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5、效果检验……………………………………9

6、工程案例……………………………………10

7、参考文献……………………………………11

摘要：

为了工程建设，经常需要对不良地基进行处理和加固、在地基处理和加固方面，工程地质和岩土工程界的学者和技术人员进行了不懈的努力，在既有技术理论的基础上取得了许多成果，积累了丰富的经验，促使新技术、新方法不断涌现。

本文针对目前出现的地基处理新方法作了全面的概括和分析，对其处理的原理、施工工艺和适用场合做了简单的介绍,为地质条件不好或软弱地基处理方法的选择提供了依据。

关键词：

地基处理，排水粉喷桩，原理

（1）概述

粉喷桩复合地基以及竖向排水体联合加载预压虽然在处理软土地基方面有着各自的优点，但是它们各自有着一定的缺陷。

粉喷桩处理费用过高，竖向排水体处理工期过长这都是工程实践所证明的。

怎样解决这些问题是现代岩土工程师所考虑的问题。

粉喷桩处理过程可能出现如下不良现象：

①粉喷桩在处理地基时如存在临空面时，粉喷桩施工会引起边坡失稳；

②在已有构筑物附近施工，会引起地面开裂、构筑物受损等现象；

③施工完后粉喷桩突然下沉等。

分析其原因认为是由于：

①粉喷桩施工时的压缩空气对周围土体施加的侧向压力；

②搅拌叶片搅拌时对周围土体施加的剪切力。

因此，考虑到粉喷桩施工过程中所产生的上述不良作用，同时结合塑料排水板具有缩短土体排水路径、加快土体固结速度的特点，东南大学岩土工程岩土所提出了排水粉喷桩复合地基（即简称排水粉喷桩）。

该工法充分考虑了粉喷桩与竖向排水体的各自特点，把粉喷桩与竖向排水体处理技术的优点体现出来。

因为，粉喷桩施工时的喷粉压力对桩周土体产生超静孔隙水压力，而塑料排水体的存在，对桩周土体超静孔隙水压力的消散起着积极作用。

同时，由于塑料排水板的排水、通气作用，使粉喷桩施工时喷粉更为顺畅，特别是深部桩身质量会比常规粉喷桩桩身质量好，而深部桩身质量较差是常规粉喷桩施工中存在的一个不争的事实。

（2）工作原理

①粉喷桩施工对桩周土体的劈裂作用

粉喷桩施工过程由于侧向喷粉压力作用，桩周土体的抗拉强度又非常小，因此在粉喷桩施工过程中，喷粉压力会对桩周的土体产生一种劈裂作用（图1）。

排水粉喷桩由于在桩周加设了塑料排水板，致使粉喷桩施工过程中所产生的喷粉气流在土体中的流动更为顺畅，因此，排水粉喷桩施工过程对桩周土体的劈裂作用更为显著。

这种劈裂作用是由气体压力所致，因此称之为气压劈裂。

气压劈裂可以理解为：

由于气压的作用，在岩体或土体中引起裂缝的发生与扩展的一种物理作用现象。

图1气压劈裂作用

由于劈裂作用，桩周土体的渗透系数大大增加，这是一个较难以量化的参数。

现场排水粉喷桩单桩试验中，通过对桩周土体超静孔隙水压力消散速度的测试分析，发现在劈裂作用下，在不到2d的时间里，就可以使施工中在桩周土体中所产生的几千帕斯卡的超静孔隙水压力消散完毕。

因此可以假设，在粉喷桩施工中，超静孔隙水压力消散、土体固结过程符合Barron的固结理论，应用Barton的径向固结度计算公式，由现场实测数据，可推算出在劈裂作用后，桩周土体径向渗透系数变化。

