浅析湖区软土路基中粉喷桩的应用

2019-08-16潘军

新农民 2019年2期

潘军

（泗水县交通运输局山东省，山东泗水 273200）

1 工程概况

肥城至梁山公路东平段穿越整个东平县区，是山东省境内一条重要的南北大通道。该路修建年代较早，标准低，原有路面已受不同程度损坏，不能适应日益增长的交通量的需要，制约了沿线地区的经济发展。同时，该路穿越东平湖区，作为一条重要的防洪通道，战略意义十分重大。因此，改建该路具有显著的经济效益和社会效益。

2 粉喷桩设计方案

2.1 原材料品种的选择

用于粉喷桩的原料可以有石灰粉和水泥粉，由于使用粉喷桩处理的地基大多数为淤泥或淤泥质亚粘土，含水量都大于35%，石灰与高含水量的土不易形成较好的桩体；另外，若软基处理施工面广量大，施工过程中难免有阴雨天气，比较而言，石灰较水泥难以保存，因此，目前用于粉喷桩施工的原材料以水泥干粉为主。从水泥土的强度规律来看，本工程确定采用32.5#普通硅酸盐水泥，所有水泥材料进场时必须附生产厂家的质检单，材料使用前必须由质检员分批抽检其强度、凝结时间、安定性等指标，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。

2.2 粉喷桩固化料室内配方试验

粉喷桩固化料室内配方试验分为设计阶段及施工阶段，两者互相验证，缺一不可，特殊情况下对外掺剂亦应确定，直至达到设计要求后方可使用。

室内配方试验包括如下内容：

2.2.1 地基土试验：天然含水量、界限含水量、塑性指数、密度、相对密度、颗粒分析、无侧限抗压强度、有机质含量、pH值等（表2）。

2.2.2 水泥试验：标号、细度、标准稠度、初终凝时间、安定性试验及水泥3d、28d龄期的抗折和抗压强度试验等。

2.2.3 水泥土试验：现场采集要加固的土样，制备成天然含水量状态下的扰动土样并掺入不同配比的水泥样品，制成不同配比、不同龄期的水泥土试件，试件成型后1～2d拆模，称重后送入养护室进行恒温、恒湿养生，以备作抗压强度试验用。每一配比、每一龄期至少需要三组试件进行平行测定，试块养护龄期可取7d、28d、90d三种，养护结束后在实验室做不同龄期的无侧限抗压强度试验，根据试验结果选定最优灰比。粉喷桩桩身标准强度为90d龄期的无侧限抗压强度。

参考以往粉喷桩施工经验表明，由于地层上复土压力使得深部喷粉阻力增大，同样的压力喷粉，桩下部含灰量不如中上部，桩身上部2～3m相对不密实，有的由于原土含水量太大，呈蜂窝状孔洞，强度一般为0.5～1.0Mpa（28d）；中部一般结构较紧密，强度最高；下部含灰量相对少，强度较低。桩体由一系列水泥微薄层同心圆构成，桩心存在盲区，越向外强度越高，轻便触探试验发现，触探锥头很易向桩心软弱处偏移，桩心盲区随着深度加大逐渐趋于减弱，造成粉喷桩施工其纵向存在水泥的渐变衰减，横向存在强度的不均匀性。所以，在进行水泥土试验时，尚应考虑实际施工情况，有针对性的配制不同水泥剂量和不同相对密度的水泥土试件测定强度，以便全面评价配比的可行性。

水泥土强度随着龄期增长而增加，在一定的含水量条件下，随着掺灰量增加而增大。在掺灰量相同时，水泥土强度随着含水量增加而减少。不同龄期水泥土强度的比值大体为R28d/R7d=1.56～1.59，R90d/R28d=1.43～2.1。粉喷桩平均强度与室内水泥土强度之间有一定差值，其比值后者大约是前者的1.7倍。

2.3 粉喷桩设计参数的确定

2.3.1 桩径、桩长及布桩形式

桩径：φ500mm；

桩长及布桩形式：桩长L=5m，以打入砂层50cm为原则；采用梅花形布桩。

2.3.2 单桩竖向承载力标准值Rk计算

式中：

d——水泥土桩的平均直径（m）

η——强度折减系数，η=0.5

qs——桩侧摩擦力标准值，qs=30KPa

fcu，k——桩体无侧限抗压强度，fcu，k=1500KPa

a——桩端土承载力折减系数，a=0.5

Ap——水泥土桩的截面积（m2）

qp——桩端土承载力标准值，qp=140KPa

根据公式（1）和（2）的计算结果取其较小值，即Rk=147KN。

2.3.3 复合地基承载力标准值fsp，k计算

式中：

β——桩间土承载力折减系数，取β=0.75

fs，k——桩间土承载力，fs，k=100KPa

根据式2.3.3计算结果，面积置换率为m=0.126。按照面积置换率，布置桩间距为1.75m，在此情况下布桩时面积置换率为m=0.146，大于要求值，满足设计要求。

