粉喷桩处理软土路基的施工技术

曲长清

(黑龙江省公路勘察设计院)

粉喷桩处理软土路基的施工技术

曲长清

(黑龙江省公路勘察设计院)

粉喷桩法是加固软土地基的较新、较普遍的方法，通过北黑工程软土路基施工对粉喷桩法加固软土地基施工经验探讨，加深对软基处理的认识。

粉喷桩;软土路基;施工方法

粉体喷射搅拌法是将石灰或水泥粉末通过特制的粉体喷搅施工机械喷入需要加固的软土地基中，经过由下而上逐步喷搅使软土中形成结硬的桩柱而得到加固。水泥浆搅拌桩是利用特制的深层搅拌机械由下而上逐步搅拌将软土与喷射的水泥浆强制拌和，使软土结硬成桩柱而得到加固。这两种方法同属低压机械搅拌法，是国内外目前用的较多的软粘土加固技术，两者的使用范围，设计方法和质量检验方法基本一致，但加固工艺有所不同，以下结合北黑工程施工经验以粉体喷射法为主进行介绍。

粉体喷射搅拌法(粉喷桩)是以生石灰粉体材料作为加固料，通过专用的粉体喷搅施工机械，将搅拌钻头下沉至预计孔底后，用压缩空气将粉体以雾状喷入加固部分的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加固材料与软土原为搅拌混合，自下而上边搅拌边喷粉，同时按约0.5 m/min的速度提升钻头，直到设计停灰标高。为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌。

粉体喷射搅拌法以粉体作为主要加工固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高，可以根据不同土的特性，含水量，设计要求合理选择加固材料和配合比，对于含水量较大的软土，加固效果更为显著;施工时不需高压设备，安全可靠，如严格尊守操作规范，可避免对周围环境产生污染，震动等不良影响。

采用石灰粉体喷搅加固软粘土，其原理与公路常用石灰加固土基本相同。石灰与软土主要发生如下作用:石灰的吸水，发热，膨胀作用;碳酸化作用(化学交结作用);火山灰作用(化学胶凝作用)以及结晶作用。这些作用使土体中水分降低土颗粒微聚而形成较大的团粒，同时土体化学反应复合的水化物4CaO·Al2O3·SiO26H2O等在水中逐渐硬化，而与土颗粒粘结在一起从而提高了地基的物理力学性质。

水泥搅拌加固软粘土的原理是在加固过程中发生水泥的水解和水化反应;水泥水化生成钙离子和土粒的钠离子交换使土粒形成较大的颗粒;硬凝反应。这些反应使土颗粒形成凝胶体和较大的颗粒;颗粒间形成蜂窝状结构;生成稳定的不溶于水的结晶化合物，从而提高软土强度。石灰，水泥粉体加固形成的桩柱的力学性质变动幅度相差较大，取决于软土的特性，参加料种类，质量，用量，施工条件及养护方法等。石灰用量一般为干重的6% ～10%，软土含水量以接近液限时效果较好;水泥掺入量一般为干重的5%以上(7%～15%)。粉体喷搅法形成的粉喷桩直径为50～100 cm，加固深度可达10～30 m。石灰粉体形成的加固桩体抗压强度可达800 kPa，压缩模量(20 000～30 000)kPa，水泥粉体形成的加固桩柱体抗压强度可达5 000 kPa，压缩模量100 000 kPa左右，地基承载力一般提高2～3倍，减少沉降量1/3～2/3。粉体喷搅桩加固地基的设计计算可参照复合地基设计规范进行。桩长长度确定与砂桩相同。

1 粉喷桩加固地基的原理

粉喷桩加固地基，是利用喷粉机在钻孔过程中，用压缩空气将粉状加固料以雾状喷入被加固的土中，凭借特别的钻头叶片的旋转，使加固料与原位土就地强制搅拌混合，加固料吸水后进行一系列的物理化学反应，使软土硬结成整体性好、水稳定性好和有足够强度的水泥土(或石灰土)桩体。由于固化剂吸收周围土层的水分而发生物理化学反应，不仅使混和桩体凝结硬化，提高强度，也稳定了桩周围的土层，桩连同桩间土共同形成优质复合地基，大大提高地基的承载力。水泥土或石灰土搅拌越均匀，地基的总体强度越高。

2 喷粉桩的特点

粉喷桩加固工艺合理、施工简单、技术可靠、成本低、进度快、无振动、无噪音、占地面积小、对周围建筑物无影响，显著表现为以下特点。

(1)可以直接在含有地下水的地层中施工制桩，避免水中施工的麻烦，简化施工程序。

(2)可在－10℃以上的情况下制桩，施工基本不受季节限制，可保持施工连续。

(3)使用材料单一，工艺简单，成本低。

(4)桩体强度有较大提高，桩间土性能随之改善，加固效果明显。

3 粉喷桩的适用范围

粉喷桩适用于有地下水或含水量＞23%的粘性土、粉土、砂土、粉砂土、粉质粘土、淤泥、杂填土等各类软土地层中，不太适用于含有大量石块、树根、有机物的人工填土层。粉喷桩可以用来解决以下问题。

