粉喷桩处理软土地基的施工工艺及质量控制.doc

粉喷桩处理软土地基的施工工艺及质量控制.doc

《粉喷桩处理软土地基的施工工艺及质量控制.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粉喷桩处理软土地基的施工工艺及质量控制.doc（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

粉喷桩处理软土地基的施工工艺及质量控制

作者：

郝月娟

摘要:

经粉喷桩处理的地基，承载力大大提高，沉降量大大减少。

由于桩体作用，地基抗剪强度增强，提高了地基的稳定性，路基填土可以不受速度的限制，大大加快施工进度。

且路基沉降可在较短时间内完成，施工后一般沉降很少。

而常用的排水固结法和铺土工布法，通过以往的施工实践，处理后的地基后期沉降仍很大，固结时间长，易产生塌方滑坡等剪切破坏，因此填土速度受到限制，工期长；往往通车一段时间后（2～3年），由于路基变形需要整修，因此，虽然粉喷桩处理软基费用较其它处理方法高，但省却工后整修的二次费用，相比之下还是经济的。

关键词:

粉喷桩施工工艺质量检测质量控制

正文:

1.绪论

1.1概述

粉喷桩于20世纪70年代首先由日本和瑞典分别提出、推广和应用，我国于80年代初引入此项技术。

粉喷桩作为一种深层搅拌和桩，越来越多地被运用于公路、工业与民用建设中。

尤其是近几年，随着高速公路建设的飞速发展，粉喷桩被广泛用来加固路基、维护边坡以及地下工程支护、防渗墙等，并以其能有效减少总沉降量、能承受较大的加荷速率、抗侧向变形能力强、可大大缩短施工期等优点成为应用广泛的一种简便而又经济有效的软土地基加固技术。

深层搅拌法加固软土地基，就是在钻孔过程中利用水泥、石灰等材料作为固化剂，使用深层搅拌机械将浆液状或粉状固化剂注入软土地基的深层，经机械搅拌，使原位土与固化剂均匀混合并发生一系列的物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

 在深层搅拌法中，固化剂的注入有两种形式，一是浆液灌注，二是粉体喷射。

前者由于有漏浆现象，工人操作条件较差，且对含水量较高软土地基的加固效果尚待论证，而粉体喷射法以它具有的诸多优点而后来居上，在工程中得到广泛的应用。

粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称，其加固地基的机理在于固化剂与原位土充分混合后，由于固化剂吸收周围土层中的水分而发生物理化学反应，使混合桩体凝结硬化，既提高了自身的强度，又稳定了桩周围土层，从而使天然的软土地基改变成优质的复合地基，大大提高了地基的承载能力。

固化剂可以采用水泥、石灰、石膏等材料，由于水泥桩的性能比较优越，因此一般采用普通硅酸盐水泥作为固化剂。

从水泥与软土的物理化学反应过程分析，水泥与原位土搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土结构的离散性越小，地基的总体强度也越高。

粉喷桩有许多优点，主要有以下几方面：

（1）加固工艺合理。

在制桩过程中仅向土层中喷射固化料干粉，无需注入附加的水分，使固化剂能充分吸收软土中的水分，从而增强加固效果。

（2）施工简单、技术可靠。

国内有多种粉喷桩施工成套机械，制桩过程完全机械化，减轻了工人的劳动强度，提高了成桩效率。

制桩原料除原位土外，仅有适量的固化剂便可。

（3）可以在含有地下水的地层中直接施工制桩，避免了水下施工的麻烦，大大简化了施工程序。

（4）施工工期短，进度快。

经粉喷桩处理的地基，路基填筑时可大大加快填筑速率，基本不需考虑由于填筑过快而导致路基失稳的可能。

（5）保护环境。

在制桩过程中无振动、无噪音、无污染，对附近建筑物无影响。

粉喷桩虽然有许多优点，但在应用上还有一些限制。

①在理论上，粉喷桩群体范围内的压缩变形量较小，根据荷载、桩长、桩身强度、天然地基土强度、置换率、复合地基的变形模量等估算，一般可取2cm～5cm。

而下卧软弱土层压缩变形量的确定，可以假定粉喷桩群体形成一种实体深基础，按双层地基计算该实体深基础底部的附加应力，然后再进行下卧软弱土层压缩变形量的计算。

在附加应力的确定上，有学者指出。

室内试验表明，水泥土的重度比原位土略有增大，增大量在1．2％～3．5％之间，加固桩身对下部未加固部分不会产生过大的附加应力，也不会由于加固桩身附加荷重而引起地基附加沉降。