由于劈裂作用，使桩周土体的渗透系数增大，大大缩短了载荷作用下地基土达到一定固结度所需的时间。

②排水粉喷桩工法对桩身质量的影响

粉喷桩施工中桩身质量的好坏直接影响着复合地基承载力的高低，在常规粉喷桩施工中，深部的桩身质量往往偏低。

相关研究表明，当搅拌深度超过一定深度后，在黏性较大的淤泥或黏性土中，固化料喷出困难，喷搅不匀，严重影响了桩体强度。

当粉喷桩长度超过10．0m时，粉喷桩下部没有形成一定形状的桩体，仅仅是少量的水泥与原来的地基土层拌和在一起，发生了很少的化学反应，还未达到足够的成桩强度。

究其原因，主要是因为：

在粉喷桩施工过程中，当钻头搅拌到深部后，此时喷嘴处的水压力要比浅部要大，而喷粉压力在整个施工过程中的变化则很小，因此水泥粉就难以从钻头中喷射出来。

导致了粉喷桩在深部施工时，喷粉压力对桩周土体的影响由于围压的增加而减小了。

在喷嘴附近，由于围压过大，使得喷粉有可能不连续，从而使粉喷桩桩身的搅拌不均匀，成桩质量差，强度低。

在排水粉喷桩的施工过程中，由于在桩周设置了塑料排水板，在喷射过程中，会产生气压劈裂作用（如图2）。

由于气压劈裂作用，桩周土体产生裂缝，裂缝会延伸到塑料排水板，致使粉喷桩施工过程所产生的气体压力迅速得以排放。

从而使水泥粉可以顺畅从喷嘴中喷出，使粉喷桩在搅拌过程中水泥土的搅拌更为均匀，桩身质量更好。

图2排水粉喷桩施工过程的劈裂作用图3排水粉喷桩施工的平面布置

（3）设计方法

1　粉喷桩的设计方法及其注意事项

1.1　设计标准

1.1.1　基准期及容许工后沉降

　柔性路面设计使用年限为15年，按目前通常的做法，基准期亦为15年，即从开放交通之日起至路面大修日止，所发生的沉降视为工后沉降。

其容许值对于一般路段取30cm，涵洞及箱型通道处取20cm，其它人工构造物与路堤毗连处取10cm。

1.1.2　稳定验算的安全系数

　稳定验算的安全系数以K≮1.2控制。

1.1.3　加载速率

　加载速率关系到路堤在施工中的稳定性，设计采用两种平均速率：

粉喷桩处理路段及填高小于极限高度的路段取15cm/d，其余取10cm/d。

施工中的速率可根据路堤稳定观测的结果予以调整。

1.1.4　预压期

　粉喷桩处理的路段预压期一般采用60d，且一般不需上预压土，预留沉降量静置即可。

1.2　粉喷桩的设计

　粉喷桩的桩径一般为50cm，设计的桩长宜穿透软土层并达到持力层内50cm。

桩距与路堤的稳定和沉降量有关，最小桩距宜为1.1～1.2m，桩位在平面上呈正三角形（梅花形）或矩形布置。

　为改善路堤底面的受力条件，粉喷桩处理段路堤下宜铺设30cm左右石灰土垫层（掺灰量以8%为宜）。

　经计算，如涵洞、通道位置工后沉降量大于30cm，则其地基宜采用粉喷桩处理，桩间距宜采用1.1～1.2m。

对于工后沉降量小于30cm而大于20cm的位置，则其地基采用土工合成材料加筋配合等载预压进行软基处理。

经计算，如桩基桥台位置工后沉降量大于30cm，则对其台前及台后地基用粉喷桩处理，再施工桩基础及进行台后路基填筑。

对于沉降量小于30cm而大于10cm的位置，台前不用粉喷桩处理而直接做桩基，台后则采用土工合成材料加筋配合等载或超载预压进行处理。

桥台处粉喷桩距宜采用1.1～1.2m，处理长度不小于5倍桥台高度，设置1/4～1/3长度的过渡段，并以采用桩距逐渐增大的过渡方法为宜。

　对于一般路基段，经计算如工后沉降量大于45cm，则宜采用粉喷桩处理软基，桩间距应根据经粉喷桩处理后地基承载力是否满足要求来确定。

如工后沉降量小于45cm而大于30cm，则采用土工合成材料加筋配合等载预压进行处理。

用粉喷桩处理路段路堤的预压高度为路槽设计高加预压期沉降量，即预压期末（一般为60d）路槽顶面应沉到设计高，铺筑路面前无需移去预压土方量，仅需整理路槽即可。

1.3　施工观测

1.3.1　沉降观测

1.3.1.1　观测点位的布设

　　观测点布设在路堤中心（以距离中心线50cm左右为宜）及两侧路肩，一般软土路段每100m布设一观测断面，预压施工高度超过5m的路段上每50m设一观测断面。

此外在与跨度超过30m的桩基结构物相邻的两端各设一观测断面，跨度小于30m时仅在一端设置，观测断面宜离开桥头搭板1m左右。

所有涵洞（包括箱形通道）处原则上均需设置一组沉降观测点，观测点位于涵背一侧，离涵背约2m处。

在粉喷桩一般处理段、过渡段、等（超）载预压段接头处，应在离开接头各10m以外的位置分别设置一组沉降观测点，以观测不同处理方案的沉降差异，距离相近、地质情况一致的可考虑统一布点。