(1)增加软土地基承载力;(2)减小软土地基的不均匀沉陷和总沉陷量;(3)增加土质岸边的稳定;(4)在沟槽和基坑开挖中代替板桩支护;(5)减小和阻止地下水渗透。

4 施工方法

4.1 施工设备

施工采用PH－5A型粉喷机配套设备，该设备地基加固深度≤16 m，成桩直径≤600 mm，灰灌容量1.3 m3。

4.2 施工工艺

粉喷桩桩体正式施工前进行了成桩工艺试验，以确定钻进、提升、喷灰量等施工技术参数及应采取的相应技术措施。

(1)施工现场在测放桩位时，钻机准备到位，其桩位偏差≤5 cm，调节钻机支腿油缸，使桩孔斜率≤1.5%。

(2)关闭粉喷机灰路阀门，打开气路阀门。

(3)开启主电机，启动空压机并缓慢打开气路调节阀，根据施工要求，逐级加速，正循环回转预搅下沉至设计深度时，应低速慢转，原位转动1～2 min。

(4)为保证钻杆中间的送风通道的干燥和畅通，从预搅下沉至粉喷完毕，启动空压机连续输送压缩空气，当钻至设计孔深1～2 min后，即开启粉体发送器进行粉体喷射搅拌，这时喷粉、搅拌、提升同步进行，搅拌杆提升速度应控制在0.97 m/min。

(5)当提升至设计停粉标高后，应慢速原位复搅1～2 min，桩身上部1～3 m范围内根据实际情况再进行二次复搅，以确保桩身质量。

(6)当提升粉喷距地面0.5 m，应立即停止粉喷，利用管道余灰量喷入土中，以防止粉尘污染环境。在施工过程中设置自动计量装置，以检验和控制粉喷量，钻机移至新孔位，重复上述工艺进行下根桩的施工。虽然采用了变桩间距进行不均匀沉降的调节，但为了增加路基刚度，有效减小路基的不均匀变形，实际施工中采用置换率为m=15.2%，梅花型布桩，施工工期历时15 d。

5 质量检验

5.1 桩体轻型动力触探试验

轻型动力触探试验在成桩后3～7 d进行，检验数量为总桩数的2% ，试验结果表明，以软土为加固对象的水泥土桩每30 cm的触探锤击数N10＞50击，而原土层仅为15～20击，加固效果明显，满足了设计要求。

5.2 桩成形的开挖检测

工程施工结束7 d，进行了基坑开挖检测，桩体外观连续匀称，表面成螺旋状，有一层坚硬的水泥色硬壳，石灰土搅拌均匀，桩径均符合设计要求，质地坚硬，轻敲有坚实感。

5.3 水泥土桩体取样试件的无侧限抗压强度试验

从水泥土桩采取的立方体试件，90 d无侧限抗压强度平均值满足设计要求的2 000 kPa，试件体的养护温度较低，强度的试验结果可能偏低，后期强度仍将增长。

6 结论

我国粉体材料资源丰富，粉体喷射搅拌法常用于公路，铁路，水利，市政，港口等工程软土地基的加固，较多用于边坡稳定及筑成地下连续墙或支撑深基坑。所加固软土内有机质含量不应过多，否则效果不大。

粉喷桩法加固软基可更多的吸收软基中的水分，加固效果更为显著，而且输入软土中的固化材料要少得多，无浆液排出，无地面隆起现象，节约了造价。粉喷桩的施工要求工艺性很强，对打桩的操作要求严格，如果稍有不慎就会出现不合格桩，达不到加固软基的效果。在工程施工过程中应严格遵守施工工序，控制现场水泥浆液的拌制质量，避免由于进灰量较少，桩体强度达不到设计要求，钻头提升速度不稳定或进灰控制不适当造成的桩体强度不均匀，甚至出现某段无灰的现象发生，成桩质量高，路基承载力达到设计要求，具有良好的技术、经济和环境效益。

［1］郑俊杰.地基处理技术［M］.武汉:华中科技大学出版社，2004.

［2］钱家欢.土力学［M］.南京:河海大学出版社，1990.

［3］粉喷桩施工规程(JTJ/T256－96)［S］.

［4］凌治平，易经武.基础工程［M］.人民交通出版社，1997.

［5］万德臣.路基路面工程［M］.高等教育出版社，2005.

［6］杨渡军.公路施工技术［M］.人民交通出版社，2007.

U416.1

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1008－3383(2011)12－0018－01

2011－10－15