趙殿信

（安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

粉噴樁地基處理在荊山湖進(jìn)洪閘工程的實(shí)踐

趙殿信

（安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

粉噴樁由于受到地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)參數(shù)、施工工藝、過程控制的影響，施工質(zhì)量難以控制。本文就荊山湖進(jìn)洪閘的施工工藝的確定、過程控制方法、地基處理效果進(jìn)行闡述。

粉噴樁；復(fù)合地基；地基處理

粉體噴射攪拌法（DJM法、簡稱粉噴樁）是利用粉噴樁機(jī)將水泥干粉加到軟弱地基土中并在原位強(qiáng)制攪拌，通過水泥和土的一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)變化而形成具有整體性、水穩(wěn)定性和足夠強(qiáng)度的水泥土的一種地基處理方法，為深層攪拌樁的一種。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的要求，可在軟土地基中形成柱狀、壁狀和格柵狀等不同形式的加固體，這些加固體與天然地基形成復(fù)合地基，共同承擔(dān)建筑物的荷載。

這種地基加固新技術(shù)在鐵路、公路、工業(yè)與民用建筑、市政工程、水利工程等各種軟土地基處理中得到廣泛的應(yīng)用。但由于多方面因素，應(yīng)用中尚存在一些問題。本文就該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，以促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和完善。

1 工程地質(zhì)條件

荊山湖進(jìn)洪閘工程位于淮河中游蚌埠市懷遠(yuǎn)縣境內(nèi)的淮河左岸，進(jìn)洪閘采用開敞式水閘型式，每孔凈寬10m，水閘共31孔，總寬度352m，水閘設(shè)計(jì)流量為3500 m3/s，為大（2）型水閘。水閘為荊山湖行洪區(qū)的進(jìn)洪閘，閘址處為行洪區(qū)域。

閘址處地質(zhì)結(jié)構(gòu)自上而下依次為：

①層輕粉質(zhì)壤土（Q4al～pl）（表層0.2～0.3m為2003年汛期行洪淤積），局部夾中重粉質(zhì)壤土或砂壤土，黃、灰黃色，很濕～飽和，大部分軟塑，局部呈流塑狀。天然含水率26.1%～33.3%，孔隙比0.744～0.964，為中等壓縮性土層。層厚2.2～3.0m，層底高程14.68～16.49m。

②層重粉質(zhì)壤土，局部為粉質(zhì)粘土（Q4al～pl），夾薄層輕粉質(zhì)壤土透鏡體，褐黃、棕紅色，很濕～飽和，軟塑～流塑。天然含水率25.7%～50.0%，孔隙比0.735～1.434，為高壓縮性土層。層厚1.6～4.0m，層底高程11.35～13.79m。

③層砂壤土夾極細(xì)砂，局部夾薄層粘性土（Q4al～pl），灰黃色，下部灰色，飽和，大部分為松散狀態(tài)，局部稍密。天然含水率24.5%～29.8%，孔隙比0.694～0.849，層底高程10.26～12.85m，為中等壓縮性土層。

④1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土（Q4al～pl），局部夾輕粉質(zhì)壤土及粉土薄層，灰色，很濕～飽和，軟塑～流塑。天然含水率52.3%～53.9%，孔隙比1.477～1.546，層厚0.6～2.6m，層底高程8.57～10.41m，為高壓縮性土層。該層僅在左側(cè)岸墻閘中心線兩側(cè)部分鉆孔揭露。

④2層重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土（Q4al～pl），局部為淤泥質(zhì)，夾中～輕粉質(zhì)壤土薄層，灰色，很濕～飽和，軟塑，局部流塑。天然含水率25.2%～40.4%，孔隙比0.747～1.068，層厚0.9～5.9m，層底高程6.29～9.05m，為中等偏高壓縮性土層。

