，为保证搅拌时的效果，在大部分搅拌机的搅拌头部都装有多层搅拌叶片。图1是用于粉喷桩施工的单轴式搅拌机搅拌头，它除了具有两片互成180°的麻花状叶片以外，还增设了两组副叶片，该叶片可将土体粉碎得更加的细，便于加固料与原位土充分均匀拌合。单轴式搅拌机搅拌头转动力矩相对较小，对具有高压缩性、含水量很大的淤泥类土比较适用，作业效率也比较高。图2是双轴式搅拌机搅拌头，它的旋转半径及转动力矩都比较大，不仅适用于孔径比较大的淤泥类土的粉喷桩制桩，也适用于压缩性及含水量相对于淤泥类土偏小的软粘性土的粉喷桩制桩，同时，施工深度也较单轴式大大增加。施工时具体选用哪种叶片组合形式，主要应以施工地点的地理条件和地质为主。同时包括软土的类型及施工深度、考虑设备调运、电力配备、辅助技术和经济等各种因素。合理选用搅拌机搅拌头的组合形式；
　　二是指钻机粉喷式搅拌头的粉体喷出口的位置。粉喷式搅拌头喷出口位于叶片上与位于中心轴上，加固材料沿桩横截面方向喷射效果不同。当喷出口位于叶片上时，加固材料沿桩横截面方向分布呈外密中疏这种现象，制桩直径越大，这种现象越加明显。而且，搅拌机下钻时搅拌头粉体喷出口容易堵塞，只能用纯水泥粉作加固材料。当粉体喷出口位于中心轴上时，在粉喷桩各种压力的作用下，沿桩横截面方向加固料成基本均匀分布，成桩直径在1m以内的，这种优越性表现极为突出。而且，粉喷时除了使用水泥这种加固剂以外，还可以使用其它的工业废料，例如粉煤灰等粗颗粒物质。所以，为了保证喷射效果，粉喷式搅拌头的喷射出口通常位于中心轴上。只有对于成桩直径比较大（大于1m）的粉喷桩，为增加加固料沿成桩横截面分布的均匀度，可同时在搅拌头中心轴上和叶片上设喷出口，采用管喷和叶喷相结合的施工方法。但施工时粉喷压力应适当提高，以防止堵管和粉喷困难。
　　粉喷式搅拌机搅拌头组合形式的优劣关系到成桩质量的好与坏，同时也影响到转矩的大和小。因此选用搅拌头组合形式应按优化设计的原则，使其满足转矩大、转速快、粉体喷射搅拌均匀的要求。此外搅拌头叶片组合形式还应保证搅拌头反向旋转提升时对桩体混合土有压实挤密作用，使灰土不向地面翻开，从而保证桩体的整体密度和强度。
　　2.3喷粉机
　　喷粉机是定时设置发送粉体加固材料的设备，它是粉喷搅拌法加固软土地基施工机械中的重要设备。
　　由空压机输送来的压缩空气，通过节流阀调节风量的大和小，进入“气水分离器”时使压缩空气中的气水分离。然后将“干风”送达粉体发送器喉管，与“转鼓”定量输出的水泥进行混合，成为水泥与压缩空气的混合体，进入钻机的“旋转龙头”，通过空心钻杆喷入地下。
　　2.4空压机
　　粉喷法的粉体喷出，是以空压机作为风源。空压机的选型，主要受加固施工的地质条件和加固深度所控制。
　　3粉喷桩施工工艺流程
　　测量定值→桩机安装和调平机身→钻孔对位→→启动空压机→开始钻孔→钻达设计孔深→→喷粉机喷灰及搅拌和提升→成桩→设计桩顶→→开始进行二次搅拌→停气和停灰→转入下一循环
　　4施工方法
　　（1）对正制桩位置：根据设计要求确定钻机的位置，调平钻机机身，保证桩的垂直度。
　　（2）下钻：启动搅拌钻机，等搅拌钻头接近地面同时，启动空压机输送气体，钻头边旋转边钻进。为了不使喷射口堵塞，此时并不喷射水泥加固料，而是喷射压缩空气。钻进时喷射的压缩空气，可使钻进比较顺利。随着钻进，准备加固的土体在原位受到搅动。
　　（3）钻进到设计孔深时，立即停止钻进。
　　（4）打开送料阀门，关闭送气阀门，喷送水泥等加固料，并确认水泥等加固料已到桩底。
　　（5）启动、提升搅拌钻机，钻头呈反向旋转。边提升的同时通过喷粉机将水泥喷入搅拌的土体中，使水泥和土体进行充分拌和。
　　（6）提升到设计标高时，停止加固料喷射，成桩结束。实践证明向土体喷射过程中的最后提升阶段，若在搅拌钻头距地表30～50cm处停止喷水泥，则水泥不会溢出地面。
　　（7）进行第二次搅拌：根据设计要求在地面下一定深度范围内需进行重复搅拌，此时停止喷水泥等加固料，钻头边旋转边钻进至设计要求的二此搅拌的深度。在提升中，边反向旋转边提升。使土体与水泥等加固料充分拌和，土体被完全充分粉碎。水泥均匀分布在地基土中。
　　（8）将搅拌钻头提出地面，停止钻机、空压机，填写施工记录和各种数据表。
　　（9）转入下一循环，移动钻机到下一桩位。
　　5施工要点
　　（1）机身调平以钻杆是否垂直于地面水平线为准确依据，实际操作时可用铅锤吊线等方法进行校对。
　　（2）钻头钻至设计深度时，应有一定的停滞时间，以保证水泥等加固料到达桩底。一般在开工前通过试桩确定钻头在设计深度的滞留时间。
　　（3）整个制桩过程一定要保证一边喷粉、一边提升连续作业工序。如出现喷粉间断，应及时补充喷粉，补喷重叠长度一定不能小于1.0m。
　　（4）桩顶设计高与地面标高相互接近时，宜立即停止提升，匀速搅拌数秒，以保证桩头拌和均匀密实。
　　（5）水泥粉入罐时必须过筛，以保证水泥粉中没有纸屑、石块等一切杂物。
　　（6）喷粉开始时候，应将电子秤显示数值归零，使喷粉过程在电子计量显示下准确进行。喷粉搅拌时，工作人员随时观察电子秤的数值变化，以保证桩体各段喷粉均匀。
　　总结
　　（1）粉喷桩施工的主要工序是在地下进行，无法通过人员直接监控，其关键工序是喷射粉体，喷粉开始后，应设专人严格监督，严格控制喷粉的时间、停止的时间和水泥喷入量。
　　（2）采用粉喷桩这种施工工艺加固软土地基具有施工速度快、周期较短、施工非常安全、操作简便、劳动强度较低，水泥粉与原位土形成的水泥土的稳定性和整体性非常好及优良的技术经济效益等显著特点。
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