但有些学者却持相反观点。

目前，不同的软土特征和施工实际情况对附加应力的影响尚待研究。

②相对于国外多种多样、五花八门的粉喷桩施工机械设备而言，国内的机械设备可以说是品种单一、类型雷同，这直接制约了粉喷桩的设计和应用。

比如在桩径的确定上，由于国内的机械设备均只能施工直径为50cm的粉喷桩，因此在设计上也只能按该直径考虑。

又如在桩长的确定上，理论上以穿透软土层为最佳，但国内配套钻杆长度绝大多数都在15m以内、12m左右，因此在应用粉喷桩时，都以下卧软土层的厚度不超过上述长度为选择依据之一，如果下卧软土层的厚度超过上述长度，则一般可以不考虑采用粉喷桩，转而采用其他的软基处理方法如塑料排水板等。

1.2粉喷桩的概念

粉喷桩是粉体喷射桩的简称，就是利用专用的喷粉搅拌钻机将水泥等粉体固化剂喷入软土地基中，并将软土与固化剂强制搅拌，利用软土与固化剂之间所产生的物理化学反应，使软土结成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基的一种施工方法。

1.3粉喷桩的加固机理

当水泥加固软土时，水泥表面的各种矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成的化合物中有些能迅速溶于水中，水泥颗粒表面则重新暴露出来，再与水发生反应，使周围的水溶液达到饱和，新的生成物不能再溶解，形成胶凝体；当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与周围具有一定活性的黏土颗粒发生离子交换和团粒化作用硬凝反应，形成了水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从宏观上看使水泥土的强度大大提高；硬凝反应生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度；碳酸化反应，生成新的化合物，从而提高水泥土的强度，达到提高地基承载力的要求。

1.4粉喷桩适用范围

用于软基的涵洞、挡土墙基础处理，桥头软基处理，可有效地减少基础沉降、桥头跳车现象；在高路堤软基处理中，一般软土厚度在10m以内，使用粉喷桩打穿淤泥层，效果较好且经济；对10m以上的深软基，采用以上的方法均难以达到理想的处理效果，在此情况以建桥为宜。

2.粉喷桩的施工与质量检测

2.1施工准备

①粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料：

施工场地的工程地质报告，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，加固深度与停灰面高程以及测量资料等。

②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。

③施工设备准备。

粉喷桩施工设备严禁使用非定型产品或自行改装设备，对粉喷桩设备要严格检验，按招标文件中的《技术规范》和铁道部《粉体喷撑法加固软弱土层技术规范》（TB110113—96）的要求进行标定和工艺性试桩。

进场设备必须配备良好的能显示钻杆钻进时电流变化的电流表、显示管道压力表和计量水泥喷入量、复搅深度的电脑监测记录装置（应能打印每根桩施工中钻头各次下钻深度及提升高度的全过程记录和水泥用量）量器、衡器，且必须经过计量部门的检定。

a.钻机：

钻机是粉喷桩施工的主要成桩机械。

它必须满足以下条件：

①动力大、扭矩大，适合大直径钻头成桩，钻头直径一般为50cm；

②具有正向转进、反转提升的功能；

③提升力大，并能实现匀速提升。

b.喷粉机

喷粉机是定时设置发送粉体材料的设备，它是粉喷搅拌法加固软土地基施工机械中的关键设备。

粉体发送机的工作原理，见下图一

图一：

发送机的工作原理图

注：

1-节流阀；2-流量计；3-气水分离器；4-安全阀；5-管道压力表；6-灰罐压力表；7-发送器转鼓；8-灰罐

由空气压缩机送来的压缩空气，通过节流阀调节风量的大小，进入“气水分离器”，使压缩空气中的气水分离，然后“干风”到达粉体发送器喉管，与“转鼓”定量输出的粉体材料混合，成为气粉混合体，进入钻机的“旋转龙头”，通过空心钻杆喷入地下。

