粉喷桩在公路软土地基处理中的应用

（甘肃省酒泉高速公路处，甘肃 酒泉735000）

1 工程概况

某公路工程所处地形较为平坦，起讫桩号为K0+000～K6+460段，在本路段内存有一段挖方路段，即K1+400～K2+250段，路槽低耕土为弃土，基底为素填土，路基作用范围内为素填土，但含有大量软土及粉质粘土。为保证施工质量，决定采用水泥粉喷桩进行软土地基加固处理。

2 粉喷桩加固机理

粉喷桩加固土体的原理为充分混合原位土和固化剂，通过固化剂与附近土体内的水分进行结合，以此产生一系列的物理化学反应，最终将混合水泥土凝结、硬化，形成一个整体，这种加固方法不单能够提升土体自身强度，还能对桩周土层起到稳固作用。目前，在我国道路工程建设中，粉喷桩在地基处理中得到了广泛应用，其优点多，具体如下：1）可充分利用原状土，通过胶结材料，如水泥、石灰等，粉喷桩可对原状土的力学性能进行有效改善。2）粉喷桩只需在转机内将原状土和水泥进行搅拌即可，一般不会影响周围建筑物。3）路基力学性能可通过胶结材料掺加、桩间距合理控制等措施得以改善，且与设计要求相符。4）待粉喷桩成型之后，复合地基的重度和原状土的重度差距较小，一般不会导致下卧层下沉。5）相比钢筋混凝土桩，粉喷桩的成本较低。6）按照施工需求及土质实际情况，可合理选择粉喷桩的类型，常见的包括正方形、矩形、梅花形等。

3 粉喷桩强度的影响因素

影响粉喷桩桩身强度最显著的因素为龄期、水泥喷灰量和土的含水量。

3.1 龄期

粉喷桩龄期对水泥的强度影响较大。水泥土的强度随着龄期的增长而增长，其强度在7天内增长速率很快，在28天内的增长速率较快；28天以后，增长速率明显下降；90天龄期后强度增长很小。故本设计中采用7天龄期的无侧限抗压强度作为水泥土强度设计标准值。

3.2 水泥喷灰量

水泥喷灰量对水泥土的强度影响也很大。施工前，应取所选用水泥和有代表性的软土地基取样，按照设计要求进行水泥土标准试验。当实际喷灰量小于设计喷灰量时，水泥土固化反应弱，水泥土比原状土强度增长微乎其微，加固效果不明显；当水泥喷灰量大幅超过设计喷灰量时，水泥土强度增长随着喷灰量的增幅减缓，费用与效果比不合理，导致成本大幅增加，产生原材料浪费，不经济。本项目中采用水泥喷灰量每延米不小于55kg。

3.3 土的含水量

加固土含水量也是对水泥土强度影响的较关键因素。规范规定，地基土的天然含水量在小于30%或大于70%时不宜采用水泥粉喷桩工艺。含水量小于30%时，土壤中的水分不足以使粉体进行充分水化反应，当含水量大于70%，不能保证水泥土桩体达到设计强度。本项目由于地势低洼，同时是老的沟渠，连通万丰湖水系，软土含水量经现场取样确定约为37%，适合使用粉喷桩施工。

4 公路软土地基加固中粉喷桩的技术要点

4.1 施工准备

水泥粉喷桩的主要施工顺序为：施工准备→钻机就位→钻进→提升粉喷搅拌→设计标高后复钻→提升复搅→升到设计标高后停机→下一桩循环施工。

施工前，先做好各项准备工作，保证施工满足要求。根据设计要求，粉喷桩施工固化剂干法施工可采用42.5普通硅酸盐水泥，保证所采用的材料具有合格证，在使用前不会出现受潮、结块等现象。通过现场取芯试样（28d龄期）进行粉喷桩无侧限抗压强度试验，要求其无侧限抗压强度达到1.0MPa。此外，还要提前通过水泥土试验确定水泥掺加量的多少，保证其满足施工要求。成桩试验是正式进行粉喷桩施工前必须完成的工作，根据设计要求，可在48～50kg/m之间控制水泥掺入比，且做好加固土室内试验，在试桩时，要求采用6根，利用试桩的方式对各项参数进行准确确定，为后期大面积施工提供参考，如钻进速度、提升速度、喷气压力等。施工前，要编制粉喷桩专项施工方案报公司总工、监理、业主审批，按照施工方案做好人员、机械和材料的准备。项目技术负责人在施工前需要组织做好技术人员和机械操作人员的技术交底工作。由于该路基范围低洼积水严重，在路基范围内填土至万丰湖常水位以上0.7米（标高41.5）后进行场地平整工作。做好工艺试桩工作，选取该工程某路口往小里程桩号约200米处，此段路基范围内恰好有淤泥较深的老沟渠，同时积水较高，具有代表性。通过试桩，对机械性能、工作压力、钻机下钻和提升速度、单位长度喷灰量、复搅工艺等因素对桩身强度和质量评定，通过检测确定技术参数，作为正式施工的依据。

4.2 施工工艺流程

1）按照设计要求，在指定位置准确放置设备，待设备就位后，保证设备机轴垂直，且在5cm以内控制误差范围。随后对桩机的支腿油缸进行适当调节，保证钻机钻杆倾斜度在1%以内，避免出现打斜桩现象，从而对桩基承载力造成严重影响。2）随后将粉喷机的回路阀门关闭，并同时将气路阀门开启。3）桩机启动后，慢慢调整气路调压阀，向桩机供气。随后桩机速度逐步加快，正转预搅拌不断下沉。此时，需指派专人对压力表的读数进行认真观察，伴随钻杆下钻压力的持续增加，需根据实际情况，对压差进行适当调整，相比前阀，后阀应多出0.02～0.05MPa。当钻到与设计深度基本相近的位置时，应放慢速度，持续缓慢地钻进，一般可在1～2min内控制钻机原位转动时间。4）待钻至设计桩底要求后，可按照每分钟1m的速度匀速反向旋转着将钻头缓慢提升，可同时喷射、搅拌，保证软土和水泥能够混合均匀，待提升到停灰设计标高位置之后，即可进行1～2min缓慢原地搅拌。在此过程中，尽可能保证喷射量和提升速度相符，避免出现故障。若一次喷灰质量不达标，需再进行一次喷灰施工。提升过程中，可采用中、低档进行施工，确保能够均匀搅拌，保证每提升16mm，转动搅拌轴1圈以上。当钻头提升位置和地面相距0.5m时，需及时停止喷粉施工。粉喷桩施工过程中，应保证连续泵送水泥，水泥用量、泵送时间均做好详细记录，在提升时，同样可利用粉体发送器向搅拌地土体内喷射水泥粉。5）完成上述施工后，需再次进行复拌施工。相比桩长，复拌深度为其1/3，保证能够充分拌和土体材料和水泥，能够彻底粉碎土体，水泥粉能够在桩土内均匀分散。6）复拌结束后，需将钻头提升并高出地面，随后将阀门开启，减压放气。

5 总结

粉喷桩技术的使用，改变了原地基的密实度，降低软土的渗透系数，有效地起到了阻水作用。采用粉喷桩处理软土路基要比一般采用的灌注桩更加经济实惠，对环境的影响更小，其加固效果好，工艺技术简便，设备简单，施工方便快速，造价低廉。同时更要抓好施工的各个环节，严把质量关，只有在施工过程中严格控制才能确保工程的优质高效。