热加工工艺杂志水泥粉喷桩在道路软基处理中的应用

　　《热加工工艺》杂志创刊于1972年，1986年公开发行，2004年以前为双月刊，2004年起改为月刊，2006年起改为半月刊。本刊由国家科委批准，中国船舶重工集团公司主管，热加工工艺研究所和中国造船工程学会船舶材料学术委员会主办，是全国性热加工技术期刊。
　　摘要：在软弱地基的处理中, 应依据不同软弱地基情况和不同结构对承载力的要求, 处理的方法多种多样。本文介绍某道路工程采用水泥粉体喷射搅拌桩进行软基处理的应用。

　　关键词：热加工工艺,水泥粉喷桩道路软基处理,应用

　　前言

　　水泥粉喷桩是“水泥粉体喷射搅拌桩”的简称，它是利用水泥作固化剂，在钻孔过程中使用特制的深层搅拌机械将固化剂喷入软土地基的深层，经搅拌，使原位土与固化剂均匀混合并发生一系列物理、化学反应，形成桩体的方法，使软土硬结成具有整体性，水稳性和一定强度的优质地基。水泥粉喷桩是软基加固，提高地基土的承载力和稳定性较好的方法。目前粉喷桩在软基处理领域应用得较为广泛。

　　一、水泥粉喷桩的加固原理

　　作为深层搅拌加固地基技术之一的粉体喷射搅拌加固土桩技术，即粉喷桩技术。该方法的固化剂是水泥，软土和水泥通过特制的搅拌机械强制搅拌，通过水泥和软土见的物理化学反应，水泥水解的Ca2+和土中的矿物质(SiO2，Si3Al2)形成微晶凝胶(该物质不溶于水)，微晶凝胶硬化后形成水稳性和整体性较好和强度较高柱状体，上部结构被柱状体和土体一起承担，使得地基得到加固，形成优质地基。在处理淤泥、淤泥质土、砂性土、泥炭土、粉土等饱和软粘土具有较好的效果。

　　二、工程概况

　　自贡市丹阳街市政道路全段长约2.4 km，其桩号K0+260～K0+300 段为多年沉积水溏，地质勘察揭示了本段地层为淤泥质粉砂土层，平均层厚为6.4 m，工程性能差，不能直接作为道路持力层，经多方案的技术与经济比较分析决定采用粉喷桩技术对该段软基进行处理。粉喷桩设计桩长为7 m，桩平面布置呈梅花形，桩间距为1.5 m，在涵洞基础下粉喷桩间距为1.2 m。

　　1、粉喷桩施工方法

　　(1)施工现场的准备工作

　　a粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料：施工场地的工程地质报告、土工试验报告、室内配比试验报告、粉喷桩设计桩位图、原地面高程数据表、加固深度与停灰面高程以及测量资料等。

　　b场地平整、清除障碍。如场地低洼应回填黏性土;施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层;若地表过软，则应采取防止机械失稳措施。

　　c根据施工图纸画出桩位平面布置图。

　　d根据桩位平面布置图，在施工现场用钢尺定出每根粉喷桩的桩位，并做好标记，每根桩的桩位误差不得大于5 cm。

　　e在施工现场搭设水泥棚，水泥棚的底部用土填高，使之比周围地面高出30～50 cm，并铺设一层木板，然后铺设一层彩条布，最后再铺设一层塑料薄膜，以确保水泥不受潮变硬。水泥棚内的水泥储存量应不少于60 t。

　　f对进场的机具设备进行组装和调试，确保机具的完好率，保证满足施工要求。粉体喷射机安放的位置与搅拌机施工最远处之间的距离不宜超过60 m，否则，送粉管的阻力增大，送粉量就不稳定。

　　g一切准备工作结束后进行试桩，以确定成桩的各项技术参数。确定好钻进速度、提升速度、提升时的管道压力及喷灰时管道压力等技术参数。掌握水泥搅拌的均匀程度及下钻、提升的困难程度，确定合适的技术处理措施。

