浅谈粉喷桩在蓄洪大堤加固工程软基处理中的应用

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摘要：随着科技的发展，软土地基加固技术越来越受到广大工程技术人员重视，粉喷桩在软基处理中的应用日益增多。粉喷桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法。本论文阐述本人所在工程在软土地基上，采用粉喷桩来进行软基处理的施工方法、工艺流程及处理的效果。

关键词：粉喷桩；软土地基；工艺流程

中图分类号：C35文献标识码： A

1工程概况

南滩大湾堤基粉喷桩处理工程位于淮干蓄洪大堤桩号39+377～40+444。该段堤防1954年炸堤进洪形成冲坑，冲坑深达10米以上，后冲坑被河砂淤平，高程在20.00m～22.00m左右。汛后复堤选在冲坑下游打一弯堤。2001年，淮委以淮委规计2001506号文批复将南滩大湾“u”形弯堤取直, 取直后从淮河中吸砂在湾内填筑庄台。

南滩大湾取直段堤身的堤基部位地质资料表明，高程9.0m以上，厚度11m为淤泥质砂壤土和壤土，湾内淤泥质土层厚9～7m。该淤泥质壤土的主要物理力学指标为，含水量W=34.7%,自然孔隙比在0.85～1.1之间，压缩模量Es=2.71Mpa,C值为3～5Kpa，Φ值在2.5～5度之间，该土层承载能力低，抗滑稳定性不足，压缩沉降量大。场地天然地基承载力不能满足设计要求，需进行地基处理。

对堤基进行加固处理的方案是先用挖泥船从淮河河槽中取砂吹填，对原地基淤泥质土壤进行加载预压，压缩沉降，减小孔隙比，地基承载力提高后再对堤基进行水泥粉喷桩加固处理。

粉喷桩方案是借助搅拌叶片旋转切削土体，并把水泥干粉通过专用机械设备由压缩气体将粉体输送到被削后的地基土中，与欲加固的软土拌合。反转时，边搅拌边借助机械自重向下压迫土体使水泥土受压密实，从而变成坚硬、连续的水稳性桩体，使被加固软土地基承载力、抗滑力明显提高，以达到加固软土地基的目的。

2粉喷桩的设计、布置

根据地质情况，设计桩径50cm，桩底高程7.5～11m, 桩顶高程21.14m～24.00m，设计桩长13～16.5m ,桩底伸入坚硬粘土层不少于50cm或伸入原状砂层不少于200cm。设计桩距：堤身处200cm×200cm,堤坡250cm×250cm。本工程共需粉喷桩2024根，总进尺34500延米。

3粉喷桩的施工设备及工艺流程

3.1主要设备

（1）PH―5B型钻机，它是步履移动的钻机，由电动机、钻架、液压泵、转盘、主动钻杆、给进链条、变速箱等部件组成。

（2）SP―3型粉体发送器，它是一种定时定量发送粉体的设备，

其灰罐容量为1.3m3。

（3）空气压缩机，其排量为1.6m3/min.

（4）搅拌钻头，其直径为500～700mm,钻头的形式应保证在反向旋转提升时对加固土体有压密作用。

3.2粉喷桩施工工艺流程

机械安装及导线定位――移机定位―送气钻进至设计桩底标高（钻入）――原位旋转确保送灰到位（预搅）――喷灰、搅拌提升到桩顶（喷射）――钻进重复搅拌（复搅）――提升钻杆至工作平台――成桩转入下一循环。

4施工过程

4.1试桩

粉喷桩工程在实施前应选择具有代表性的地段进行试成桩，验证工程地质条件是否与勘察报告一致，检验粉喷桩的成桩工艺及各项技术参数。成桩工艺试验达到如下要求：（1）满足设计要求的每延米喷粉量和工艺要求的各种参数。（2）掌握土质条件下钻杆下沉和钻杆提升的困难及喷粉情况，以确定相应的技术措施。

本工程试桩材料为PO.32.5级普通硅酸盐水泥，试桩直径为500mm，水泥掺入比分别为12%,15%,18%，桩距2m×2m。通过试桩、分析，确定了本工程施工的有关施工参数：（1）进入持力层深度除根据地质资料和设计要求外，还应根据钻进时电流表的读数值来确定，当钻杆钻进时电流表读数明显上升，说明已进入持力层，以电机电流不小于85A控制。（2）水泥渗入比为15%。（3）提升速度：0.8m/min。（4）钻进转速：70～108r/min。（5）粉喷量：59±5kg/m。

