粉喷桩加固软土施工技术总结

金志强

（山西长兴路桥有限公司，山西 太原 030002）

1 概况

1.1 工程概况

河运高速公路A2合同段在路基工程中采用深层搅拌粉喷桩来提高软土地基承载力，粉喷桩直径50 cm，桩距120 cm，固化材料为425号普硅水泥，水泥掺入比为13%。要求平均送粉量不小于45 kg/m，试块90天龄期无侧限抗压强度不低于1 600 kPa，单桩承载力不低于120 kN，施工完成后经检测各项指标均合格，提高了原地面的承载力。

1.2 地质条件及土层结构

线路所经地区地势东高西低，地面高程40～80 m，属较为稳定的持续沉降洪汝河平原工程地质，在勘察深度范围内揭露到的土层均为第四系地层，地基土为厚层状亚黏土，为灰黄色、黄褐色、灰褐色、夹亚砂土层，多呈硬塑状。地层岩性变化不大，层位变化较大，其物理力学性质相差较大，有软弱分布，工程地质复杂程度属较为简单类型，有较为丰富的浅层地下水，属潜水或微承压水。

2 粉喷桩施工

2.1 粉喷桩的特点及适用范围

特点：以粉体作为加固料，不需向地基注入附加水分，可以充分地吸取地下水，加固后地基柱体承载力较高，固结效果好；加固水泥土柱与周围土体形成的复合地基，不需要预压可获得较高的复合地基承载力及复合变形模量，加固土桩体的压缩量仅为0.6%左右，下卧层的沉降量一般情况也可能减少地基沉降总量的1/3～2/3；施工时低压操作、安全可靠，对周围环境无不良影响。

适用范围：适用于淤泥质土、黏性土、粉土、杂填土等天然含水量大于30%的土体加固。

2.2 工艺流程

粉喷桩施工工艺流程见图1。

说明：钻机对位应满足设计图纸要求，垂直度偏位不得大于1.5%，桩孔位置与图纸位置偏差不得大于50 mm；粉喷桩施工前应进行成桩试验，确定喷头转速、提升速度、水泥用量等技术参数，使其满足设计图纸要求；应作好施工记录，对实际的孔位、孔深、每个钻孔的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及工程地质情况均应作详细纪录。

2.3 施工前现场准备

图1 粉喷桩施工工艺流程图

施工机械进出场的道路一般应满足10 t卡车及汽车吊机的行走要求；一台粉喷桩施工机械用电功率一般为50 kW，在没有电源的地区，应配备75 kW柴油发电组；查明障碍物，地下有无大块石、树根、地下管线等，空中有无高压线等，障碍物均应事先消除；施工场地的料库及工具间应便利加固料水泥的运输及工作方便，并有防火、防盗设施；设置好排水沟。

2.4 材料要求及施工机械

施工前要备足设计强度等级的水泥，水泥一般应是国家免检厂生产，具有出厂质量保证单，并确保在有效期内使用，严禁使用过期、受潮、结块变性的劣质水泥；施工单位对国家非免检厂生产的水泥应分批提供有关标号、安定性等试验报告。本工程所用的水泥为425号普硅水泥。

粉喷桩施工主要机具是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头、计量装置等。钻头技术性能和指标要满足设计施工需要。本工程中使用的钻机为GPP-5型，粉体发送器型号为YP-1型。目前使用的钻机大多是上海探矿机械厂和铁道部第四勘测设计院联合研制的GPP-5型I，Ⅱ种，加固深度分别为12.5 m、18 m。

人体内含量最多的脂类为TG，体内绝大多数组织均可利用TG分解的产物供给能量，其主要在脂肪组织中贮存。当体内的TG含量升高时，胆固醇酯转移蛋白活性增加，VLDL中更多的TG转移至HDL和LDL中，从而使HDL及LDL中的TG含量增加，胆固醇含量减少；另一方面肝脂酶和LpL会进一步水解HDL和LDL中的TG，形成密度较正常高、体积较正常小的HDL和LDL颗粒。小而致密的HDL因其体积小，较易从肾脏排出，造成HDL-C的下降；

