水泥粉喷桩加固技术在软土地基处理中的应用.doc

水泥粉喷桩加固技术在软土地基处理中的应用 
    1、 工程概况
     杭河泊闸工程位于和县功桥乡功桥河与牛屯河分洪道的交汇处，此处地质承载力较低，地基土层为第四系河水冲积层，土层分布不均匀，力学性质差异明显，属于高压缩性，高灵敏度的土层。因此，为了满足地基承载力的要求，设计施工中采用了水泥粉喷桩加固技术。粉喷桩呈梅花形布置，桩径为500mm，桩距：闸室为1.0m；岸墙及翼墙为0.8m，有效桩长为5.0～7.0m；共有工程桩1498根，其中：闸底板510根，前岸墙476根；后岸墙320根；左右翼墙292根。水泥粉喷桩从2002年15日开始，2月9日结束。
    2、 地基处理要求
     杭河泊闸地基采用水泥粉喷桩对基础范围内土体进行加固处理。由其固结桩体共同作用成为复合地基。要求处理后的复合地基基底允许承载力提高到?k=140Kpa，压缩模量增加到Es＝5.8MPa，沉降量与沉降差均应满足现有关规范要求。粉喷桩体底部必须进入粉质粘土层1.25m深。
     所谓水泥粉喷桩加固，就是用一种通过钻机成孔，然后将水泥粉利用压缩空气送入软土中使其与土及土壤水一同固结，形成具有一定强度的桩状体，达到地基加固的目的。这种方法与传统的浇筑水下砼加固技术相比，克服了富含水区水灰比不稳定、施工质量不易保证的缺点，施工方法简单，施工质量也易保证。施工时，首先将钻机在指定的桩位上成孔，钻至设计深度，然后通过高压泵把水泥干粉通过钻头处特定的喷咀喷出，在喷射过程中，钻头一边旋转一边缓缓提升，借助高压干粉的喷射力与松动后的土壤拌合，从而起到对地基加固的作用。
、 桩体设计及试桩情况
     3.1 桩体设计
     ① 粉喷桩必须插入粉质粘土层至少1.25m，粉喷桩有效桩长为5.0～7.0m；②水泥渗入比为20％，水泥标号采用东关32.5级普硅水泥，即每米长火桩长喷粉量平均为60kg。③复搅长度为1.5m；电流控制：先采用三档钻进，当电流达到80A时，换成二档钻进不少于1.0m，电流控制在40～60A。
    3.2 试桩情况

     本工程共打试验桩4个。其中两个在闸室底板外1.0m后岸墙右侧，另两个在闸室底板1.0m的后墙左侧，深度均为7.0m，喷粉至地面下0.5m处。试验桩钻进时电流情况见表1。
    试验桩钻进时电流情况表 表1

