粉喷桩处理软基施工方法.docx
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粉喷桩处理软基施工方法
粉喷桩处理软基施工方法
一、定义
粉喷桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，也叫加固土桩。
深层搅拌法是加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂（浆液状和粉体状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地墓。
粉喷桩就是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法。
深层搅拌法具有施工工期短、无公害、施工过程无噪音、不排污、对相邻建筑物无不利影响等优点。
二、适用范围
1.适用土质
粉喷桩最适合于加固各种成因的饱和软粘土，目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土。
由于粉喷桩是将干的固化剂（水泥粉、石灰粉）拌入地基的，所以当软基中的含水量低于30％时，为了保证粉体的充分固化，必须在搅拌过程中加入适当水分，因此当选用粉喷桩时，土层的含水量宜大于50％。
2.加固深度
加固深度取决于施工机械的功率，国外某些加固软土的深度已达到60m；国内的施工机械的搅拌能力一般为30m，所以加固深度只能达到26～27m。
3.适用工程
由于采用水泥或石灰与软土充分搅拌后形成的复合体，其抗压强度比天然软土能够提高数十倍甚至数百倍，因此它与周围天然土层组成的复合地基可大大提高承载力、减少沉降量。
因此粉喷桩能够应用于公路路基、机场、铁路、建筑物、堆料场、办公楼、住宅楼、水坝、港口等各种工程中。
三、粉喷桩的施工
1.材料要求
可采用水泥、生石灰粉、粉煤灰等作为加固料，其质量规格应符合设计要求。
⑴生石灰
生石灰应是磨细的，最大粒径应小于2mm，石灰中应无杂质，氧化钙、氧化镁含量不应小于85％，其中氧化钙含量不应低于80％。
⑵水泥
水泥采用普通水泥或矿渣水泥，应是国家免检产品，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。
对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等试验报告。
⑶粉煤灰
粉煤灰化学成分中要求二氧化硅和三氧化二铝的含量应大于70％，烧失量应小于10％。
也可采用石膏粉作为掺加剂，有利于强度的提高。
2.室内配方试验
施工实际使用的固化剂和掺加剂必须通过室内试验的检验，符合设计要求后方能使用。
3.成桩试验
在粉喷桩进行大量施工前，必须要进行成桩试验，试验应达到下列要求，并取得技术参数。
⑴满足喷入量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷入量等；
⑵确定搅拌的均匀性；
⑶掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施；
⑷根据地层、地质情况确定覆喷范围。
成桩工艺性试验桩数不宜少于5根。
4.施工机械
粉喷桩的施工机械主要由步履机构、动力机构、传动机构、操作机构、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等组成，主机是一台能完成钻进及搅拌的钻机。
由于粉喷桩的施工特点，如成桩速度快，又要求不同的提升和旋转速度来满足不同的桩身强度要求，因此对钻机移位的灵活性和速度可变性又有较高的要求。
表一为国内外几种常用粉体搅拌机主机的技术性能。
国内外几种常用粉体搅拌机主机的技术性能表一
技术参数
单位
日本产
DJMl037型
日本产
DJMl070型
瑞典产
LPS-4型
中国产
GPP-16型
加固深度
m
10
15
10
16
成桩直径
mm
800
1000
500
500
钻具转速
r/min
5～50
5～50
75
30、50、94
成桩速度
m/min
O～7
O～7
O～4
O.5、0.8、1.5
驱动方式
—
液压马达
液压马达
液压马达
电动机
行走方式
—
步履式
步履式
履带式
步履式
接地压力
kPa
22.6
23.5
62.0
35
主机质量
kg
9000
22000
10000
10000
外形尺寸
m
4.3×3.1×1.7
7.2×3.1×2.O
12.5×3.6×2.5
4.8×2.2×18.3
粉喷桩搅拌技术是基于钻机钻孔时，回转转盘和加压机构通过钻杆向钻头施加作用力，钻头在轴压力和回转扭矩作用下切入土层并切碎土体到达设计深度后，然后反向旋转提升钻头，同时用压缩空气输入水泥或石灰粉体，通过钻头的搅拌作用，使固化料和土体充分拌和，边提升钻头、边喷入固化料、边搅拌混合，直至钻头提出地面完成一根桩的施工。
5.施工工艺
施工程序为：
整平原地面→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉强制搅拌→复拌→提杆出孔→钻机移位。
⑴操作方法