在地质情况明显变化的分界线两侧各10m处，应分别布置一组沉降观测点。

1.3.1.2　观测频率

　路堤施工期：

每填两层观测一次，路堤填高超过极限高度之后，每3d观测一次，直至稳定再转入正常观测。

预压期：

第一个月每7d观测一次，第二个月至第三个月每15d观测一次，从第四个月起每一个月观测一次，直到铺筑路面前。

路面结构层施工期：

一般分为底基层、基层和面层，各层次的沉降观测每填筑一层至少应观测一次。

路面施工结束后，每月观测一次，至交工验收。

1.3.1.3　水准点的设置

　水准点应设在不受垂直和水平方向变形影响的坚固的地基或永久建筑物上，宜选择在老路有灌注桩的桥梁上，多年老房子的地坪上或岩石山体等处，其位置应尽量满足观测时不转点的要求，每三个月用路线测设中设置的水准点作为基准点，对设置的临时水准点校核一次。

桥梁工程结束时，为了减少沉降观测由地面水准点传递到路面的高差影响，可将地面水准点转测到有灌注桩的桥头耳墙角上。

1.3.2　侧向位移（稳定）观测

1.3.2.1　侧向位移点及其基桩的布设

　侧向位移点布设在路堤两侧的坡脚处，基桩必须布设在坡脚外路堤沉降影响范围以外，一般情况下应布设在离坡脚20m以外。

观测断面仅在预压施工高度超过5m的路段上设置，纵向间距为50m。

1.3.2.2　观测及其频率

　侧向位移桩和基桩设置好以后，采用钢尺量测位移桩与基桩之间的距离，量测钢尺的拉力为5kg，有条件时也可用红外测距仪量测。

观测工作在路堤填高超过极限高度时开始，其频率为每天观测一次，直至路堤达到设计的施工标高。

1.4　不稳定状态的判断标准

　路堤在填筑过程中，若中心日沉降量达到1.5cm/d，或日侧向位移量达到0.5cm/d时，标志着不稳定状态出现，应立即停止加载。

1.5　路面铺筑前沉降稳定的判断

　当连续三个月观测的沉降量平均不超过5mm时，可以卸载并开始路面铺筑工作。

（4）施工工艺

排水粉喷桩工法是由竖向排水体与粉喷桩相结合的一种新型软基处理方法，其施工顺序直接影响着复合地基的处理效果。

对于大面积软基，利用该工法进行处理，其经济性良好。

为了便于施工，竖向排水体采用塑料排水板。

所谓排水粉喷桩，就是将塑料排水板与粉喷桩两种地基处理方法有机结合起来，形成的一种新型的软基处理方法。

粉喷桩与塑料排水板均采用梅花形布置，如图3。

在进行排水粉喷桩施工前，清理平整场地，清除高空和地面障碍物；

测量放线、测量地面平整后标高。

①砂垫层的施工

砂垫层的铺设为排水粉喷桩施工的第一步，砂沟的位置应布置在塑料排水板连线上，同时注意以下几点：

a．用人工或挖槽设备按施工图开挖沟槽，沟槽深度和宽度严格按设计文件进行，沟槽深度以50cm为宜，宽度为20cm；

b．铺设砂垫层，选择中粗砂作为砂垫层的原料，铺设在已开挖好的沟槽内，简单压实；

c．路基两侧开挖边沟以利塑料排水板在施工时的排水，同时防止砂垫层污染。

②塑料排水板施工

在砂沟开挖好，填上砂形成砂沟后，进行塑料排水板打设。

塑料板打设按以下几点要求与施工工序进行：

根据打设板位进行打设定位；

将塑料带通过导管穿出；

安装管靴；

沉设导管；

开机打设至设计标高；

提升导管；

剪断塑料排水板；

检查并记录板位等打设情况；

移动打设机至下一板位。

③施工过程中的注意事项

a．严格按施工图设计的位置、深度及间距进行测放。

排水板的顶部伸入砂垫层至少30cm，使其与砂垫层沟通，保证排水畅通。

b．插板机上设有明显的进尺标记，以控制排水板的打设深度。

c．塑料排水板在打设过程中应保持排水带不扭曲，透水膜不被撕破和污染。

d．打设过程中，当塑料排水板长度不够时，不允许使用搭接延续的塑料排水板，以确保排水性能，须将不够尺寸的排水板抛弃。

e．排水板与锚销连接可靠，并且锚销与导管下端口密封要严，以免进泥。

施工中采用h形锚销，一是防止打设过程中土层与插板直接接触，损伤排水板；

二是防止泥土进入导管。

f．打设后外露的排水板不得遭污染，应及时清除排水板周围带出的泥土并用砂填实。

g．进场堆放在现场的塑料排水板应予遮盖，防止长时间暴露在阳光中造成老化。

④施工质量控制要点

a．塑料排水板施工允许偏差：

板距偏差为±

15cm，竖直度偏差小于1．5％，板长要求不小于设计长度；

b．塑料排水板透水滤套不得被撕破、划裂及污染，如发生上述现象须将破损段裁掉，以免影响排水板的有效工作性能；