⑤層重粉質(zhì)壤土（Q3al），下部夾中～輕粉質(zhì)壤土，部分鉆孔含鐵錳質(zhì)結(jié)核，青灰夾黃色，濕～很濕，可塑，局部軟塑。天然含水率22.6%～29.7%，孔隙比0.665～0.877，層厚2.4～6.2m，層底高程1.47～3.98m，為中等壓縮性土層。

⑥層細(xì)砂，上部夾砂壤土，下部夾中砂，局部夾薄層粘性土（Q3al），灰黃色，局部青灰色、灰白色，飽和，中密，局部稍密。天然含水率20.4%～26.5%，孔隙比0.601～0.848，厚4.6～6.7m，層底高程－3.89～－2.15m，為低壓縮性土層。

⑦層粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土（Q1l），局部含鈣質(zhì)和鐵錳質(zhì)結(jié)核，暗綠灰、褐黃色，濕～稍濕，硬塑，局部堅(jiān)硬。天然含水率21.9%～26.5%，孔隙比0.675～0.821，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)平均擊數(shù)19.0。

表1 粉噴樁地基處理設(shè)計(jì)參數(shù)

閘底板建基面主要坐落于第②層重粉質(zhì)土層中。

2 工程地基處理設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程的粉噴樁地基處理的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

閘底板建基面高程為15.9m，設(shè)計(jì)粉噴樁應(yīng)進(jìn)入第⑤層土0.5～1.0m，樁長10m左右。根據(jù)水泥土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，通過試驗(yàn)確定粉噴樁水泥摻入比為15%，折合水泥用量為58～60kg/m，施工中水泥用量按照60 kg/m控制。

3 施工工藝參數(shù)的確定

工程施工前進(jìn)行了試樁，由于第③層土含水率相對較小，復(fù)攪?yán)щy，試樁共進(jìn)行3次，采用了3種施工工藝，每種工藝3根樁，共9根樁。各種試樁的工藝簡述如下。

3.1 試樁工藝

第一種工藝試樁，采用預(yù)攪下沉、噴粉提升（60 kg/m）、復(fù)攪下沉、提升成樁。預(yù)攪較順利，但是難以實(shí)現(xiàn)全程復(fù)攪。主要原因?yàn)樯喜康冖蹖油梁噬缘?。整個(gè)過程用時(shí)約30min。

第二種工藝試樁，為了避免第③層土的復(fù)攪?yán)щy，采用先預(yù)攪下沉，噴粉（60 kg/m）提升到樁長的一半、復(fù)攪下沉到樁底、提升到原?；颐嬉韵?.5m時(shí)噴粉（60 kg/m）提升到樁頂、復(fù)攪下沉、提升到樁頂。施工過程中下部3根樁均可以復(fù)攪到底，上段勉強(qiáng)可以復(fù)攪到底。施工用時(shí)與第一種工藝類似。

第三種工藝試樁，預(yù)攪下沉、噴粉（30kg/m）提升到樁頂、復(fù)攪下沉到樁底、噴粉（30 kg/m）提升、再復(fù)攪下沉、提升成樁。整個(gè)過程用時(shí)42～45min。3根試樁第一次復(fù)攪均可以復(fù)攪到底，但是第二次噴粉后復(fù)攪的深度難以到達(dá)樁底。

3.2 施工工藝評述

第一種施工工藝具有簡便、效率高的優(yōu)點(diǎn)，不足的是未能全程復(fù)攪；第二種施工工藝可以全程復(fù)攪，但是不足是第一次和第二次噴粉的接頭難以控制，容易產(chǎn)生隱患；第三種施工工藝噴粉連續(xù)，兩次噴粉雖有可能強(qiáng)強(qiáng)弱弱疊加，但是也有可能強(qiáng)弱疊加，不足是施工效率較低。

3.3 試樁檢驗(yàn)

為了了解第一種工藝上部復(fù)攪和下部未復(fù)攪的粉噴樁的性狀，對第一種施工工藝進(jìn)行了取芯和標(biāo)貫檢驗(yàn)，為了比較，同時(shí)對樁周土也進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入。此時(shí)粉噴樁的齡期為10d左右。