4.2 工程桩施工

4.2.1放线定位

对粉喷桩施工场地事先予以平整，清除桩位处的障碍物，根据设计图纸进行桩位放样，确定好钻机机置。在钻杆相应长度位置用红色漆标记出钻杆下沉的标记，作为钻孔标高控制线。再在机体上做好横向和纵向参照刻度的标志，以便施工时机械操作者观察，确保搅拌轴在参照刻度的范围内，即将钻杆竖直度控制在允许偏差范围内（1.5%H）,随后使钻头对准桩位中心，确保桩位准确。

4.2.2 钻进

根据施工要求，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ挡逐级加速的顺序，正转预搅下沉，下沉钻进时注意电流表的显示，确保钻头进入设计标高或持力层。为保持钻杆中间的送风通道的干燥，以免堵塞粉喷孔，从预搅下沉再开始直到喷粉为止，应在钻杆内连续输送压缩空气。钻至接近设计深度时，应低转慢钻，达到设计标高后钻机应原位钻动1～2min，以保证水泥粉料到达桩底。

4.2.3 提升

当搅拌头到达设计桩底以上1.5m时，应即开启喷粉机提前进行喷粉作业。到达桩底后使钻机按0.8m/min的速度反转提升，将水泥喷入搅拌的土体，使土体和水泥充分拌合。当搅拌头提升至地面下500mm时，为防止水泥粉粒溢出地表，应停止喷粉。

提升时，搅拌头每旋转一周，其提升高度不得超过16mm，合适的提升档数一般采用四档提升，以保证成桩的完整性和均匀性。

5粉喷桩施工注意事项

5.1钻机钻进至设计桩底标高时，在原位送灰、复搅，是保证桩底部质量的关键环节。

5.2对使用的钻头直径定期复核检查，其直径磨耗量不大于10mm。

5.3 严禁没有粉体计量装置的粉喷桩机投入使用。

5.4 在喷粉成桩过程中若遇有停电、机械故障停止喷粉，间隔时间不超过8小时，第二次喷粉时，其喷粉重叠长度不小于1m，超过8小时，应征得设计部门同意，采取适宜的补救办法。

5.5 水泥粉从料罐到喷灰口有一定的时间延迟，严禁在没有喷粉的情况进行钻机提升作业。所以搅拌头到达设计桩底以上1.5m时，应即开启喷粉机提前进行喷粉作业。

6桩的质量控制

影响粉喷桩质量的因素很多，包括地质条件、土质条件及施工方面等因素。本工程粉喷桩在施工过程中，严格按照有关设计文件以及规范质量管理要求作为质量控制的依据。

本工程施工前严格审核施工队伍的资质，择优选用质量高、技术素质好且有一定施工经验的施工队伍。

6.1原材料控制。对进场水泥必须有厂方的质保书，严格按照要求进行见证取样检测，对水泥的安定性、凝结时间及强度检测合格后方可使用。

6.2 提升速度控制。质检员随时抽检提升速度，发现超速者及时进行纠正。

6.3 桩头及桩身质量控制。施工前对地面标高进行测量，并按图纸要求计算出停粉面的位置，并在机架上相应做好标记，即动力头到此标志，送粉工即停粉，这样可控制桩头质量和桩顶标高。并在每台机施工的桩中随机开挖2个桩头观察桩头质量。

6.4 水泥用量控制。按设计水泥用量，配备粉喷计量装置，电脑控制，实现粉喷计量，同时记录水泥的瞬时喷入量和累计喷入量，严禁在尚未喷粉的情况下进行钻杆提升作业，确保理论用量和实际用量的一致，从而从宏观上控制工程质量。

6.5 在施工过程中，监理人员进行全过程旁站监理，严格控制施工程序，做好原始记录，确保成桩记录的真实性。

7 效果分析

堤基粉喷桩加固工程于2004年2月28日开工，4月15日施工结束。受蓄洪大堤建管局委托，水利科学研究院安徽省水利工程质量检测中心站对水泥土桩取芯做无侧限抗压强度试验。检验结果：水泥土搅拌桩整体搅拌均匀，局部少量搅拌不均匀，桩身连续性较好，硬度较高，桩芯平均密度1.74g/cm3，桩体抗压强度在0.434～0.651Mpa。达到设计要求和《建筑地基处理规范》质量检验要求。

取原状土的物理力学试验：凝聚力C值为13.5Kpa，内摩擦角Φ值为8.15度。

以上数据分析，经预压和粉喷桩施工后，堤基各项指标均达到设计要求。经2005年、2007年超标准特大洪水的运行观测，洪水退水后堤身安然无恙，未发现异常现象。

粉喷桩施工过程对周围环境影响小，噪音小，无污染，施工简单，造价低，进度快，工期短，效果好。