粉喷桩施工质量控制技术及应用

韩建华

(中铁十六工程局第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

水泥粉喷桩施工工艺相对成熟，而且对软土路基处理效果明显，本文通过对济菏高速公路第十二合同段路基及桥涵软土地基处理技术及工艺进行简单梳理，重点明确了粉喷桩施工质量对路基失稳或过量沉陷，特别是桥头路基处理非常重要，并对施工质量进行分析，提出了一整套软基处理施工工艺，具有重大工程意义。

1 工程概况

济菏高速公路第十二合同段位于济宁市梁山县境内，全长11.70 km。全线采用四车道高速公路标准建设，设计车速为120 km/h，路基宽28 m，桥涵设计荷载为汽车—超20级，挂车—120，软土路基处理及桥头路基粉喷桩共计30万延米。大羊至王官屯段属丘陵区及黄泛冲积平原区。土质主要为粘土、亚粘土、亚砂土。全线范围内软土分布较广，具有天然含水量较大、高压缩性等特点，工程性质极差。

2 固化剂原材料

粉喷桩的固化剂采用水泥，水泥采用山东曲阜金鲁城水泥厂(旋窑)生产的P.O32.5水泥，检测结果符合规范要求。试验结果见表1。

表1 固化剂原材料试验指标一览表

3 粉喷桩配合比设计

根据土的天然密度和天然含水量，按照每延米粉喷桩水泥用量为:45 kg，50 kg，55 kg，60 kg 分别成型了 R7 d，R28 d，R90 d 的无侧限抗压强度试件(φ50 mm，h50 mm)。根据试验结果最终确定最佳水泥用量为:55 kg/延米。

4 工艺试桩

4.1 技术参数

粉喷桩施工前必须要根据设计文件提供的地质资料以及室内配合比试验结果，选取典型地段并考虑不同的地质情况，验证配合比，确定常规施工工艺指标及技术参数，各种技术参数如下:1)钻进速度V=1.5 m/min;2)平均提升速度Vp=0.8 m/min;3)搅拌速度R≈30 r/min;4)复搅与提升时管道压力0.1 MPa≤P≤0.2 MPa;5)喷灰时管道压力0.25 MPa≤P≤0.4 MPa。同时要掌握下钻和提升对于各种地质情况的难易程度;掌握输浆量及水泥浆喷射时间段;掌握下钻、提升、复搅提升速度等技术参数。

4.2 试验结果及要求

按照55 kg/延米的水泥用量，进行了工艺试桩5根。R7 d后经现场钻芯取样试验后，芯样强度满足设计要求。试验结果见表2。

5 粉喷桩的施工与质量控制

5.1 施工工艺

粉喷桩施工工艺流程:桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷浆→至工作基准面以下0.3 m→重复搅拌下钻并喷浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

按照施工规范及设计要求，对施工工艺流程进行操作细化，具体施工工序要求如下:

1)钻机就位:吊钻机对准位后，使钻杆垂直，倾斜度小于1%，桩位偏差小于5 cm。

2)钻进:启动钻机，钻头边旋转边钻进(喷入压缩空气而不喷入粉体)、边搅拌。

3)停钻:当钻进到达设计标高后停钻。

4)提升:启动钻机，钻头是反向边旋转边提升，同时通过粉体发送器将水泥喷入土中，使土体与粉体进行拌和。

5)停喷:当钻头升至距原地面50 cm时停止喷料。

6)复拌:重复搅拌至桩长1/3提升钻头，搅拌至第一次停喷的位置，成桩结束。

表2 粉喷桩芯样R7 d抗压强度表

5.2 质量控制

粉喷桩施工质量对于软基处理非常重要，局部质量问题有可能导致路基不均匀下沉、开裂，甚至出现局部滑移等路基质量事故，因此在施工过程中就对粉喷桩隐蔽工程进行监控，找准工序重点，加强对施工工艺、水泥用量、桩长、施工速度的控制，并且要保存施工记录。具体质量控制指标、检查方法等见表3。

表3 粉喷桩施工质量检查表

1)喷灰量控制:灰量掺入比一般应控制在15%～20%之间，即每延米的喷灰量应控制在50 kg～75 kg之间。在施工工艺上应该采用“一喷三搅”的方法成桩，至少要在桩身上部6 m范围内重复搅拌。

2)粉喷桩的置换率控制:应根据地基强度、稳定性、沉降等来确定，取三者最大值。

3)加固深度控制:根据强度、稳定、沉降三者进行控制，软土深度不同处理方法也有区别，软土厚度不深的地层应尽量穿过软弱土层;对于深度软弱土层可通过调节置换率和加固桩长进行控制。

4)通过上述方法进行过程监控，可调整工后沉降，达到高速公路桥头路段沉降渐变的要求，避免或消除桥头“跳车”现象。

6 成桩检查、验收

按照5%的取芯频率对本合同段软土路基处理及桥头路基粉喷桩，成桩R28 d后的粉喷桩进行了钻芯取样，并在桩体的上、中、下部位三处取芯，加工成径高比为1∶1的无侧限抗压强度试件，经试验后，强度满足设计要求，合格率为100%，现将K122+804箱涵基础粉喷桩检测结果列于表4。

表4 K122+804箱涵基础粉喷桩检测表

7 结语

济菏高速公路第十二合同段软土路基处理及桥头路基粉喷桩共计27万延米，按照5%的取芯频率对粉喷桩进行了钻芯取样，并在桩体的上、中、下部位三处取芯，加工成径高比为1∶1的无侧限抗压强度试件，经试验后，强度满足设计要求，合格率为100%。根据粉喷桩的成桩检查验收情况看，粉喷桩作为软土地基处理的一种方法，沉降均匀、沉降小，解决了构筑物与路基连接处衔接问题，取得了预期的加固处理效果。但由于粉喷桩属于隐蔽工程，质量控制应贯穿于施工的全过程，如何控制好粉喷桩的施工质量，是确保粉喷桩质量的关键，这就要求施工人员要增强责任心，严格规范操作，是粉喷桩质量的保证。随着粉喷桩施工工艺的进一步完善，施工水平进一步的提高，粉喷桩机的性能进一步改进，粉喷桩作为软土地基处理的一种行之有效的方法之一，必将在我国高等级公路的软基处理施工过程中发挥其应有的作用，并得到广泛应用。

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[2]YBJ 225-1991，软土地基深层搅拌技术规程[S].

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[4]范长春，董营营，赵美玲.粉喷桩处理高速公路软基施工工艺及质量控制[J].山西建筑，2008，34(15):268-269.