　　(2)施工方法

　　a定位。做好复测工作，在以后的施工中应经常检查桩位标记是否被移动，确保粉喷桩桩位的准确性。机具移至桩位处并使钻头正对竹签，复核机架的垂直度。

　　b启动空压机送气，钻机正转并垂直钻进。当控制双螺旋搅拌头到达设计桩底标高时，钻机反向转动，启动送灰机送灰，待水泥送至喷灰口(一般约1 min)后再提升钻头，根据电子称重装置显示的喷灰量调节调速电机，这样边喷粉，边搅拌，边提升。

　　c当钻头提升至地面下0.25 m 时停止送灰，关闭送灰机。此时钻机迅速换档，重复搅拌，直至电流表达到100 A 以上停止复搅。

　　d复搅结束后，关闭空压机，消散所有管道压力，钻机主电机停机。

　　e开启液压步履，钻机移位。

　　2、粉喷桩施工的质量控制措施

　　(1)粉喷桩施工前质量控制措施

　　a加强对施工机械设备的检验。每台桩机必须配置可以控制桩身每米喷粉量的记录器，且记录器上的任何一个可操作的按钮和开关不得用于设定或操作时间、深度、喷粉重量、桩位编号、复搅深度、复搅次数等参数，防止伪造施工记录;桩机上的气压表、转速表、电流表、电子秤必须经过标定，不合格的仪表必须更换。

　　b加强对原材料的检验。粉喷桩所用水泥必须经过试验室抽检，满足规范的要求;水泥的堆放应该符合防雨、防潮的要求，严禁使用过期、受潮、结块、变质的水泥。

　　c施工前必须进行工艺试桩。由于地质条件的不同，为了克服盲目性，确保粉喷桩加固地基收到预期的效果，在粉喷桩施工前必须进行工艺试桩。

　　(2)粉喷桩施工过程中的质量控制措施

　　a桩长按进入持力层控制。粉喷桩宜尽量打至持力层上，并且要进入持力层50 cm 左右。在施工过程中，桩底设计标高往往与持力层并不一致，施工单位容易出现桩长于设计标高控制的现象，如在桩尖下预留几米软土，则会有较大的工后沉降量。故粉喷桩实际施工桩长应按进入持力层控制。判别是否进入持力层的方法可由钻机钻到最深时的下钻速度和电流表的读数来判定，这两个参数是在工艺试桩时确定。

　　b粉体计量控制。粉喷桩的质量好坏与水泥掺量的多少及喷粉的均匀性有直接的关系，因此，如何来计量粉体是控制的关键。目前一般较为常用电子称重法与钻机深度相结合的计量装置，它能记录反映深度、相对应每延长的喷粉量、总灰量等。粉体计量控制主要应注意两点：一是要保证喷粉的均匀性，关键是掌握好钻头的提升速度;二是从开始喷灰到钻头处出灰有一定时间，钻机钻至桩底后，必须预喷停留一段时间，方可提钻。

　　c复搅拌控制。水泥与土搅拌均匀程度是关系到粉喷桩桩体强度的关键因素。大量的施工实践已充分证明粉喷桩复搅与不复搅的质量相差很大。钻头喷出的粉体往往呈脉冲状，若不充分搅拌，粉体在桩中呈现层状，形成一种“夹生”，这样的桩即使水泥掺入量再多也没有强度。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与土及水得到比较完全的接触与作用，促使桩体的形成。为了确保搅拌的均匀性，施工时要严格掌握好钻机提升速度、搅拌叶旋转速度等，并应尽量采用全桩复搅以保证质量。当桩长较长、土体天然含水量较高、黏性重时，应采用“二喷二搅”的施工工艺，即：钻进，钻至桩底后慢档提升、喷灰、搅拌至停灰面;钻进、复搅、复喷至桩底，提升、搅拌至停灰面，移位。防止出现“沉桩”现象。

　　3、质量检验

　　( 1) 施工过程中必须随时检查喷灰量、桩长、复搅长度以及是否进入硬土层及施工中有无异常情况,记录处理方法及措施。

　　( 2) 粉喷桩成桩7 d 后,由施工单位进行开挖自检,观察桩体成型情况及搅拌均匀程度,测量成桩直径,并如实做好记录。

　　( 3) 成桩28 d后在桩体上部(桩顶以下0. 5、1. 0、1. 5 m)截取整段桩体并分成3段进行桩身无侧限抗压强度试验。

　　( 4) 在所述( 1) ～ ( 3)条检查合格的前提下,进行全桩长的钻芯抽检,主要检查:

　　a 是否贯穿软土层(特殊路段参照设计标准) ;

　　b桩身的长度;

　　c 喷灰量是否达到设计要求;

　　d桩身成型情况;

　　e水泥土搅拌均匀程度;

　　f桩身的强度。

　　结束语