曲長清

(黑龍江省公路勘察設計院)

粉噴樁處理軟土路基的施工技術

曲長清

(黑龍江省公路勘察設計院)

粉噴樁法是加固軟土地基的較新、較普遍的方法，通過北黑工程軟土路基施工對粉噴樁法加固軟土地基施工經(jīng)驗探討，加深對軟基處理的認識。

粉噴樁;軟土路基;施工方法

粉體噴射攪拌法是將石灰或水泥粉末通過特制的粉體噴攪施工機械噴入需要加固的軟土地基中，經(jīng)過由下而上逐步噴攪使軟土中形成結(jié)硬的樁柱而得到加固。水泥漿攪拌樁是利用特制的深層攪拌機械由下而上逐步攪拌將軟土與噴射的水泥漿強制拌和，使軟土結(jié)硬成樁柱而得到加固。這兩種方法同屬低壓機械攪拌法，是國內(nèi)外目前用的較多的軟粘土加固技術，兩者的使用范圍，設計方法和質(zhì)量檢驗方法基本一致，但加固工藝有所不同，以下結(jié)合北黑工程施工經(jīng)驗以粉體噴射法為主進行介紹。

粉體噴射攪拌法(粉噴樁)是以生石灰粉體材料作為加固料，通過專用的粉體噴攪施工機械，將攪拌鉆頭下沉至預計孔底后，用壓縮空氣將粉體以霧狀噴入加固部分的地基土，憑借鉆頭和葉片旋轉(zhuǎn)使粉體加固材料與軟土原為攪拌混合，自下而上邊攪拌邊噴粉，同時按約0.5 m/min的速度提升鉆頭，直到設計停灰標高。為保證質(zhì)量，可再次將攪拌頭下沉至孔底，重復攪拌。

粉體噴射攪拌法以粉體作為主要加工固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期強度高，可以根據(jù)不同土的特性，含水量，設計要求合理選擇加固材料和配合比，對于含水量較大的軟土，加固效果更為顯著;施工時不需高壓設備，安全可靠，如嚴格尊守操作規(guī)范，可避免對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，震動等不良影響。

采用石灰粉體噴攪加固軟粘土，其原理與公路常用石灰加固土基本相同。石灰與軟土主要發(fā)生如下作用:石灰的吸水，發(fā)熱，膨脹作用;碳酸化作用(化學交結(jié)作用);火山灰作用(化學膠凝作用)以及結(jié)晶作用。這些作用使土體中水分降低土顆粒微聚而形成較大的團粒，同時土體化學反應復合的水化物4CaO·Al2O3·SiO26H2O等在水中逐漸硬化，而與土顆粒粘結(jié)在一起從而提高了地基的物理力學性質(zhì)。

水泥攪拌加固軟粘土的原理是在加固過程中發(fā)生水泥的水解和水化反應;水泥水化生成鈣離子和土粒的鈉離子交換使土粒形成較大的顆粒;硬凝反應。這些反應使土顆粒形成凝膠體和較大的顆粒;顆粒間形成蜂窩狀結(jié)構(gòu);生成穩(wěn)定的不溶于水的結(jié)晶化合物，從而提高軟土強度。石灰，水泥粉體加固形成的樁柱的力學性質(zhì)變動幅度相差較大，取決于軟土的特性，參加料種類，質(zhì)量，用量，施工條件及養(yǎng)護方法等。石灰用量一般為干重的6% ～10%，軟土含水量以接近液限時效果較好;水泥摻入量一般為干重的5%以上(7%～15%)。粉體噴攪法形成的粉噴樁直徑為50～100 cm，加固深度可達10～30 m。石灰粉體形成的加固樁體抗壓強度可達800 kPa，壓縮模量(20 000～30 000)kPa，水泥粉體形成的加固樁柱體抗壓強度可達5 000 kPa，壓縮模量100 000 kPa左右，地基承載力一般提高2～3倍，減少沉降量1/3～2/3。粉體噴攪樁加固地基的設計計算可參照復合地基設計規(guī)范進行。樁長長度確定與砂樁相同。

1 粉噴樁加固地基的原理

粉噴樁加固地基，是利用噴粉機在鉆孔過程中，用壓縮空氣將粉狀加固料以霧狀噴入被加固的土中，憑借特別的鉆頭葉片的旋轉(zhuǎn)，使加固料與原位土就地強制攪拌混合，加固料吸水后進行一系列的物理化學反應，使軟土硬結(jié)成整體性好、水穩(wěn)定性好和有足夠強度的水泥土(或石灰土)樁體。由于固化劑吸收周圍土層的水分而發(fā)生物理化學反應，不僅使混和樁體凝結(jié)硬化，提高強度，也穩(wěn)定了樁周圍的土層，樁連同樁間土共同形成優(yōu)質(zhì)復合地基，大大提高地基的承載力。水泥土或石灰土攪拌越均勻，地基的總體強度越高。