取樣表明整個(gè)樁體芯樣完整，均勻度上部稍好于下部。標(biāo)貫結(jié)果見表2。

從試驗(yàn)結(jié)果看，無論樁體的上部還是下部，相對原狀土體，強(qiáng)度明顯提高。

3.4 專家評審

為了慎重起見，在工藝試樁完成后隨即組織了省內(nèi)外有關(guān)專家對該工程的粉噴樁施工工藝進(jìn)行評審。與會專家認(rèn)為本工程地基處理的關(guān)鍵是解決沉降問題，尤其是解決不均勻沉降問題，應(yīng)重點(diǎn)控制荷載較大（如岸墻、翼墻等）和地質(zhì)條件較差部位的粉噴樁施工質(zhì)量。

3.5 施工工藝的確定

根據(jù)工程的試樁結(jié)果和專家評審意見，最終確定的施工工藝為：岸墻、上下游翼墻和左側(cè)8個(gè)閘室采用預(yù)攪下沉到樁底、噴粉提升到樁頂（噴粉量約30kg/m）、復(fù)攪下沉到設(shè)計(jì)樁底、再次噴粉提升到樁頂（噴粉量約30kg/m）、再復(fù)攪到難以攪拌、提升成樁；其他23個(gè)閘室采用預(yù)攪下沉到設(shè)計(jì)樁底、噴粉提升（噴粉量60kg/m）至樁頂、復(fù)攪下沉到難以復(fù)攪（高程不低于12.0m）。

4 施工過程控制

影響粉噴樁施工質(zhì)量的因素很多，主要為機(jī)械設(shè)備、人員、處理的深度、水泥摻入量、水泥均勻性、樁徑和垂直度等。

4.1 施工機(jī)械

本工程使用的機(jī)械主要為武漢產(chǎn)的PH-5A型粉噴樁機(jī)械和上海產(chǎn)的GH-5機(jī)械，均可自動檢測、顯示每0.1m深度的噴粉量，自動檢測、記錄每1.0m深度的噴粉量，記錄預(yù)攪深度、復(fù)攪深度及每根樁的水泥總量。沒有準(zhǔn)確的計(jì)量裝置就沒有可靠的工程質(zhì)量，開工之前，請計(jì)量部門對所有的計(jì)量設(shè)備進(jìn)行計(jì)量檢定，合格后方投入使用。在每臺機(jī)械機(jī)架正交方向掛設(shè)垂球檢測樁的垂直度。同時(shí)每臺機(jī)械施工前，在工程樁以外進(jìn)行適應(yīng)性工藝試驗(yàn)，待掌握工程的施工工藝和地質(zhì)條件后再施工。難以適應(yīng)本工程地質(zhì)條件及工藝的機(jī)械撤離工地。

表2 第一種施工工藝標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果

表3 提升速度-切割次數(shù)-每米工作時(shí)間的關(guān)系表

表4 單樁及復(fù)合地基承載力檢測結(jié)果

表5 工程最大沉降

4.2 粉噴樁機(jī)械的操作人員

工程開始前，對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，指出工程的施工要點(diǎn)、注意事項(xiàng)，每個(gè)粉噴樁機(jī)械正式施工前，再次重申工程的注意要點(diǎn)。施工過程中發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)指出，若問題比較多且為通病時(shí)及時(shí)召開有關(guān)人員的會議，提出問題并改進(jìn)。

4.3 粉噴樁的原材料

用于粉噴樁的水泥具有出廠合格證，經(jīng)過復(fù)檢合格后用于工程。工程所用水泥為PO32.5袋裝水泥。

4.4 樁底高程的確定

按照設(shè)計(jì)要求，粉噴樁的樁底應(yīng)進(jìn)入第⑤層土0.5～1.0m，為準(zhǔn)確確定第⑤層土在各閘室的分布，地質(zhì)勘探部門對閘軸線進(jìn)行詳細(xì)勘探，提出了軸線處的地層分布，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告參照施工過程的條件確定每一塊底板的粉噴樁樁底高程。

