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粉喷桩施工工艺工法
1.前言
1.1工艺工法概况
粉体搅拌法(简称粉喷法)，是用特制的设备和机具，将加固剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送，与地基土强行拌和，使之产生充分的物理、化学反应后，形成一定强度的桩体(简称粉喷桩)。这是一种改善土质，提高地基强度的软土地基加固方法，可以广泛地适用于淤泥质土，杂填土，软粘土等地基加固。
1.2工艺原理
粉喷技术是用专用的搅拌机把粉状加固料用压缩空气喷入地基深部，由钻机叶片回旋作用与原位软土强制搅拌、混合压密、吸收地下水、使粉状加固料与软土充分混合，进行一系列物理、化学反应，形成具有水稳性及一定强度的完整柱状加固体，提高土的稳定性和力学性能，达到加固基地的作用。
2.工艺工法特点
2.1具有承载力高、沉降小、稳定性好、工期短；
2.2侧向水平位移明显减少等突出优点；
2.3后期沉降较慢、工程造价高。
3.适用范围
适合于加固各种成因的饱和软粘土、淤泥、淤泥质土、粉土等地层加固。
4.主要引用标准
《公路工程质量检验评定标准》（JTGF801-2004)；
《公路路基施工技术规范》（JTG_F10-2006）；
《铁路路基施工规范》（TB10202-2002）；
5.施工方法
用专用机具将粉体材料(水泥或石灰)通过高压空气压入至被加固的深层软土中原位搅拌压缩，并吸收周围水份，产生一系列物理化学反应形成的具有一定强度的桩体，起到加固软土地基的作用。
6.工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
粉喷搅拌桩施工的工艺流程见图1。
不合格
施工准备
试 桩
成 桩
检 测
平整场地
检 测

图1粉喷搅拌桩施工的工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1施工前的准备
1施工现场配备各种计量仪器设备，做好计量装置的标定工作。
2对进场水泥进行抽检并进行试验工作，然后进行粉喷桩水泥用量的室内试配设计，并确定每延米桩体的水泥用量。
3定出每根粉喷桩的桩位，做好标记(可用石灰画线或插竹签)，每根桩的桩位平面误差不得大于5cm。
6.2.2 试桩
1 按设计要求进行试桩，试桩的目的是为设计提供资料并取得合理的工艺参数。
2 根据试桩参数和专项方案进行工程粉喷桩的施工。
6.2.3 成桩
1按桩位平面布置图钻机对位，误差不大于5cm，机架的垂直度满足规范要求。
2 启动空压机送气，钻机正转并垂直钻进。当控制双螺旋搅拌头到达设计桩底标高时，钻机反向转动，启动送灰机送灰，待水泥送至喷灰口（一般约一分钟）后再提升钻头，根据电子称重装置显示的喷灰量调节调速电机，这样边喷粉，边搅拌，边提升，边压实。
3当钻头提升至设计桩顶标高以上0.5m时停止送灰，关闭送灰机。此时钻机迅速换档，重复搅拌，复搅长度按设计要求为2m。
4复搅结束后，关闭空压机，消散所有管道压力，钻机主电机停机。
5开启液压步履，钻机移位。

