粉喷桩在滨州黄河公路大桥中的应用

袁宝华

（吉林省高等级公路建设局，吉林 长春 130021）

0 引言

粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称，是用于加固软土地基的一种方法，近几年已普遍应用于水利水电工程、公路工程当中。粉喷桩所需的加固材料比较普遍，一般为水泥、石灰、粉煤灰等固化剂，具有施工速度快、操作易于掌握等特点。

国道205线滨州黄河公路大桥南接线的高填方路基工程，将地基采用水泥粉喷桩进行加固处理，有效缩短了预压期，为保证大桥工程建设质量和工期奠定了坚实的基础。

1 滨州黄河公路大桥工程概况

自2001年开始建设的国道205线滨州黄河公路大桥，是205国道滨州至博山高速公路的主要组成部分，该高速公路位于山东省中北部，是纵贯山东中部地区的一条主要南北干道，起点在滨州西苏学官庄220国道处，其南端与纵贯鲁中山区的博山—莱芜高速公路相连接，向北可经河北省直达天津市，在山东省内与309国道、济青高速公路、220国道等多条主干公路交叉，对完善山东省公路网，改善山东省公路运输条件有巨大的社会意义和经济意义。由吉林省高等级公路建设局承包的南接线工程，位于黄河大堤南岸，大堤桩号为161＋100，最大填土高度达16m，在黄河大堤及临河、背河侧有434m为粉喷桩特殊地基处理路段，平均处理宽度为88m。其原路基为低洼地带，遍布坑塘，积水较深，淤泥较厚，填土较高，设计要求采用粉喷桩＋土工格栅联合加固软土地基。

2 粉喷桩加固的原理

加固的主要材料为水泥，应按设计要求选用规定标号的水泥，该项工程中采用的是32.5R普通硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥主要组成元素是氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化铝（Al2O3）、三氧化铁（Fe2O3）及三氧化硫（SO3）等。当水泥粉直接与饱和软土搅拌时，水泥颗粒表面的矿物质立即与土中的水分子发生化学反应，生成一系列的水化物。这些水化物迅速溶于水，使水泥颗粒表面继续暴露，继续与水反应，生成水化物溶于水，直至溶液达到饱和，且不能再溶解，形成凝胶微粒悬浮于溶液。这种凝胶微粒的一部分与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，另一部分逐渐自身凝结硬化而形成水泥石骨架。同时，上述水泥矿物中的硫酸钙又和铝酸钙一起与水反应，生成一种化合物叫“水泥杆菌（3Cao·Al2O3·3CaSO4·32H2O）”，以针状结晶形式很快析出。这一反应使土中大量自由水以结晶的形式固定下来，对于土的固结有重要意义。

3 粉喷桩加固施工方法

3.1 施工机具

在本工程中采用铁道部武汉工程研究所生产的PH5B型深层搅拌桩机，每台深层搅拌桩机配备1.6m3空气压缩机一台（常德空压机厂生产，最大工作压力为7MPa，最大风量为1.6m3／min），大、小灰罐各一个，PJ4—1型喷粉记录仪一台，90kW发电机组一台。所用空气压力为0.4～0.6MPa，钻进速度为0.8～1.2m／min，复搅钻进与提升速度为0.8～1.2m／min。

3.2 施工工艺

3.2.1 施工放样。施工前，应准确定出各孔位中心，控制点用经伟仪或全站仪测设，打木桩作出标记，并在木桩周围撒上石灰便于施工钻对位时寻找。

3.2.2 桩机就位。利用起重机或开动绞车移动深层搅拌机到达指定桩位对中，为保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于20mm，钻头对准桩位，并保持机座平稳钻杆垂直，为保证垂直度，采用挂线球来调整。利用线、面垂直原理，通过在机架上悬挂铅锤，控制导向架的方向来调平桩机，垂直度的偏离不应超过0.5%。

3.2.3 喷粉装置完成装料操作后，启动搅拌桩机，钻头正向旋转，同时空压机送气以减轻负载和防止喷射口堵塞，视地质条件，按电压电流情况调整桩机档位。钻进破土至桩底标高处停钻，为准确控制钻井深度，钻机下沉时，通过事先在机架两侧由上向下用白漆按每1m标注的桩深读数控制施工桩长。当桩机下钻到设计深度时，停止钻进，改为空挡旋转数秒，待送灰工确定水泥已从钻头喷灰口喷出后，反钻提升至停灰面，关闭灰路蝶阀，开启气路蝶阀，计算送灰量是否满足设计要求。

3.2.4 驱动钻头反转，喷粉装置进行喷粉，同时边钻边提升钻具，边喷边搅拌，提升速度应与喷灰量相适应，当提升到离地面0.3m，停止喷粉，并用压缩空气吹尽输送管内的余粉。