粉体的定量输出，由控制转鼓的转速来实现。

施工前须按照加固工程的地质条件，通过室内试验，找出最佳粉体掺入量。

根据施工时钻机的提升速度、钻机转速、搅拌钻头的类型，选用合理的粉体发送量。

c.空气压缩机

粉体喷出，是以空气压缩机作为风源。

空压机的选型，主要以加固工程地质条件和加固深度为依据。

粉体喷射搅拌法是以机械强制搅拌，气粉混合体只需克服喷灰口处土及地下水的阻力而喷入土中。

旋喷法则是依靠高压脉冲泵所喷射的高压水来破坏土层。

因此，粉喷桩所用压力不需要很高，空压机的风量也不宜太大。

d.搅拌钻头

粉体喷射搅拌法凭借钻头叶片的搅拌作用使灰粉与软土混合。

因此钻头的形状直接影响灰土搅拌效果。

钻头的形式，应保证在反向旋转提升时，对柱中土体有压实作用，而不是使灰、土向地面翻升，而降低柱体质量。

e.计量装置

该装置用于监测粉喷桩施工中粉体输入量的连续性及均匀性的装置，及时掌握钻机在粉喷过程中，喷入软土层的水泥数量，它能逐段逐层分析粉体的输入量。

通过安装在粉体发送机上调孔装置，使输入量能满足设计要求，并能自动记录及打印。

④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。

⑤粉喷桩所用的水泥。

425＃普通硅酸盐水泥，水泥用量因天然含水量而异，按以下方法配比：

W1≤50%，水泥用量50kg/m；50%＜W1≤70%，水泥用量为55kg/m；W1＞70%，水泥用量为60kg/m～65kg/m。

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。

⑥加固处理的强度，应以无侧限抗压强度衡量，试件养护龄期为7d，28d，90d，要R28≥0.8MPa，R90≥1.2MPa.

2.2施工工艺

2.2.1工艺性试桩

全面施工前应进行工艺性试桩，以确定在此地质条件下，粉喷桩施工设备的成桩工艺及各项技术参数，水泥的初始凝时间、安定性强度登记等施工工艺参数，并根据设计要求通过成桩试验确定每台机组各自的钻进速度、提升速度、拌和速度、单位时间喷浆量、桩长、成桩时间、复搅遍数等，为全面施工提供依据。

2.2.2施工工序

①施工程序为：

放线定桩位→钻机就位→钻桩孔至设计深度→边拌和喷粉边提升钻杆→至桩顶以上50cm拌和、喷粉→全程或局部复搅（复喷）一次（或数次），提杆至地面→移至下一桩位继续施工，见下图二.

钻孔定位

调平

钻进

设计孔深

成桩

设计桩顶

检验用灰量、标号等

转入下一循环

停灰停气

复位

喷粉、搅拌、提升、钻头升至地面下50㎝时停止

送灰机送灰

图二粉喷桩工艺流程图

②施工前，应进行场地平整，参照施工图纸事先整平，再清除地面以下一切障碍物（包括石块、树根和垃圾等），场地低洼地段应先排水清淤后再回填素土（不得回填杂填土）至整平高程。

软泥地段应进行表面处治，保证施工机械施钻时不倾斜，位移时不陷车；有地表水的地段，要求在桩位空隙间开挖排水沟，开挖尺寸以既能排水，又能保证钻机移位为目的。

桩位放线时，根据可靠的水准点及控制桩，用经纬仪将桩位精确放样，标出每根桩的位置。

粉喷桩平面误差不得超过5cm。

且组装并架立粉喷桩机设备，检查主机各部的连接，喷粉系统各部分安装试调情况及灰罐、管道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在成桩时，先用粉喷桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后（钻速为0.5～1m／min），将钻头以≤1m／min的速度边拌和边提升，同时通过粉喷系统将水泥（或石灰粉）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拌和混合，形成水泥、水、土混合体。

④桩体喷粉要求一气呵成，不的中断，每根桩宜装一次灰，喷粉深度在钻杆上标线控制，喷粉压力控制在0.5～0.8Mpa。

⑤单位桩长喷粉量是成桩质量的关键，喷粉量随质情况`桩体情况要求而定，一般为45～70kg／m