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

(a)定位下沉 （b）深入到设计深度 （c）喷浆搅拌提升
（d）重复搅拌下沉 （d）重复搅拌提升 （f）搅拌完成形成固体
图2 粉喷桩成桩施工流程图
6.2.4 检测
粉喷桩施工完成后，应按规定频率进行外观鉴定和取芯分析，做单桩或复合地基静载试验。对检测发现的问题，如未穿透软土层、部分断灰、喷灰不均匀、强度不足等，应严格进行加密、补桩等处理。
1 桩距、桩长、喷灰量、桩体强度，钻杆倾斜度符合表1的规定。
表1 施工质量允许偏差
项次
检查项目
规定值及允许偏差
检查方法（每幅车道）
1
桩距（mm）
±100
抽查2%
2
桩径（mm）
不小于设计
抽查2%
3
桩长（m）
不小于设计
查施工记录
4
竖直度（%）
1.5
查施工记录
5
单桩喷灰量（%）
不小于设计
查施工记录
6
强度(MPa)
不小于设计
抽查5‰
2 外观鉴定
在成桩7天内，以2%的检测频率，将桩体开挖0.5m-1.0m，目测检查桩体成型情况。要求：
（1） 桩体圆匀，无缩颈和凹陷现象；
（2） 粉体搅拌均匀，凝结体不松散；
（3） 群桩桩顶齐平。
3 钻探取芯
钻孔取芯试验可以较全面的反应桩身材料的密实度、桩身的连续性、桩身物理尺寸等完整桩身质量的基本信息。可靠准确地评价桩身质量。钻探取芯法要求提供检测报告并保存全部岩芯。
（1） 粉喷桩钻探取芯法的主要技术指标取芯时间：28d；取芯位置：沿着桩1/4轴线垂直钻进；钻头类型：采用金刚石合金钻头，钻头直径89mm一108mm；钻进方法：采用冲水循环回转钻进；回次进尺：每一回次控制在1m一1.5m。
（2） 钻探取芯法应描述的内容桩号、成桩日期、检测日期、检测位置、设计喷灰量；岩芯颜色、喷粉均匀程度、胶结程度、有无断桩、缩颈、岩芯状态（长柱状、短柱状、塑性体或散体碎块）等岩芯采取率、标贯击数、岩芯目测坚硬程度。
4 静载试验
由于粉喷桩最终的控制参数是复合地基的整体承载力，静载试验法是在桩体达到一定龄期后，对单桩或复合地基通过具有一定刚度的压板加载来测试地基承载力的方法，是最能贴近地基受力的实际情况，最能准确、直接测出单桩或复合地基承载力的最标准的方法，包括单桩静载试验和复合地基静载试验。
在被测试的地基安置一定规格的平板，在板上逐级施加静力荷载，并测出各荷载作用下的沉降量，绘出荷载——沉降关系曲线。根据此曲线确定地基承载力进行计算水泥土的变形模量，分析水泥土的特性。 试验采用压重平台反力装置，慢速维持荷载法。当加载值未超过设计值时，变形小于0.1mm/h时认为沉降稳定，当加载值超过设计值时，变形小于0.2mm/h认为沉降稳定。单桩承载力和单桩复合地基承载力的最终加载均应达到2倍的设计值。当沉降急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显裂缝；或累计沉降量大于压板宽度或直径的1/100时，可以终止试验。
6.2.5 平整场地
粉喷桩施工完后，对桩头进行清理，保证场地的平整进行下一道工序施工。
7.劳动力组织
粉喷搅拌桩施工的劳动力配备见表1。
表1 粉喷搅拌桩施工劳动力组织表
序号
工 种
数量
备注
1
现场负责人
1人
施工指挥、解决施工中出场的问题
2
机械操作操作
3人
机械操作，观察和检查机械运转情况
3
普工
2人
施工协助
4
技术员
2人
前后各1人记录
5
试验员
1人
试验检测
6
维修工
1人
　设备的正常运转及维修
8.主要机具设备
粉喷搅拌桩施工的主要机具设备配备见表2。
表2 粉喷搅拌桩施工具设机备配备表
序号
机械名称
规格型号
设备数量
备注
1
深层搅拌机
CPP5-2
1