①对正桩位，调整钻机机身，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，开始钻进。
②钻到设计孔深时，关闭送气阀门，喷送加固粉料。
③确认加固粉料已到桩底时，提升搅拌钻头，为便于控制成桩质量，一般不得使用Ⅲ挡提升。
④提升到设计桩顶标高时，停止喷粉。
⑤打开送气阀，关闭送料阀，但空压机不要停机，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，以保证桩头均匀密实。
⑥钻头再钻到设计桩底，进行二次搅拌。
⑦将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，填写施工记录。
⑧移动到下一个桩位。
⑵操作要点
①机身调平以钻杆是否垂直为依据，操作时以钻锤吊线进行控制。
②钻头钻至设计深度时，应有一定的滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。
一般为2～5min。
③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，将钻头提出地面，切断空压机电源，停止送气，查明堵塞原因，予以排除。
④整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业。
当空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时，应开通灰罐进气阀，以对料罐加压。
如出现断粉，应及时补喷，补喷重叠长度不小于0.5m。
⑤粉体固化料入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超
过0,5cm，无纸屑石块等杂物。
⑥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。
喷粉时，记录人员应随时观察电子秤的变化显示，以保证各段喷粉均匀。
6.施工组织
通常一台粉喷桩设备要组建一个施工班组，每班组由9～11人组成，具体分工见表二所列。
操作人员分工表二
序号
工种
人数
工作内容
1
班长
1
负责指挥协调各工序操作联系，控制操作规程，排除施工中各种障碍
2
操作员
2
技设计施工工艺正确操纵钻头的钻进和提升，检查维修机械，负责使用联络信号
3
司泵
1
统计材料用量，记录泵送时间，清洗输送管道
4
上料工
4
将加固料送人罐内，保证施工连续
5
发电工
1
负责机器设备的安装和安全使用
6
记录员
2
负责记录数据，操纵电器控制仪表，使用联络信号，兼质量检查员工作
㈣质量控制及检测
1.质量控制
粉喷桩施工应根据成桩试验确定的技术参数进行，操作人员应随时记录压力、粉喷量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。
并应满足下列要求：
⑴严格控制喷粉标高和停粉标高，不得中断喷粉，确保桩体长度；严禁在尚未喷粉的情况下进行钻杆提升作业。
⑵桩身根据设计要求在地面以下1/2～1/3桩长并不小于5m的范围内必须进行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和；施工中发现喷粉量不足，应整桩复打，复打的喷粉量应不小于设计用量。
如遇停电、
机械故障等原因，喷粉中断时，必须复打，复打时重叠段应大1m。
⑶施工机具设备的粉体发送器必须配置粉料计量装置，并记录水泥的瞬时喷入量。
严禁无粉料计量装置的粉体发送器投入使用；贮灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg；当贮量不足时，不得对下一根桩开始施工；钻头直径的磨损量不得大于lcm。
⑷应控制重复搅拌时的提升和下沉速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌。
⑸粉喷桩施工允许偏差应符合表三的规定。
粉喷桩施工允许偏差表三
项次
项目
单位
允许偏差
检查方法和频率
1
桩距
cm
±10
抽查2%
2
桩径
mm
不小于设计
抽查2%
3
桩长
cm
不小于设计
查施工记录
4
竖直度
%
1.5
查施工记录
5
单桩喷粉量
%
不小于设计
查施工记录
6
强度
MPa
不小于设计
抽查5%
2.质量保证措施
⑴开工前及时进行土样试验、加固料试验和水泥土比例试验，确定每米的喷灰量，做1～5根工艺性试验桩，以掌握该施工场所的各种制桩技术参数，如含灰量、钻进速度、钻杆提升速度等，试验结果经监理工程师批准后作为工程桩的施工依据，并及时向施工人员进行技术交底。
⑵施工中根据工程要求召开质量专题会议，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。
⑶控制钻头下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度都得到充分搅拌，严格按要求进行复拌。
⑷随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定，不合格的桩根据具体情况采取补救措施。
⑸选取一定数量的桩体开挖，检查桩体外观质量、搭接质量和整体性。
3.粉喷桩现场质量检测
