粉喷桩处理软土地基的施工监理

王晓晶

(衡水衡通公路工程监理咨询有限公司)

水泥粉喷桩是用于加固饱和软粘土地基的一种方法,它是利用水泥作为固化剂,用压缩空气通过粉喷桩搅拌机将水泥粉喷入周围待加固的软土层,再通过搅拌叶片旋转搅拌使水泥粉与土混合,通过水泥与土颗粒间一系列物理化学反应,经过一定时间,在设计深度范围内形成具有一定整体性、水稳性和一定强度的水泥固化土,与原地基构成复合地基,从而提高地基承载力、降低地基压缩性,达到加固软弱地基的目的。

1 施工准备阶段的监理

1.1 严把原材料质量关

粉喷桩水泥一般选用 325或 425的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。施工中所用的水泥的品种和标号应符合设计要求。对购进水泥,采用承包人自检和监理抽检的方式进行复核验证,经监理工程师批准后方可使用。

1.2 机具设备性能应满足施工需要

深层搅拌机是施工的关键。粉喷桩机严禁使用非定型产品或自行改装设备,进场的设备必须是性能良好的能显示钻杆钻进时电流变化的电流表、显示管道压力的压力表和计量水泥喷入量的电子秤(或电脑计量装置)。所有的电流表、压力表和电子秤(或电脑计量装置)等量器、衡器具必须经过计量部门标定,合格后方可用于工程施工。

1.3 严把测量放样关

粉喷桩施工前,监理工程师应会同施工单位对导线点、水准点进行复测,在满足设计精度后,办理现场交桩手续。施工单位根据控制点按方格网放样、用钢尺量距平面误差不得超过 5 cm,并用竹签或木桩标定,填写放样报验单,提交监理工程师审核批准。

1.4 认真做好室内配合比

在施工前,取含水量较大的地点取样进行室内配比试验,测定软土的天然含水量、孔隙比、液塑限、有机质含量、PH值和不同掺入量水泥土各龄期的无侧限抗压强度,以检验粉喷桩加固该种软土的适用性和设计掺灰量下的桩身强度能否达到设计要求。在试验过程中,监理人员应进行全过程旁站监督或进行平行试验,以保证试验结果准确可靠。

1.5 试桩监理

施工工艺性试验在监理工程师的监督下,由施工单位组织实施,并邀请设计单位、建设单位派员参加,工艺试验结束后由施工单位提交书面工艺性试验总结报告,上报监理工程师审查批准,作为今后水泥粉喷桩施工依据。无监理工程师书面指令,施工单位不得随意更改施工工艺。

2 施工过程中的监理

在水泥粉喷桩施工过程中,现场旁站是监理最主要的工作,旁站监理应熟悉施工工艺和各项施工参数,并对施工过程进行全过程、全方位、全天候的旁站。

2.1 原地面平整

清除施工现场的障碍物及杂物。在低洼处、河塘沟渠中应先清除淤泥,再回填不含腐植质的土。在结构物处应清除至桩顶标高以上约 30 cm,使粉喷桩机有足够的施工操作场地并符合设计的长度和宽度。

2.2 施工放样

(1)在整平的地面上,放出结构物中桩及纵横轴线,并在施工范围外的适当地点将轴线用桩固定。

(2)根据桩距,按梅花形式布设在地面上,用小竹片定出桩位,边桩出路基坡脚 0.5～1.0m。

2.3 钻机就位

使钻杆垂直,钻头对准桩位,然后检查导向杆的垂直,并将喷气口清理干净。作好进尺标记,在机架的两侧,用油漆标明,一般每 50 cm一道,以米为单位,用数字表明,以便检查钻进深度。

2.4 预搅钻进

开机气压一般为 0.35～0.40MPa,然后开动驱动装置,同时启动钻头,边转动,边下钻,钻进速度一般采用 0.5～0.8m/min,直钻至设计要求深度。

2.5 喷粉及提升

当钻至设计标高时,根据土质情况和要求的喷灰量,加大空气压力,同时开启粉体发送器的阀门,使水泥干粉随压缩空气,通过钻头下部的孔口,喷入土中,此时应边喷边搅拌边提钻杆。在钻头提至离地面 50 cm时,停止喷粉。

粉体发送器单位时间内的粉体喷出量计算

式中:Γd为软土的干容重;aω为水泥掺入比;v为钻头提升速度;D1为钻头直径。

2.6 复搅

根据设计要求,桩身在地面以下 1/2～1/3桩长并不小与 5m的范围内必须进行重复搅拌,使水泥与地基土均匀拌和。复搅转速采用 30～50 r/m in。

2.7 提钻、移机位

边提钻,边搅拌,提钻的速度一般为 0.50～0.6 m/min,至整平面后停搅,此时制桩完成。

制桩完成,检查原始记录,若未发现问题即可移动机架至下一个桩位,重复上述步骤。

2.8 成桩后,可采用以下方法对粉喷桩进行质量检测

(1)开挖桩头至停灰面以下 50 cm,目测检查搅拌的均匀性,量测成桩直径。

(2)成桩 7 d内可采用轻便触探仪(N 10)进行检测。

(3)成桩 28 d后应进行桩身无侧限抗压强度试验,强度指标为 1.2MPa。抽检频率为 2%,但不小于 5根。

3 现场常见问题的防治与处理

粉喷桩工程属地下隐蔽工程,施工中由于人为因素较大,需控制的参数较多,因此施工过程中常会发生问题。

3.1 设计范围内未到达持力层

粉喷桩应穿透软弱土层到达强度相对较高的硬土层或称持力层,并深入硬土层 50 cm,持力层深度除根据地质资料外,应根据钻杆进电流表的读数变化来确定。当钻杆进时电流表的读数明显上升,表明已进入持力层。如软土层厚度与设计桩长不符时,应遵循以下原则。

(1)如达到设计桩长而仍未穿透软弱土层时,应继续钻进,直至深入硬土层 50 cm为止;

(2)如未达到设计桩长,而电流表读数已明显增大的情况下,表明确已钻至硬土层,此时应继续钻进深入硬土层至少 1m;

(3)凡是施工桩长与设计桩长不符时,应及时记录,经监理工程师签认后,报业主审批。如出现大面积桩长不符时,应立即停止施工,并同时通知监理工程师和业主,待重新确认后再行施工。

3.2 施工过程中的夹层断桩问题

为防止夹层断桩的产生,保证粉喷桩的施工质量,监理工程师应注意以下几方面的控制:(1)注意控制喷粉与提钻的速度和时间,宜先喷粉 1～2min后再提钻搅拌;(2)计算出每根桩所需的水泥用量,确保灰罐内略有富余;(3)水泥存放应有防潮措施,喷粉时严格过筛;(4)粉喷桩机需配有电子计量装置并注意观察;严格检查喷粉时的管道压力。

对于已产生的夹层断桩,应要求承包人在 12 h内采取补喷措施。补喷重叠长度应不小于 1.0m,特别困难时以电流读数明显变化时为准,否则应重新打桩,新桩距报废桩距离不能大于设计桩距的 15%,所有接桩及补桩都必须报监理工程师认可,并填报在施工记录中备案。

[1] 公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京:人民交通出版社,2002.