2
履带式起重机

1

3
粉体发送机
YP-1
1

4
空气压缩机
WE-115
1

9.质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1预搅下沉困难，流值高，电机跳动。原因是电压偏低或土质太硬。处理方法是调高电压，挖除块石等硬物。
9.1.2搅拌机下不到位，但电流不大。原因是土质太粘，搅拌机自重不够。处理办法是增加搅拌机自重或加设反压装置。
9.1.3搅拌桩偏位，桩偏斜：原因是钻机平台倾斜，导向架倾斜。处理方法是重新调整钻机平台，调整支撑杆，使钻杆垂直。
9.1.4断桩：原因是水泥粉中有结硬块，堵塞压力管道，或是地下水含水量过大，粘土堵塞钻头喷设口。处理方法是检查储粉罐，有结块的水泥或纺织带等就必须废掉这罐粉，重新装粉或是提升钻头，清理喷射口。
9.1.5粉喷量不足：原因是提升速度过快或粉体发送器喷粉不均匀。处理办法是检查储粉罐或空气压缩机。
9.2质量保证措施
9.2.1施工场地应平整，不得有积水，在施工段面两侧要有排水设施。平面上的布桩位置要清晰可辨，桩位要准确。水泥要堆放在高处，且下面应离地面约15cm，使下面有良好的通风效果，堆放水泥的场地四周要排水畅通，保证阴雨天气无积水现象。水泥要分品种整齐堆放，不同厂家、不同型号的水泥严禁混合使用。废弃水泥袋要及时回收、清理，保证施工现场整洁。水泥的防雨遮盖设施要完善，确保水泥不受潮、不变质。
9.2.2机械操作要熟练，喷粉要均匀，水泥剂量及复搅深度应满足要求。喷粉时最好一次性喷足喷粉量。对于桩长较长的桩，应采取措施，保证桩身下端每米的水泥剂量达标。
9.2.3钻进提升时的管道压力不宜过大，以防止钻孔淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。为确保粉喷桩的施工质量，当钻头提升至地面高程下50cm时，应停止喷灰只搅拌，同时采取复搅措施。第二次搅拌时不喷粉，复搅深度以电流表达到100A为准。复搅时钻头的下钻、提升速度同第一次，粉喷桩每次下钻和提升的时间有专人记录，对出现的意外情况应在备注栏内注明。
9.2.4严格控制喷粉时的钻杆提升速度，确保每根桩的喷粉均匀性。如发生意外影响桩身质量时，应在12h内采取补喷措施，补喷重叠长度不小于1米，特别困难时以电流表读数明显变化为准。否则应重新打设，新桩距报废桩的距离不能大于桩距的15%，并填在施工记录中备查。
9.2.5对输灰管要经常检查，不得泄露及堵塞，输灰管道的长度以60米左右为宜，不得超过70米。对使用的钻头要定期检查，其直径磨耗量不大于1cm，但也不宜采用直径过大的钻头（以小于53cm为宜）。
9.2.6施工前应对桩机进行全面的检查，用水平尺及垂球校正机架前后、左右的水平度，控制机架的钻杆倾斜度不得大于1%，成型后每根桩的竖直度误差都小于1.5%，每工作班检查不少于两次。
10.安全措施
10．1主要安全风险分析
安全风险包括各种机械设备操作安全、机械伤害、物体打击、施工用电等方面。
10．2保证措施
10.2.1组装和拆迁机具、登高作业必须戴好安全帽，系上安全带，并有统一指挥，进入施工场地严禁穿拖鞋。
10.2.2施工现场应配备有齐全的各类电气保护装置，并能有效地防雨、防水。所有电机应处接地状态，接地电阻不大于４Ω。雨雪天加强电气安全检查工作，确保电器防水。
10.2.3施工操作中严格注意电压、电流等仪表，电流控制在100A以内，不得长时间超负荷运行。
10.2.4机具移车、转向要有专人指挥，专人负责移动电缆及管线安全，严防碰撞、挤压磨伤电器。
10.2.5现场操作人员应戴好防尘保护品，以免粉尘粘附皮肤或吸入肺内。所有操作动作要统一讯号，统一指挥，操作要相互协调。
11.环保措施
11.1注意环境卫生，对灰罐中排出的水泥灰（气）应进行处理，防止污染附近的农作物和环境。
11.2保持机械的完好率，防止机油渗漏而造成污染。
11.3水泥袋要及时回收、清理，保证施工现场的整洁。同时水泥棚的搭设应规划整齐，严禁乱设乱搭。
12.应用实例
12.1工程简介
广西岑溪至兴业高速公路No.6合同段第二分部，地处广西东南部，路线所经地区主要地貌是低山丘陵地貌。山坡多为厚层残坡积土，植被茂盛，多为数林、灌木杂草和坡地经济作物，山间沟谷及平地一般堆积有较厚的冲洪积土，常为水田或耕地，主要种植水稻。路线所处地区水系发达，沟渠密布，大部分路基施工处都要进行软基换填处理，施工难度比较大。
12.2施工情况
其中K119+590～K119+730、K119+950～K120+030等六处里程段的软基换填深度达到6米多，考虑到工期和成本等因素，最后决定使用粉喷桩和水泥搅拌桩进行施工。因此在很大程度上缩短了工期，节省了施工成本，保证整个高速公路的按期顺利通车。
12.3工程结果评价
粉喷桩与同属深层搅拌桩比较，单位桩长的综合造价大致想同，但粉喷桩的单桩承载力比后者要高15%～20%。粉喷桩与塑性排水板法比较，造价相对要高些，但粉喷桩地基沉降量小，相应的工后沉降量也小，减少了线路的养护维修费用，避免了桥梁与桥头路基间过大沉降差给各时期运营带来的不良后果。
12.4建设效果及施工图片

图3 桩基开挖及废弃的桩头

图4 成桩效果

编写人：张 涵
审核人：邹 超
时 间：2011.5.31