检测粉喷桩质量所用的方法与检测其它桩一样，可以采用多种手段进行。
因粉喷桩桩体强度相对混凝土桩来说比较低，且主要利用群桩作用来提高复合地基承载力，故一般不做破坏性试验。
现场检测具有直观、工效高、代表性强、避免取样运送过程的扰动等优点。
但每一种方法都有一定的局限性，因此进行粉喷桩检测时，应尽量采用多种方法综合评价，并应辅以一定的室内试验。
现场检测的任务是要对所有桩的质量及地基加固作出评价，主要是确定合格桩和不合格桩的数量。
不合格桩包括桩长不够、断桩、缩颈、直径达不到设计要求、桩体成形差、强度低、偏位太大等。
在地基加固方面主要是测出复合地基承载力值、单桩承载力、复合地基的变形模量等。
针对粉喷桩的需要，施工完成后的全面检查有下列几种方法：
⑴测量放线检查
全部桩完成后进行基槽开挖，一般基槽开挖后，桩顶都会露出1m的长度，按设计桩长截掉桩顶多余部分，再用经纬仪和水准仪进行测量。
经过测量检查可以了解桩的偏位、桩顶标高、开挖标高等情况。
⑵人工直接观察
基槽开挖后，组织人力对现场直接进行检查，可以了解桩的成形、桩径、缺桩、桩顶强度、桩顶质量、桩位偏离等情况。
在这些检查项目中，除桩顶强度外，其余均用视力检查确定；桩顶强度除观察其搅拌均匀程度进行分析外，还可以采用简易检测法，即用一根长度2m、
直径16mm的平头钢筋，竖直立于桩顶，如用人力能压人桩体lOcm（28d龄期），表明施工质量有问题。
⑶桩身取样强度检验
制桩后7d内可用轻便触探器对桩进行一般性检查。
由于轻便触探器的检查结果只能定性而不能定量，因此，经轻便触探器检查后，如对某些桩体强度有怀疑时，应对这些桩身取样，进一步做更精确的检查，即用钻机对桩身取芯样，制成试块进行无侧限抗压强度试验，用以测定桩体强度。
钻孔直径不宜小于108mm，以便保证制成的试块尺寸不小于50mm×50mm×50mm。
⑷静力触探
静力触探是将一定规格的圆锥形探头，按一定的速率压人土层中，量测土对探头的阻力，借以分析土的性质。
静力触探是检验地基处理效果的有效手段，具有质量好、效率高、成本低等优点，所以被广泛应用。
静力触探既是工程地质勘探手段，又是原位测试技术。
在粉喷桩检测中，静力触探除用于对桩体进行7d内静探外，还可用于对桩周土进行静探。
静力触探测试结果可判定被探体（土层或桩体）的密实性、均匀性、地基处理前后的承载力、不排水强度、压缩性质等，还可以用来计算出单桩承载力。
⑸动力触探
动力触探是利用一定重量的落锤打击钻杆，将安装在钻杆端头的钻头打人土层，根据钻头贯入土层中的难易程度来探测土的工程性质。
动力触探设备简单，效率较高，应用也较广。
其检测的目的与静力触探基本一样，即通过动力触探可以判断被探物体的密实性、均匀性、地基处理前后的承载力及变形性质等。
但影响动探的因素较多，所测结果较为粗略。
⑹静载试验
静载试验是较为直观、成果可靠的原始测试方法。
通过静载试验
可以测得复合地基承载力和变形模量。
静载试验的典型代表是平板载荷试验，它是在被测试的坑中安置一定规格的平板，在板上逐级施加静力荷载，测出各级荷载作用下的沉降量，制出荷载—沉降关系曲线，根据此曲线确定地基承载力，进而计算土的变形模量，分析土的特性。
但平板试验也有其局限性，它所测试的成果，只能反映承压板下1.5～2.0倍的承压板直径深度范围内的土的状态，若要测试更深土层的性质，在技术上难度较大。
⑺反射波测试法
用反射波法进行桩身测试，可根据激振力的大小分高应变及低应变两种测试法。
粉喷桩的桩体强度不如混凝土桩那样高，因此常采用激振力较小的低应变反射波法。
这种近年来新开发的原位测试技术利用电子仪器和计算机处理，效率快、质量好，应用非常广。
具体测试是在桩顶安装仪器的拾振器，用小锤对桩顶施加激振力，振动波沿桩身向下传播，遇波阻抗差异界面（桩底或缺陷部位）即产生回波反射，反射波传至桩顶，由桩顶的拾振器接收信号，并传至桩基检测仪，检测仪将波信号变成一定的波形并展现在仪器的显示屏上，可用肉眼直观分析。
这种波形经计算机分析处理后由打印机输出检测成果，供室内分析使用。
利用低应变法可以判定桩体有无缺陷、缺限的性质和部位。
这里所说的缺陷主要包括断桩、缩颈、低强度层等，它根据打印机输出的时域曲线和频域曲线来判定。
如果时域曲线规律整齐，底反信号清晰或有底反迹象，频域曲线主峰明显，表明桩体完整；如果有同向较弱的桩间反射，说明桩间局部强度较低，但桩的整体性尚好；若时域曲线严重畸变或为多次能量较强的周期波，说明浅部或桩间有严重缺陷。
⑻附加质量法
附加质量法是根据单自由度弹簧体系的振动理论，将复合地基
等效为质量弹簧体系，以固定的参振质量m建立理论地基模型。
这样一个确定的地基模型对应一组固定参数（固有频率、动刚度K），同时在选定测点设定测试装置，即在测点上平放一承压钢板，为使钢板受地基反力均匀，板下垫一层2-3cm厚的砂土，并将砂土铺平，均匀与承压钢板接触，承压板上中心设置检振器，检振器与振动信号分析仪连通，然后在承压板上逐级加附加质量△m，并用重锤逐级敲击旁土，拾振器将每级附加质量△m的激振信号传给振动信号分析仪，测出激振濒率fi，建立fi与△m的关系，进而求出复合地基的动刚度K，最后确定复合地基承载力值（如下图）。
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