2 噴粉樁的特點

粉噴樁加固工藝合理、施工簡單、技術可靠、成本低、進度快、無振動、無噪音、占地面積小、對周圍建筑物無影響，顯著表現(xiàn)為以下特點。

(1)可以直接在含有地下水的地層中施工制樁，避免水中施工的麻煩，簡化施工程序。

(2)可在－10℃以上的情況下制樁，施工基本不受季節(jié)限制，可保持施工連續(xù)。

(3)使用材料單一，工藝簡單，成本低。

(4)樁體強度有較大提高，樁間土性能隨之改善，加固效果明顯。

3 粉噴樁的適用范圍

粉噴樁適用于有地下水或含水量＞23%的粘性土、粉土、砂土、粉砂土、粉質(zhì)粘土、淤泥、雜填土等各類軟土地層中，不太適用于含有大量石塊、樹根、有機物的人工填土層。粉噴樁可以用來解決以下問題。

(1)增加軟土地基承載力;(2)減小軟土地基的不均勻沉陷和總沉陷量;(3)增加土質(zhì)岸邊的穩(wěn)定;(4)在溝槽和基坑開挖中代替板樁支護;(5)減小和阻止地下水滲透。

4 施工方法

4.1 施工設備

施工采用PH－5A型粉噴機配套設備，該設備地基加固深度≤16 m，成樁直徑≤600 mm，灰灌容量1.3 m3。

4.2 施工工藝

粉噴樁樁體正式施工前進行了成樁工藝試驗，以確定鉆進、提升、噴灰量等施工技術參數(shù)及應采取的相應技術措施。

(1)施工現(xiàn)場在測放樁位時，鉆機準備到位，其樁位偏差≤5 cm，調(diào)節(jié)鉆機支腿油缸，使樁孔斜率≤1.5%。

(2)關閉粉噴機灰路閥門，打開氣路閥門。

(3)開啟主電機，啟動空壓機并緩慢打開氣路調(diào)節(jié)閥，根據(jù)施工要求，逐級加速，正循環(huán)回轉(zhuǎn)預攪下沉至設計深度時，應低速慢轉(zhuǎn)，原位轉(zhuǎn)動1～2 min。

(4)為保證鉆桿中間的送風通道的干燥和暢通，從預攪下沉至粉噴完畢，啟動空壓機連續(xù)輸送壓縮空氣，當鉆至設計孔深1～2 min后，即開啟粉體發(fā)送器進行粉體噴射攪拌，這時噴粉、攪拌、提升同步進行，攪拌桿提升速度應控制在0.97 m/min。

(5)當提升至設計停粉標高后，應慢速原位復攪1～2 min，樁身上部1～3 m范圍內(nèi)根據(jù)實際情況再進行二次復攪，以確保樁身質(zhì)量。

(6)當提升粉噴距地面0.5 m，應立即停止粉噴，利用管道余灰量噴入土中，以防止粉塵污染環(huán)境。在施工過程中設置自動計量裝置，以檢驗和控制粉噴量，鉆機移至新孔位，重復上述工藝進行下根樁的施工。雖然采用了變樁間距進行不均勻沉降的調(diào)節(jié)，但為了增加路基剛度，有效減小路基的不均勻變形，實際施工中采用置換率為m=15.2%，梅花型布樁，施工工期歷時15 d。

5 質(zhì)量檢驗

5.1 樁體輕型動力觸探試驗

輕型動力觸探試驗在成樁后3～7 d進行，檢驗數(shù)量為總樁數(shù)的2% ，試驗結(jié)果表明，以軟土為加固對象的水泥土樁每30 cm的觸探錘擊數(shù)N10＞50擊，而原土層僅為15～20擊，加固效果明顯，滿足了設計要求。

5.2 樁成形的開挖檢測

工程施工結(jié)束7 d，進行了基坑開挖檢測，樁體外觀連續(xù)勻稱，表面成螺旋狀，有一層堅硬的水泥色硬殼，石灰土攪拌均勻，樁徑均符合設計要求，質(zhì)地堅硬，輕敲有堅實感。

5.3 水泥土樁體取樣試件的無側(cè)限抗壓強度試驗

從水泥土樁采取的立方體試件，90 d無側(cè)限抗壓強度平均值滿足設計要求的2 000 kPa，試件體的養(yǎng)護溫度較低，強度的試驗結(jié)果可能偏低，后期強度仍將增長。

6 結(jié)論

我國粉體材料資源豐富，粉體噴射攪拌法常用于公路，鐵路，水利，市政，港口等工程軟土地基的加固，較多用于邊坡穩(wěn)定及筑成地下連續(xù)墻或支撐深基坑。所加固軟土內(nèi)有機質(zhì)含量不應過多，否則效果不大。

粉噴樁法加固軟基可更多的吸收軟基中的水分，加固效果更為顯著，而且輸入軟土中的固化材料要少得多，無漿液排出，無地面隆起現(xiàn)象，節(jié)約了造價。粉噴樁的施工要求工藝性很強，對打樁的操作要求嚴格，如果稍有不慎就會出現(xiàn)不合格樁，達不到加固軟基的效果。在工程施工過程中應嚴格遵守施工工序，控制現(xiàn)場水泥漿液的拌制質(zhì)量，避免由于進灰量較少，樁體強度達不到設計要求，鉆頭提升速度不穩(wěn)定或進灰控制不適當造成的樁體強度不均勻，甚至出現(xiàn)某段無灰的現(xiàn)象發(fā)生，成樁質(zhì)量高，路基承載力達到設計要求，具有良好的技術、經(jīng)濟和環(huán)境效益。

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