水泥粉喷桩在高填方软土路基施工中的应用

摘要：粉喷桩是一种快速处理公路软土路基、减少工后沉降较为合理的方法，因而在处理公路软土地基施工中得到广泛的运用。文章结合工程实例，详细介绍了水泥粉喷桩的施工工艺和质量控制措施。实践证明，用水泥粉喷桩处理高填方路基软基是一种有效的方法。

关键词：水泥粉喷桩；高填方路基；软基施工技术

中图分类号：U416文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0167-02

近年来,随着改革开放的逐步深化和社会主义市场经济的蓬勃发展,我国公路建设的规模日益扩大,难度不断提高公路建设对软土处治提出了更高的要求。软土从广义上讲,就是强度低、压缩性高的软弱土层。在软土地基上修筑路基,若不加处理,往往会发生路基失稳或过量沉陷,导致公路破坏或不能正常使用。习惯上常把淤泥、淤泥质土、软黏性土总称为软土。由于其成因类型不同,厚度不一,性质各异,因此不能一律对待,首先应查明各地区特点和地质、土质条件,有针对性地采取有效对策,作出合理的处理。水泥粉喷桩是加固处理软土地基的一种好方法，该种方法施工简便、快捷，施工中噪声低、污染小，对周围环境影响小，而加固后的地基承载力提高较明显，经济效益显著，因而得到广泛应用。地基处理对高速公路高填方路基的重要性不言而喻，而施工方法的好坏及施工过程的控制在地基处理中又起着关键的作用。下面结合已完成的工程实例对水泥粉喷桩的施工方法及质量检测作详细论述。

一、工程概况

某大桥0号桥台后50m范围内路基填方高度平均为6.4m，最高填方为6.8m。该处位于河漫滩冲积平原，其地质情况比较复杂，地基土在地表下20m范围内分布有：①粉质黏土，中塑性，硬可塑状；②高塑性黏土，软可塑状；③淤泥，饱和，流塑，含少量有机质；④粉质黏土，中塑性，软可塑状。各土层的主要物理力学指标见表1。

土层序该处由于地势较洼，经常积水，使得地下土含水量较大，且水位较高（地下水位离地面的高度为3m），地基土的承载力较低。为减小路基的沉降量，保证工程质量，须对地基进行处理，处理方法为粉喷桩加固。

二、粉喷桩的设计

设计方案中粉喷桩的长度为8m，孔径为500mm，桩位采用梅花形布置，桩间距为1.0m，水泥的掺量为15%，采用普通硅酸盐425#，要求90d龄期无侧限抗压强度不小于1200kPa。

三、施工工艺

为保证施工的质量，施工查询了大量的相关资料，结合试桩的情况及以前在其他地方的施工经验制订了施工方案。实践证明该方法无论是在施工的进度还是在质量控制方面都较好地满足了设计和规范要求。由于该段地下水含量较高，施工时决定采用干喷法，机器型号为GPP-5型，共1台。施工工艺如下：

1．对进入现场的水泥进行质量检测。根据设计中15%的水泥掺量，取土的平均容重为1.845kN/m3，计算出每米桩的喷粉量为54kg。

2．指定专人负责现场施工及质量控制，做好原始记录及过程控制。清理并整平施工场地，使现场做到三通一平。

3．放样定位，每个粉喷桩的中心位置洒上石灰，并插一根木筷，确保施工时对位快速且准确。

4．对钻机进行检测，主要有:钻头的尺寸是否符合要求；空压机、喷粉机、仪表是否能正常工作；喷粉记录器的显示数据和实际钻进的深度和喷粉量是否一致等。

5．移动钻机，准确对孔。对孔误差不得大于50mm。施工时对各孔进行编号，从一边按照顺序进行施工。

6．利用支腿液压缸调平钻机，钻机主轴垂直度误差不大于1%。

7．起动主电动机，根据施工要求，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档（0.48m/min、0.8m/min、1.47m/min）逐级加速的顺序，正钻预搅下沉。钻至接近设计深度时，用低速慢钻，且钻机应原位钻动1～2min。为保持钻杆中间送风通道的干燥，从预搅下沉开始直到喷粉为止，在轴杆内连续输送压缩空气。

8．粉体材料。水泥材料按照设计要求选用425#普通硅酸盐水泥。

9．提升喷粉、搅拌。在确认水泥已喷至孔底时，按0.48m/min的速度反钻提升。当提升到设计停灰标高后，慢速原地搅拌1～2min。

10．重复搅拌。为保证粉体搅拌均匀，再次将搅拌头下沉到设计深度。提升搅拌时，其速度控制在0.5～0.8m/min。

11．为防止空气污染，在提升喷粉距地面0.5m处减压喷粉。施工中，孔口设喷灰防护装置。

12．提升喷灰过程中，配自动计量装置。喷粉记录器由控制箱、称重器、供粉泵和深度测量器四部分组成。它能自动打印不同深度处喷入水泥粉的重量，有效地控制和检验水泥土桩的质量。

13．钻具提升至地面后，钻机移位对孔。按上述步骤进行下一根桩的施工。

四、施工中的注意事项

施工中除严格按照以上施工工艺进行施工外，还必须注意以下事项：

1．粉体喷射机安装的位置与搅拌机施工最远处之间的距离不超过60m，不然送灰管的阻力增大，送灰量就不稳定。施工机械、电器设备、仪表仪器及机具等，在确认完好后方准使用。