2.5 室内配比试验

根据设计水泥掺入量，进行室内配合比试验以验证设计参数。（1）试料土的物理学质见表1。

表1 试料上的物理学质

（2）水泥土试样掺合料、配比、尺寸及龄期见表2。本工程室内配比试验所用水泥是425号普通硅酸盐水泥。

（3）室内配比试验的成果。本次室内配比试验主要提供了7 d、28 d龄期的无侧限抗压强度（qu）值，见表3。经过试验，水泥掺入量按原设计即13%控制。

表2 水泥试样掺合料、配比、尺寸及龄期表

表3 7 d、28 d龄期的无侧限抗压强度值

2.6 工艺性试桩及施工工艺参数

工艺性试桩一般在工程位置上进行。成桩试验应达到以下要求：

（1）满足设计的各种技术参数：根据成桩试验有关数据确定施工工艺参数幅度：

钻进速度：v=（0.5~0.8）m/min

搅拌速度：R=30~50 r/min

气体流量：Q=20 L/s

空气压力：P=0.2～0.4 MPa。

（2）水泥的搅拌均匀程度。

（3）了解下钻及提升的阻力情况，选择合理的技术措施。一般工艺性试桩数不得少于10根。

2.7 粉喷桩平、剖面布置

施工中粉喷桩位平、剖面布置，见图2、图3。

2.8 施工顺序

（1）桩体对位：根据设计，确定粉喷桩机的位置，使搅拌轴保持垂直（图4①）。

（2）下钻：启动搅拌钻机，钻头边旋转边钻进。为了不堵塞喷射口，此时不喷射加固材料水泥，而是喷射压缩空气。钻进时喷射压缩空气，可使钻进顺利，负载扭矩小。随着钻进，准备加固的土体在原位受到搅动（图4②）。

（3）钻进结束：钻至设计标高后停钻（图4③）。

（4）提升启动搅拌钻机，钻头呈反向旋转，边提升同时通过粉体发送器将加固粉体水泥喷入被搅拌的土体中，使土体和粉体料进行充分拌和。沿深度方向，加固材料的混合量是根据发送器输出的加固材料数量与搅拌叶片提升速度的关系确定（图4④）。

（5）提升结束，柱体形成，钻头提升至距离地面30～50 cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，成桩结束，（图4⑤）。由于装置的回路是封闭的，在回路内的输送过程中，粉体不会向空中喷发与飞散。实践证明，向土体喷射过程中的提升最后阶段，若在搅拌钻头距地表30～50 cm处停止喷粉，则粉粒不会溢出地面。常限制在距地表50 cm处停止喷粉。

（6）复拌：在地面下一定深度范围内要进行重复搅拌，此时停止喷粉，钻头边旋边钻进至要求复拌的深度，再提升反向旋转并提升，使土体和粉体充分拌和，土块被充分粉碎。水泥粉分布在地基土中。

3 质量检验评定

（1）基本要求：①水泥标号应符合设计要求；②根据成桩试验确定的技术参数进行施工；③严格控制喷粉时间、停粉时间和水泥喷入量，确保粉喷桩长度；④桩身上部（1/2～1/3桩长且不小于5 m）范围内必须进行第二次搅拌，确保桩身质量；⑤发现喷粉量不足时，应整桩复打；⑥喷粉中断时，复打重叠孔段应大于1 m。

（2）实测项目。粉喷桩实测项目见表4。外观鉴定：粉喷桩间距均匀。不符合要求时，每处减1～2分。

表4 粉喷桩实测项目

（3）本项工程完工后，经检测单位检测，粉喷桩桩身完整程度、单桩承载力、复合地基承载力等各项指标均符合设计要求。对该软土地基工程采用粉喷桩加固技术，取得较好效果。