3.2.5 重复搅拌，然后驱动钻头全程重复搅拌，再次驱动钻头反转提升，直至钻头高于地面约10cm停机。

3.2.6 提钻移位，重复搅拌完成后，移动主机，移至另一桩位，重复另一桩位。在原地面含水量较低和地面比较干燥的地方，对桩进行洇水养护。

4 粉喷桩的质量控制

4.1 质量检测内容

粉喷桩的质量检测可依据我国现行的《公路工程质量检验评定标准》进行控制。

4.2 PJ4—1型喷粉记录仪控制

PJ4—1型喷粉记录仪具体详细记载桩的施工序号、施工日期、施工时间、施工深度、每延米粉体喷入量、复搅、复喷及单桩粉体喷入总量。实施自动监测、显示、记录打印，是监测粉体喷射搅拌法施工质量的有效仪器，并为工程量大的粉喷桩工程提供可靠的、准确的资料保证和有效的检测手段。

PJ4—1型粉体记录仪的检测原理是通过深度传感器记录钻孔深度、喷粉深度以及停喷、复喷、复搅的深度指标，对桩长及搅拌质量提供直观的质量检测记录。通过重量传感器，记录每延米粉喷体的喷入量、复喷总量及单桩长的粉体喷入总量。设置了双2位显示器，可采用宽温背景的液晶在主机和送灰器两个位置同步显示。

以上各种技术操作都是由微机处理器芯片及相关外围设施构成的多功能计量仪器，按主程序来自动完成的，相应程序在仪器制造时设定固化，使用时无法作任何更改，确保了各记录的真实可靠，同时还采用了装置中的自我保护措施，在不经意接错线时或因其他原因造成操作失误时，仪器只执行暂停工作，不会对仪器及操作数据计算造成破坏，且内存的有效数据不会丢失。

4.3 质量控制要点

4.3.1 加固材料质量控制。按设计要求选用水泥，在使用水泥前，每批次按频率取样检验，决不允许将不合格材料用于工程施工。

4.3.2 加强桩位、桩长及桩径控制。施工放样时，桩位放样误差不能大于10mm，桩机对位误差不能超过20mm。根据设计要求及实地测量资料确定桩深，充分考虑基坑开挖深度对桩深有效长度的影响。随时注意桩机钻头直径是否满足设计要求，因为有些土层对钻头磨损较快，要经常测量钻头直径，临近小于设计要求时要及时补焊，确保成桩桩径达到设计要求。

4.3.3 桩体垂直度。施工时要保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度，搅拌桩的垂直度偏差不得超过1.5%。

4.3.4 每根桩的桩体制作需一次连续完成，不得在喷粉过程中间歇、中断。每根桩的用灰入罐量应稍高于计算或设计用量，以防因喷灰不均匀造成贮灰量不足。

4.3.5 钻孔时应把握钻进速度，不宜过快，确保使原位土搅拌后疏松透气。提升钻头时，提升速度要均匀，保证水泥与原位土充分混合并达到设计要求，每延米的固化剂喷入量与设计值误差小于5%。

4.3.6 桩体顶端一般常因喷粉量不足、搅拌不匀等原因，造成质量缺陷，因此桩体的喷射长度应比设计桩顶高出30～50cm，待桩体达到一定强度（一般可取为25～30d）后，再将多余桩体截掉。截掉桩头时，可先用人工沿周边凿槽，再用铁锤轻轻击破，不得采用猛力冲击的方式来切割桩头，避免桩头下桩体遭到破坏。

5 粉喷桩体完工后质量检测

5.1 桩身无侧限抗压强度检测

成桩28d后，对桩体钻取芯样φ70mm×70mm的试件，进行无侧限抗压强度试验。按照业主代表的要求，本工程检测频率为1%。

5.2 桩身完整性检测

用动态测试法对桩身质量判断是以应力波理论为依据，采用反射波法，应用小应变瞬态激振的方法进行测试，以综合评价桩身的断桩及材料不均匀等现象。本工程检测频率为1%。

5.3 单桩承载力检测

采用慢速维持荷载法，采用YHD—50型位移计、油压千斤顶、YJ—26型应变仪检测。本工程检测频率为每段落5处。

6 结语

国道205线滨州黄河公路大桥是省公路建设重点工程项目。为了确保工程质量，滨州黄河公路大桥指挥部引进了许多科研项目，粉喷桩、土工格栅联合加固高填方路堤的沉降观测项目就是其中之一。2001年底高填方路段施工结束，2002年5月沉降观测数据趋于稳定，最大沉降量仅为44cm，这说明粉喷桩在加固软弱地基中，起到了重要的作用。