2．施工中，若发现钻机出现不正常振动、晃动、倾斜、移位等现象，应立即停钻检查，必要时停钻重打。

3．施工中随时注意喷粉机、空气压缩机的运转情况、压力表的显示变化和送灰情况。当送灰过程中出现压力连续上升、发生器负载过大、送灰管或阀门在钻杆提升中途堵塞等异常情况时，应立即判明原因，停止提升，原地搅拌。为保证成桩质量，必要时应予复打。堵管的原因主要是水泥结块。施工时对水泥应进行过筛，并要求管道系统保持干燥状态。

4．在送灰过程中如发现压力突然下降、灰罐加不上压力等异常情况，应停止提升，原地搅拌，及时判明原因。若由于灰罐内水泥粉体已喷完或容器、管道漏气所致，应将钻具下沉到一定深度后，重新加灰复打，以保证成桩质量。

5．一般相邻桩的施工间隔时间不超过8h，若因停电、机械故障而超过允许时间，应征得设计部门的同意，采取适宜的补救措施。

6．在粉体发送器中有一个气水分离器，用于收集因压缩空气膨胀而降温所产生的凝结水。施工时应经常排除气水分离器中的积水，防止因水分进入钻杆而堵塞送粉通道。

7．喷粉时灰罐内的气压比管道内的气压高0.02～0.05MPa以确保正常送粉。

8．为避免桩头呈疏松状态，每根桩施工完后在桩头适当地浇水。

9．搅拌机施工时，搅拌次数越多，虽然施工效率降低，但拌和越为均匀，水泥土强度也就越高。水泥与土的搅拌效果可用土体中任一点经历钻头搅拌的次数N来控制，N的表达式为：

N=(h·ΣZ·n)/v

式中：h为钻头叶片高度(m)；ΣZ为钻头叶片的总个数(个)；n为搅拌头的钻速(r/min)，对GPP-5型机，n值分别为28、50和92；v为搅拌头的提升速度(m/min)，GPP-5型机中，与n匹配对应的v值为0.48、0.8和1.47。应当指出，比值n/v表示1个叶片、钻头提升高度1m时的搅拌次数。

五、质量检测

为保证粉喷桩的施工质量，我们在施工中进行了严格的质量控制，并在施工完成后对成桩的质量进行了检测。

（一）施工期间的质量控制

1．桩位偏差不超过50mm。施工前在桩中心插桩位标，施工后将桩位标复原，以便验收。

2．桩顶、桩底的标高均不低于设计值，施工的桩顶面高出设计规定值0.3～0.5m。

3．桩身垂直度。每根桩施工时用水准尺检查导向架和搅拌轴的垂直度，垂直度误差不超过1%。

4．桩身水泥掺入量。按照计算量检查每根桩的水泥用量，允许每根桩的水泥用量在±5kg规格范围内变动。

5．水泥标号、水泥规格按设计要求选用。对所用的水泥分批提前对它作出检验，试验合格后方可使用。

6．搅拌头上提喷粉的速度。喷粉提升速度不超过0.8m/min，并采用二次搅拌。当第二次搅拌时，不允许搅拌头未到达桩顶标高之前出现水泥粉喷完现象：有剩余时可在桩身上部做第三次搅拌之用。

7．喷粉、搅拌均匀性控制。配有水泥自动计量装置，以随时显示出喷粉过程中的各项参数，包括压力和喷粉量等。

8．喷粉到距地面1～2m时，适当减小压力，在孔口加设防护罩。

（二）工程竣工后的质量检验

施工完成后挖去上面50cm的桩头，按照设计要求采用声波检测和取芯检验相配合的方法进行检测。其中声波检测采用低应变反射波法，检测数量为总数的20%，以检查桩长和有无短桩夹泥及缩径等桩身质量问题，检测时间为桩身龄期14d后。取芯检验为随机抽取3根桩，分别在桩顶下0.5m、1m和1.5m取样，进行无侧限抗压强度试验，检测时间为28d龄期后。声波检测显示除了3根桩为B类桩外，其余均为A类桩，而取芯检验中的28d抗压强度也均满足设计要求。

六、结语

现在该段路基已经施工完毕。根据目前的情况看，粉喷桩的应用是比较成功的，通过不间断的沉降观测发现沉降量累计为36mm，然后沉降趋于稳定，连续两个月沉降量小于3mm/月。说明该施工方案较好地满足了设计及规范的要求，为以后类似工程积累了有益的经验和技术资料。

参考文献

[1]曹名葆．水泥土搅拌法处理地基[M]．北京：机械工业出版社，2004.

[2]公路软土地基设计与施工技术规范（JTJ017-96）[S]．

[3]张诚厚，袁文明，戴济群．高速公路软基处理[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997.

[4]中交一勘院．高速公路软土地基处理技术——试验研究与工程实践.

[5]王晓谋．高等级公路软土地基路堤设计与施工技术.

作者简介：廖书全（1974－），男，湖南常宁人，湖南省高速公路管理局工程师，研究方向：路基路面。