4.5 提升速度的確定

我國的粉噴樁機(jī)以上海及武漢生產(chǎn)的GPP型和PH型為代表。其設(shè)備性能大同小異，以PH-5A為例，提升速度及其性能[1]如表3。

由表3可以看出，無論何種擋位，每米的切割次數(shù)是相近的，不同的是每米的工作時(shí)間。每米的工作時(shí)間長，噴灰的時(shí)間也長，有利于灰量控制，可以使灰量均勻，但工作效率低。擋位高時(shí)，每米的工作時(shí)間短，噴灰量難以控制，但效率高。此外復(fù)攪拌提升速度快時(shí)鉆頭反壓土體的時(shí)間也短，不利于工程質(zhì)量，因此對于施工速度，下沉?xí)r可以不受限制，只同鉆機(jī)的功率及地層的軟硬有關(guān)，但提升時(shí)不能太快。本工程采用以Ⅱ～Ⅲ擋作為提升速度。

4.6 噴粉攪拌的提升時(shí)機(jī)的確定

為防止管路系統(tǒng)堵塞，在不需要噴粉的下沉過程中必須不斷噴氣，在預(yù)拌到樁底開始送粉時(shí)，不能立即攪拌提升，因?yàn)樗喾墼诠苈废到y(tǒng)中尚需一定的傳輸時(shí)間，因此在樁底應(yīng)停留一定的時(shí)間，停留時(shí)間的長短與輸灰管路的長短有關(guān)，一般在底部停留30s可以保證底部的工程質(zhì)量。

4.7 粉噴樁施工過程控制

施工過程中每臺機(jī)組都有質(zhì)檢人員跟班值班，檢驗(yàn)并記錄樁長、垂直度、每米噴粉量。定期檢驗(yàn)鉆頭直徑是否符合要求。樁長除根據(jù)儀器顯示外還根據(jù)機(jī)架上標(biāo)注的深度復(fù)核儀器的記錄是否正確。垂直度采用在機(jī)架上正交方向懸掛垂球的方法測量。

5 地基處理效果

5.1 復(fù)合地基檢驗(yàn)

根據(jù)工程完成后的檢驗(yàn)，該工程的的樁徑、樁位偏差滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。第三方檢測報(bào)告表明，閘室、翼墻、岸墻的單樁、單樁復(fù)合地基、4樁復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。單樁及復(fù)合地基承載力檢測結(jié)果見表4。

5.2 工程沉降觀測

該工程地基處理于2004年6月完工，即對各個(gè)閘室、翼墻、岸墻的沉降進(jìn)行了定期觀測，2006年7月驗(yàn)收時(shí)，觀測資料表明，工程沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定，沉降量小于設(shè)計(jì)沉降量。閘室和岸墻和翼墻最大沉降見表5。

5.3 工程運(yùn)行狀況

工程自2006年7月投入運(yùn)行以來，經(jīng)歷了2006年的分洪檢驗(yàn)和近年來的淮河洪水檢驗(yàn)。監(jiān)測表明，工程沉降已經(jīng)穩(wěn)定，各部位沒有出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，工程運(yùn)行狀況良好。

6 結(jié)論

（1）粉噴樁地基處理在地質(zhì)條件清楚、設(shè)計(jì)合理、施工工藝符合地質(zhì)條件、施工過程控制方法得當(dāng)?shù)臈l件下，可取得較好的加固效果。

（2）檢測資料、工程沉降觀測和工程運(yùn)行效果都證明，荊山湖進(jìn)洪閘粉噴樁地基處理效果滿足工程需要

[1]趙殿信.粉噴樁施工質(zhì)量控制方法[J].安徽建筑，2001,1:54-55.

趙殿信（1964-），男，高級工程師，主要從事工程檢測、監(jiān)理及相關(guān)試驗(yàn)研究工作。

E-mail：zdxwdh@163.com