高速公路粉喷桩施工探讨

于国浩

摘要 ： 软土地基采用粉喷桩处理效果较显著，本文根据栖萊线七合同段粉喷桩处理软土地基的施工及检测情况，提出了一些新的看法和注意事项，为以后类似情况处理提供经验。

关键词 ： 软土地基；粉喷桩

中图分类号：U415 文献标识码：A

一、工程概况

栖萊线高速公路七合同段全长13.2Km，其中K81+300~K85+300段为软土地基。本段场地内表层为第四系河流冲积层，下伏基岩为侏罗系泥质粉砂岩（K），在勘察深度内可分为六层，自上而下分别为：50cm种植土和70~110cm低液限粘土—粉土，100~280cm的淤泥—淤泥质土，130-350cm低液限粘土 —粉土、粘土—粉土质中砂，480cm细粒土—粗砾砂层，150cm残积土，40~60cm强风化泥质粉砂岩，地质情况见表一：

地 层 地 质 结 构 表 表一

地质编号 时代成因 层底标高（m） 分层厚度（m） 岩土名称及其特征 承载力容许值（Kpa）

①-1 Q4ml 2.75~3.65 0.5 种植土:黄褐色，松散状态，稍湿，以粘性土为主，含大量的植物根系 90

①-2 Q4al 2.25~3.15 0.7~1.1 低液限粘土粉土（褐黄色，可塑，湿，含较多的铁锰结核，含水量大原中细砂 110

② Q4l 1.47~2.45- 1.0~2.8 淤泥质淤泥质土：黑灰色，流塑软塑状态，饱和，含有机质，属低液塑粘土。 60

③-2 Q4l -1.25~-1.47 0.8~2.1 低液限粘土粉土：黑灰色，软塑状态，饱和含有机质 100

③-3 Ql -2.05~1.15 0.5~1.4 粘土粉土质中砂：灰色，松散状态，饱和，以中砂为主，含少量的淤泥有机质 110

④ Q4al -1.15 4.8 细粒土—粗砾砂层：褐黄色，中密状态，饱和，以粗砾砂为主 230

⑤ Q3el 1.5 残积土：紫红~褐紫色，稍湿，硬塑，呈土状，为泥质粉砂岩残积土 200

⑥ K 0.4~0.6 强风化泥质粉砂岩：紫红色，泥质层状构造，原岩矿物风化呈土状， 400

本段路基原设计为等载预压，预压期不少于6个月，因地势低洼（海拔0m左右），地下水较高，地表在雨季积水1m左右，我们采用挖沟排降水后部分地段仍不能达到压实度要求，并且等载预压时间太长，不能满足工期要求，通过碎石桩、砂井桩、粉喷桩等方案比选后，决定采用粉喷桩进行地基加固处理。

二、粉喷桩设计参数的确定

1、设计依据及方法：粉喷桩的设计现行规范是假定桩与土形成的复合地基产生等位移，运用弹塑性理论，进行条件简化，计算最不利破坏值来确定单桩承载力和复合地基承载力的。

2、单桩承载力：粉喷桩的单桩承载力沿用一般单桩的计算方法，首先计算一定桩长水泥粉喷桩的承载力，然后再用水泥粉喷桩的桩身单轴抗压强度qu作为控制指标来校核，取二者较小值作为单桩承载力的标准值。

［P］=πD∑Ljfsi+m0Ap［σ］

［P］=KquAp

其中：［P］—单桩容许承载力；

D—桩径；

Lj—桩穿过各层土的长度；

fsi—各层土的摩阻力，KPa；

m0—桩底支承力折减系数；

Ap—桩截面面积，m2

［σ］—桩尖所处地基的容许承载力，KPa；

K—水泥土安全系数，一般取值0.3~0.4；

qu—水泥土的强度，Kpa；

复合地基承载力：在荷载作用下，桩间土由于受到四周桩的水平约束作用，加大了桩间土对桩体的侧(围)向压力，从而使单桩极限承载力提高，而桩间土也得到一定的固结，加固后复合地基承载力大大提高。

Rf=mσpf+λ（1-m）σsf

Rf—复合地基承载力，Kpa；

m—置换率，%，m=AP/A，

其中AP为桩体总截面面积，A为加固地基总面积；

σpf—单桩的极限承载力，用压桩试验校核，KPa；

σsf—天然地基极限承载力，用荷载试验确定，KPa；

λ—桩间土承载力折减系数，在0.4~1.0之间，当桩端为软土时，λ=0.5~1.0,当桩端为硬土时,λ＜0.5，当不考虑桩间软土作用时，λ=0。

因有复合地基等位移的条件，用下式对复合地基承载力进行验算：

σp=RfUp≤［P］/Ap

σs=RfUS≤Rs

其中:σp—粉喷桩承受的压应力，Kpa；

σs—桩间土承受的压应力，Kpa；

Rs—桩间土容许承载力，Kpa；

μp—应力集中系数，μp =n/（1+（n-1）*m）

μs—应力减少系数，μs=1/（1+（n-1）*m）

n—桩土应力分担比，n=EP/ES=σp/σs，其中EP为粉喷桩的弹性模量，ES为桩间土的变形模量；

3、设计指标：根据作用在软基上的荷载、土体物理力学指标等数据，通过计算及验算，最后确定了此段粉喷桩的设计为：粉喷桩直径50cm，桩长设计为5m，桩长可根据实际情况予以调整，以穿过淤泥层为准。桩身无侧限抗压强度为2400Ka，单桩承载力347KN，复合地基承载力大于220Kpa，采用正三角形布置，间距为1.5m，过渡段按3m和1.5m隔行交错布置，向桥内范围设置长度为1.5h/cosα，锥坡处呈圆弧形布置。

三、粉喷桩室内外试验

1、室内试验：室内试验用挖掘机按选定区域挖至淤泥层取土样进行试验，选用潍坊牌325MPa普通硅酸盐水泥，按掺入比分别为14%、15%、16%配制试件，7天后进行无侧限抗压强度试验，结果见表二：

室内试验结果表二

掺入比(%） 14 15 16

强度（Mpa） 2.1 2.4 2.6

2、室外试验：

室外试验与室内试验同时进行，在现场按掺入比14%、15%、16%进行试桩工艺试验，每种配合比各施工2根桩，成桩7天后挖取淤泥段成桩切块进行强度试验，试验结果见表三：

室外试验结果表三

掺入比(%) 14 15 16

强度（Mpa） 0.97 1.09 1.20

掺入比的确定

根据室内外两次试验结果绘出7天强度曲线，从图中可以看出随掺入比的增加，强度基本成正比增加，同时室内试验结果约为室外试验同掺入比的0.4~0.5倍，符合经验比例数值。据强度曲线我们确定掺入比为15%。

四、粉喷桩施工工艺

1、粉喷桩施工工艺流程图：

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①定位：每段粉喷桩施工前由测量班按设计位置放出中线及处理范围边线，由施工人员自行放出桩位，逐桩施工。钻机就位时应对准桩位,并保持水平，搅拌轴应保持垂直，误差不超过1%。

启动主电机，根据施工要求，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档逐级加速的顺序正转预搅下沉。钻进至接近设计深度后，应用低速慢钻，钻机在原位钻动1～2min。为保持钻杆中间送风通道的干燥，从预搅下沉开始直到喷粉为止，应在钻杆内连续输送压缩空气。

③提升喷粉搅拌：在确认加固料已喷至孔底时，按0.5m/min±0.1的速度反转提升。当提升到设计停灰标高后，应慢速原地搅拌1～2min。