c．塑料排水板搭接采用滤套内平接的方法，芯板对扣，凸凹对齐，搭接长度不小于20cm，滤套包裹后用绑丝或针线缝接牢靠；

d．插入过程中导轨要垂直，钢套管不得弯曲。

每次施工前要检查套管中有无泥土杂物进入，一旦发现要及时清除，防止插入及拔出过程中污染排水板或划裂滤套；

e．排水板与靴头固定架要连接牢固，防止拔出套管时发生跟带现象。

如排水板跟带大于50cm，则应在旁边重新补打；

f．插板施工完毕后，要注意及时将板头埋入砂砾垫层中，防止机械及车辆碾压损坏外露板头。

粉喷桩的施工工艺与常规粉喷桩基本相同。

图4为排水粉喷桩施工的整个流程图，该工法施工的主要环节是施工的先后顺序，同时注意把塑料排水板连成一条排水的盲沟，这主要是以便于粉喷桩施工时水的排出。

并且，在粉喷桩施工时，注意对塑料排水板的保护。

（5）效果检验

排水粉喷桩是粉喷桩与塑料排水板相结合的一种新型地基处理方法，因此它的使用也有着一定的适用条件。

常规粉喷桩由于受搅拌机械搅拌能力的限制，一般对于地基承载力大于120kPa的黏性土和粉土地基不适用，对于排水粉喷桩来说，也必须满足这一条件。

如所处理的软基有机质含量较高，也会影响着水泥与土体的水化反应，水泥土的强度也会降低，在这种情况下，只有增加水泥用量，才能达到设计要求的强度。

含水量应大于35％的各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和黏性土地基均适合用排水粉喷桩进行加固。

因此可见，排水粉喷桩主要适用于淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的黏土、粉质黏土、粉土等软土地基，且含水量应大于35％。

而对于土中含伊利石、氯化物和水铝英石等矿物时，加固效果较差。

土的原始抗剪强度低于20～30kPa时，加固效果也较差。

当粉喷桩用于泥炭土或土中有机质含量较高，pH值小于7和地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。

另外若地下有大于10cm的石块或其他障碍物时，应先清除。

目前，国内常规粉喷桩处理软土的有效加固深度一般难以超过14m。

对排水粉喷桩的加固深度，由于该新工法中的塑料排水板具有排水、导气作用，软基的处理深度与常规粉喷桩相比，加固的有效深度将会大大增加，预计可达到20m。

（6）工程案例

武钢开封威仕科钢材加工中心工程，施工地点位于河南省开封市魏都路与十二大街交汇处，我单位施工该工程的的地基基础部分，地基处理采用水泥土搅拌桩施工。

1.工艺流程

放线定桩位→钻机就位→钻桩孔至设计深度→边搅拌、喷粉、边提升钻杆→至桩顶以上50cm停止搅拌、喷粉，提杆至地面→移至下一桩位继续施工。

2.粉喷桩施工部署

为使粉喷桩施工更好的协调施工，A到B轴1到25线为第三施工区，B到F轴19到25线为第二施工区，B到F轴8到19线为第一施工区。

粉喷桩施工走向见下图：

3.施工步骤

3.1施工前，应进行场地整平、桩位放线，组装架立喷粉桩机，检查主机各部分的连接，喷粉系统各部分安装试调情况及灰罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作；

灰罐装满料后，进料口应加盖密封，排除异常情况后，方可开始施工。

3.2开始下钻，先后动搅拌钻机及空压机，钻头边旋转边钻进，当钻进地表以下0.5m时，开始送压缩空气，直至钻到预定深度。

在这个过程中虽然不喷粉，但为了冷却钻头，防止喷射口堵塞，减小阻力及防止地下水侵入钻杆内部，压缩空气一直不停止供给。

随着钻进，准备加固的土体在原位被搅碎。

3.3成桩时，先用喷粉桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后（钻速为1.8m～2m／min），将钻头以1m／min速度边搅拌、边提升，同时边通过喷粉系统将水泥（掺有生石灰粉）通过钻杆端喷嘴定时定量向搅动的土体喷粉，使土体和水泥进行充分搅拌混合，形成水泥、水、土的混合体。

3.4桩体喷粉要求一气呵成，不得中断，每根桩宜装一次灰，搅拌完一根桩；

喷粉深度在钻杆上标线控制，喷粉压力控制在0.5Mpa

3.5在喷粉成桩过程中遇到故障而停止喷粉时第二次喷粉接桩地，喷粉重叠长度不得小于1m。

参考文献：

1、戴国忠.开封粉喷桩方案

2、李培渊.新型地基处理方法概述

3、粉喷桩复合地基承载力静载试验研究

4、董晓马.杨广军.一种新型的地基处理方法