2.3.4 桩体喷灰量及土体含水量确定

在软基范围内选择具有代表性的区段，采用10%、12%、14%、16%、18%、20%六种水泥掺量进行成桩试验，根据对单桩及复合地基承载力的测试和对工艺桩钻孔取芯检查，达到设计要求的桩体最佳喷灰量为18%，即每延米水泥喷入量为60/kg。

综上所述，根据水泥土配比试验和质量检测情况，确定水泥掺灰比18%，即喷灰量60kg/m，粉喷桩桩径50cm，桩长5.0m，桩间距1.75m，梅花形布置，7d龄期无侧限抗压强度不小于660kpa，桩身90d龄期无侧限抗压强度不小于1500kpa，复合地基承载力为160kpa。为确保路基稳定，在原设计处理宽度的基础上，每侧各增加两排桩，桩长及桩距同上。

3 粉喷桩施工质量控制

3.1 工艺性试桩

在工程桩施工前应根据地层、地质情况按设计配合比进行现场成桩工艺试验（可利用工程桩且不少于5根），以掌握对该场地的成桩工艺及多种技术参数，并经必要的检测和强度试验，以验证设计和指导施工。

3.2 质量控制措施

由于粉喷桩加固软土地基属地下隐蔽工程，施工过程需控制的参数较多，人为影响的因素较大，对事后检测亦困难，施工质量不易保证，因而必须对施工过程进行全方位、全过程、全天候的严格管理，加强质量意识，防止质量事故，确保工程质量。

（1）施工开始前，将原地面整平至粉体搅拌桩施工高程处，清除桩位处地上、地下的一切障碍物（包括石块、树根和垃圾等），对于河塘及构造物处的粉喷桩，先回填粘性土（不得回填杂土）并碾压至一定的压实度，确保施工过程中的安全。

（2）钻机就位严格按照设计桩位及规范要求，用全站仪或经纬仪定位，并用水平尺在钻机杆及转盘的两正交方向检验垂直度和水平度。桩位平面误差不得超过5cm，钻杆倾斜度≤1.5%；灰罐按设计投料量投一次料打一根桩，以确保成桩质量；灰罐装满后，进料口加盖密封，排除异常情况后方可施工。

（3）钻机就位无误后开始预搅下沉，钻机呈正向旋转钻进，同时空压机送气以减轻负载和防止喷射口堵塞，钻至设计深度。旁站人员应注意观察钻杆上标注的刻度，确认已钻至设计桩底标高。钻至设计深度时，严禁停气或停止搅拌，此时应保持深度不变，空搅1～2min，以防止堵塞喷口。

（4）钻头钻至设计标高后，关闭气路阀门，并开启灰路阀门，以一定的喷粉压力送灰。由于送灰管道较长，自灰罐送至钻头需一定时间，因此不应在开启送灰阀门的同时提钻，一般需等待5～10s的时间。之后反转提升，视地质情况调整转速，边旋转边喷粉，将水泥均匀喷入地下与土充分拌和形成水泥、水、土的混合体。

（5）提钻喷粉结束后，及时采取复搅措施，第二次搅拌时不喷粉，复搅长度同桩长，复搅时若电流表读数明显增大至100A时，可提钻停止复搅。复搅下钻、提升的速度采用同一档次。旁站人员对复搅要严加监督以保证桩身强度。重复搅拌完成后，用5%水泥土回填50cm桩顶。

（6）在施工过程中，质检人员严格控制原材料质量，做好原始记录。水泥在出厂合格的基础上以不低于2%的频率进行抽检，以确保其各项性能指标均达到设计标号的质量要求。同时应建立水泥使用台帐，对桩机组当班进场水泥量、消耗水泥量、当班打设长度、剩余水泥量等进行签认，旁站人员应随钻机对每根桩记录原始资料，记录开始时间、结束时间、下钻和复搅深度、下钻、提钻和复搅时的管道压力、水泥每米喷入量和单桩喷入总量。

（7）水泥粉喷桩成型以后应在自然条件下养护28d以上。养护期间禁止一切重型施工机械或车辆在其上通过，以免将桩头压碎或由于水平推力作用造成断桩。

4 几点建议

4.1 水泥用量

粉喷桩加固处理软土地基是由粉喷桩基与桩间土形成的复合地基，它是利用粉喷桩与桩间土共同承载地面以上的荷载。因此，不能将粉喷桩看成桥梁桩基而一味增大水泥用量。这样，虽然粉喷桩的强度有所增强，但它却忽略了土体的承载能力，造成资源和经济的浪费。

4.2 水泥喷入量

在施工图设计文件中，一般要求粉喷桩的水泥要均匀喷入。但是，从复合地基的荷载应力分析来看，越往地基深处其应力值越小，因此，水泥喷入量并不应强求上下一致，而是在保证水泥喷入总量一定的条件下，采用上多下少的方式将水泥喷入。

目前，施工文件只规定做一定比例的大桩头足尺试验，深部质量不规定其检测方法，导致少数施工单位的少数桩只注重浅部数米的施工质量，使浅部喷粉量能达到或大大超过强度要求，深部则容易忽视。虽然设计文件规定了每米喷粉量，但根据抽查的部分桩统计，从上到下完全是水泥土且强度全部达到桩头足尺试验要求的抗压强度（1.5Mpa）的桩不多。