4、 水泥粉喷桩的工艺要求及施工
    4.1 桩位放线与测量
     因原河床淤积严重，在施工前先将淤泥挖去，然后再用运来的粉质土回填，将基础面大致整平，并在场地上放出闸基础轮廓线，再在此基础理论上进行桩位定位，严格控制各部位内边桩位置。同时测出各桩位地面高程，计算出粉喷桩有效桩长，并经校核准确无误，经监理部门验收合格后方能进行粉喷桩施工。
    4.2 水泥粉喷桩工艺流程
     钻机就位→喷气搅拌钻进→喷粉搅拌提升至设计桩长→喷气搅拌钻进1.5m→重复喷粉搅拌→停灰→关闭空压机，钻机移位。
     施工工艺流程图详见图1
    4.3 粉喷桩的参数
    根据试验的试验成果，结合土层分布条件及设计要求，确定有关的参数（见表2）
    粉喷桩参数表 表2
4.4 粉喷桩施工
     为了确保工程质量，施工中粉喷桩桩机功率为30kW，钻具总长12.5m，空压机风量3m3/min，压力为0.8MPa。桩位偏差顺轴为±15cm，垂直轴向±10 cm，桩径垂直度为1.5％。桩的搅拌深度用钻杆标线控制，钻径用钻头控制。为了保证桩体强度，施工中采用单桩灰量控制法。即每根桩装一次灰搅拌一根桩；并在
原设计喷粉量基础上乘1.1系数。为保证桩体粉量均匀，实施全孔三次搅拌两次喷粉工艺，并严格按先中轴后边轴，先里排后外排的顺序组织施工。
    4.5 粉喷桩的桩顶与桩端的处理
     为了确保粉喷桩的单桩承载力达到设计要求，有必要对桩顶及桩端作加强处理。
     由于桩顶直接承受上部结构传来的荷载，若施工质量不佳或发生其他变异情况，桩顶往往会被破坏，使承载力下降。桩端部位一般是受力较小的部位，特别是摩阻型桩，但由于搅拌桩设备构造原因或施工工艺原因，桩端土会被扰动而未与水泥搅拌均匀或根本没有搅拌，这部分被扰动的土体，在受荷载后会产生较大的压缩变形。所以，对桩顶与桩端的处理，笔者建议在桩顶或桩端部分（500~1000范围内）采用复喷复搅工艺，即二次喷粉，三次搅拌工艺，并在该段增加水泥掺量2～3％，这样可以收到明显的效果。若原设计水泥掺量已经较大，则可采用复搅工艺，即在原一次喷粉，二次搅拌工艺上再加一次搅拌而不再曾加水泥掺量。
    4.6 粉喷桩施工注意事项
     ①应严格控制钻机下钻深度，喷粉高程和停灰面，确保粉喷桩高度。②应定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的钻头应定期复核检查，其直径磨耗量不得大于20mm。③当钻头提升至地面以下500mm时，喷粉机应停止喷粉。④当喷粉机在成桩过程中遇有故障而停止时，第二次喷粉成桩时，其喷粉重叠长度不得小于1.0m。
 5、 质量控制的依据
     ①粉喷桩施工图纸；②《建筑地基处理技术规范》（TC79-91）；③铁道部《粉体喷射搅拌桩加固软弱土层技术规范》（TB10113-96）。
    5.2 原材料质量控制
     施工所用水泥采用东关32.5级普通硅酸盐水泥，经现场抽样检验，其质量符合规范及设计要求，为合格产品。
    5.3 成桩质量

     在施工过程中要严格按照工艺所选定的参数操作，未经工地主管技术人员同意不得变更施工技术参数。在整个制桩过程中，在确保搅拌、断粉、提升的三连续作业法，如遇堵粉、民粉等问题要及时采取补喷措施，补喷重叠长度不得小于1.0m。为保证单桩喷粉量满足设计要求，要严格控制搅拌提升速度均匀和喷粉压力的变化；结果表时，均匀搅拌提升速度为0.8m/min时，平均喷粉量达到60kg/m，满足设计要求。
     5.4 粉喷桩轻便触探质量检查结果
     为了及时判定成桩质量，在粉喷桩施工结束后及时开挖，采用轻便触探仪（NIO）随机检查成桩质量。在及时开挖部位随机抽检30根，其龄期均在6～7天内，100mmNIO击数均超过10击，质量符合要求。
     5.5 单位桩及复合地基承载力试验验算
     按《建筑财基处理技术规范》（JGJ79-91）中的公式对粉喷桩进行验算。由于闸基础结构的特性（有齿槽），以及土层的变化，设计要求等使每排桩桩顶标号要求不同，每个施工区段内都有长桩和短桩。本次验算取每排桩平均值作为验算桩长值。
    6、 结束语
    桩体施工结束，待桩体达到28天养护期强度后，经建设、设计、监理、质检、施工等单位测试，综合评定了桩体质量和复合地基效果，全部达到设计要求。实践结果证明，水泥与软弱土，粉质粘土拌合后，上软－流塑状态转化为坚硬、硬塑状态。桩体水泥含量高，连续性好，水泥土含水量比天然状态土降低10％。软土地基处理后，力学强度明显提高，均满足设计承载力140kpa的要求。