浅谈粉喷桩加固公路软土地基施工工艺.doc

浅谈粉喷桩加固公路软土地基施工工艺

摘 要 本文结合XX高速公路工程利用粉喷桩处理开口式溶洞段软土路基的施
工情况，探讨了粉喷桩加固软土地基的施工工艺和施工操作要点。

XX高速公路B13标段路段由于存在开口式溶洞，且溶洞填充物为流塑状粘性土，所以需要地基特殊处理。处理方式采用的是水泥粉喷桩加固，即以水泥作为固化剂，利用改制的螺旋钻机，将钻杆钻至设计要求的土层深度，钻头到达下部持力层后，用压缩空气及钻头上的叶片将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩，并吸收周围水分，经过一系列物理及化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体，它对提高软土地基承载能力、减少地基沉降量及高填土路基稳定性具有明显的效果，下面结合工程实际对水泥粉喷桩处理软土地基施工工艺进行探讨。
1 设计简介
该路段粉喷桩设计桩径为50cm，间距1.5m，等边三角形布置，桩长以穿透软、流塑层进入硬塑层不少于50cm为原则，粉体材料采用32.5级普通硅酸盐水泥，掺入量为10%~13%，根据路基含水量的大小，经试验确定：含水量在40%以下时，水泥喷入量为45kg/m；含水量在40~60%之间，水泥喷入量为50kg/m；含水量在60~70%之间，水泥喷入量为55kg/m；含水量>70%时，水泥喷入量为60kg/m。设计要求桩体90d无侧限抗压强度quc≥1100KPa，28d无侧限抗压强度quc≥660KPa，满足28d强度后方可进行填土。
2 施工准备
2.1地质补充勘探：因开口式溶洞区地质情况较复杂，流塑层深度变化大，需在设计提供的工程地质报告基础上，按每20m一个断面，每段面3处进行地质补充详勘，进一步确定各段的加固范围、深度与停灰面高程等数据。

2.2 其它施工技术资料：土工试验报告，室内配比试验报告，粉喷桩设计桩位图，原地面高程数据表等。
2.3 场地平整、清除障碍。如场地低洼，应回填粘性土；施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层；若地表过软，则应采取防止机械失稳措施。
2.4 施工机具准备：粉喷桩桩机 、 喷粉机 、空压机、 1t翻斗车等的准备，并进行机械组装和试运转。
2.5 粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。试桩一般为5根，通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。
2.6 粉喷桩所用的水泥(32.5级普通硅酸盐水泥)应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用，严禁使用受潮、结块变质的加固料。
3　施工工艺流程
3.1　施工程序见下图

3.2　操作步骤为：

①深层搅拌机械就位。
②预搅下沉(至设计标高)。
③搅拌提升，同时喷干水泥粉至地面以下0.5m处(设计桩顶)。
④在桩上部的5m长范围内重复搅拌一次1/3～1/2)桩长、桩上部强度要求较高。
⑤重复搅拌提升，直到离地面下0.5m，上部回填3%灰土(或水泥土)并压实。
⑥关闭搅拌机械移位至下一桩位。
3.3关键技术
本工法的关键技术是喷粉，即将粉体成桩固化剂用压缩空气输送到钻头并射到土层中去。喷粉直接关系着成桩的质量。
    喷粉一般在喷气后进行，其操作程序是：开通喷粉球阀和蝶阀、关闭喷气阀，按下无级变速器电机启动按钮，使旋转供料器运到喷射管，喷入土层。以上操作要求迅速连贯，一气呵成。
4　施工操作要点及注意事项
4.1 机身调平以钻杆是否垂直为依据，为保证搅拌机的垂直度，应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，可用铅锤吊线，必要时可在机身设置激光对中仪进行控制。每工作班检查不少于2次，使垂直度偏差不超过1%。
4.2 喷粉或喷气时，当气压达到0.45Mpa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，将钻头提升至地面，切断空压机电源，停止送气。查明堵塞原因，予以排除。
4.3 控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度。钻头钻至设计深度，应有一定的滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。一般在开工前通过观察确定滞留时间。当用30m送料管时，滞留时间为2～4分钟。
4.4整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录，其用量误差不得大于±1%。在空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时，应开通灰罐进气球阀，以对
罐料加压。如出现断粉，应及时补喷。补喷重叠长度不得小于1.0m。
4.5 粉喷桩搅拌下沉时尽量不用水冲下沉。当遇较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水。采用水冲下沉时，喷粉提升前必须将喷粉管内的水排净，同时，还应考虑冲水成桩时对桩强度的影响（土层含水量增加10%，水泥土的强度降低10%～15%）。
4.6 桩顶设计标高与地面标高接近时，地面以下1m范围内喷粉、搅拌、提升宜用慢速，当喷粉即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒钟，以保证桩头均匀密实。
4.7 喷粉开始时，应将电子秤显示屏置零，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉搅拌时，记录人员应随时观察电子秤的变化显示，以保证各段（通常以1m为一个单位）喷粉均匀。严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。
4.8 粉体固化剂入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0.5cm，没有纸屑、石块等杂物。
4.9 搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录，深度应达到设计要求，时间误差不得大于5秒，施工前应丈量钻杆长度，并标上明显标志，以便掌握钻入深度，复搅深度。施工中出现问题应及时处理、做好记录。
4.10 储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg，如储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。
4.11 粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等，监理人员应随时检查记录情况。
5　质量检测
5.1 粉喷桩属地下隐蔽工程，施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响，因而其质量控制要贯穿于施工的全过程，并坚持全方位的施工监理。

5.2 施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况，记录其处理方法及措施。
5.3 成桩7天内浅部开挖桩头，其深度宜为0.5m，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径。检查频率为10%。
5.4 在成桩7天内采用轻便触探仪检查桩的质量，触探点应在桩径方向1/4处，抽检频率为2%。
5.5 成桩28天后，按1‰频率或按每一工点不少2根采用钻孔取芯法对其进行终检，并在桩体上部(桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m)分别截取3段桩体进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验，检查频率为2‰，每一工点不少2根。
5.6 关键工序检查要点见下表

5.7 粉喷桩施工质量允许偏差应符合下表规定。
粉喷桩实测项目
项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
权值
1
桩距(mm)
±100
抽查2%
1
2
桩径(mm)
不小于设计
抽查2%
2
3
桩长(m)
不小于设计
查施工记录
3
4
竖直度(%)
1.5
查记工记录
1
5
单桩喷粉量
符合设计要求
查施工记录
3
6
强度(kPa)
不小于设计
抽查5%
3
 注：本表摘自中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）
6 结语
6.1 粉喷桩处理软土地基是当前最常用的方法之一，此法的施工速度快，缩短了施工周期，一昼夜最快可制直径0.5m、长10m的桩50根，采用本工法的工期是真空预压法工期的1/4。
6.2 粉喷桩施工劳动强度低，施工安全、操作简便、加固整体性和稳定性好，可广泛推广使用，但是目前的粉喷桩施工队伍大多属个体私营，一定要加强管理，施工中要加强监理，实行全天候、全方位旁站，以确保施工质量。
6.3 对成桩28天的粉喷桩采用钻孔取芯法、动力解探法等进行检测是行之有效的，一方面可以通过芯样的抗压强度试验掌握桩体的强度，另一方面对整个桩体也是一次全面的检查，从而保障了粉喷桩的施工质量。

参考文献
1、 中华人民共和国行业标准.粉体喷搅法加固软弱地层技术规范 (TB10113-96).
2、 铁四院.粉体喷射搅拌法加固软土地基室内试验.1900.