粉喷桩技术在高速公路软土地基施工中的应用探讨

时间：2013-11-29 分类：交通运输

摘要:软土地基是公路施工过程中经常遇到的问题，要根据施工场地的地质环境采取相应的处理措施。喷粉桩技术的运用能够很好地解决软土地基施工问题。

关键词：软土地基;粉喷桩技术;检测方法;运用思考

1、当前我省高速公路的建设情况

在过去的五年中，全省高速公路建设大规模强势推进，共建成高速公路1508公里，5年建成里程是前14年总和的2.3倍，全省高速公路以年均建成通车300多公里的速度，高速公路通车里程超过3000公里的历史跨越。在今后的5年中，全省将以贯通国家高速公路、打通省际断头路和建设具有经济发展作用的地方高速为重点，推进交通量趋于饱和的高速公路通道的扩容研究和建设，建设规模约2100公里，其中续建约1100公里，新开工建设约837公里，扩容改造约为181公里，五年新增通车里程1935公里，全面打通28个出省高速通道，全省高速公路里程达到5000公里左右。所以当前高速公路建设的任务依然严重。

2、喷粉桩技术在高速公路中的运用

粉体喷射搅拌桩(粉喷桩)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，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应，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。

喷粉桩具有能有效减少总沉降量、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。特别是对于减少桥头跳车现象、减少地基不均匀沉降、防止路堤失稳方面有着其它软基处理方法无法比拟的优点。因此，近年来在高速公路软基处理工程中得到广泛应用，截止到2010年，我省在高等级公路上喷粉桩的使用已超过800万延米。

3、喷粉桩施工

3.1 施工工艺流程

施工前备料——搅拌机定位——预搅下沉——提升喷射搅拌——重复上下搅拌——成桩——移位。

3.2 室内配合比确定水泥用量

水泥加固土桩体的质量与天然地基土的性质、施工工艺及水泥掺入量的大小等有关，而水泥掺入量的确定是关键问题。首先在施工前至少28d，要在室内标准条件下，制配不同配比的水泥土试件，进行不同龄期的强度试验。

(1)取土试验。根据钻探的地质资料，取地表硬壳层下具有代表性的土，测其含水量、孔隙比、湿容重等性能指标。根据测得的湿容重确定用以下几种水泥掺入量进行试验，水泥掺量分别为10%、12% 、13% 、14% 、15%。

(2)制作试样。由于粉喷桩是水泥以粉状喷入地下湿润的软土中，所以在室内制件时必须取原状地下软土与水泥粉进行室内配合比试验。试验规定一般一组取 6个试件，试件在温度(25 ±2)℃、密封保湿条件下养生。同时试件在做无侧限抗压强度的前一天需浸水1d。

(3)根据室内水泥掺量试验结果，最后确定最佳水泥掺量为15%，满足设计要求。

3.3 施工质量管理

粉喷桩是水泥与地基土的搅拌产物，天然地基土的性质、水泥剂量、机械搅拌性能与施工工艺等方面将综合影响成桩质量。这就要求首先要确定合理的搅拌机具，同时要严格管理成桩操作工序及喷粉量。

3.3.1加强对施工机械设备的检验

(1)每台桩机必须配置可以控制桩身每米喷粉量的记录器。

(2)桩机上的气压表、转速表、电流表电子秤必须经过标定，不合格的仪表必须更换。

(3)钻头直径的磨损量不得大于1m。

3.3.2 加强对原材料的检验

(1)粉喷桩所用水泥必须经过试验室抽检，满足规范的要求。对那些产量较小、质量不稳定的小水泥厂生产的水泥尽量不用。

(2)水泥的堆放应该符合防雨、防潮的要求，严禁使用过期、受潮、结块变质的水泥。

3.3.3 施工前必须进行工艺试桩

不同地段具有不同的地质条件，为了克服盲目性，确保粉喷桩加固地基收到预期的效果，在粉喷桩施工前必须进行工艺试桩，试桩数量不少于5根。试桩的目的是：

(1)提供满足设计喷粉量的各种操作参数。如管道压力、灰罐压力、钻机提升速度、钻进速度搅拌速度等。

(2)验证搅拌均匀程度及成桩直径。

(3)确定该地质条件下，符合质量要求的合理掺灰量。

(4)确定该地质条件下，合理的工艺流程。

(5)确定进入持力层的判别方法。

3.3.4 施工过程中的质量控制

(1)施工过程中，应严格控制喷粉和停粉时间，每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷粉，以确保喷粉的连续性，严禁在尚未喷粉的情况下进行钻杆的提升作业。

(2)要保证喷粉的均匀性，关键是掌握好钻头的提升速度。从开始喷灰到钻头处出灰有一定时间，钻机钻至桩底后，必须预喷停留一段时间，方可提钻，停留时间由管道长度等确定。喷灰时，水泥在管道内的输送速度大约为1m/s，如管道长40m，钻至桩底后立即喷粉提钻，则桩底实际少灰长度接近1m，反而搅动破坏了桩底原状软土，使沉降量加大。

(3)随时检查施工记录，确保水泥喷量达到设计要求。储粉罐内的储灰量不应少于500kg，若储粉量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

3.3.5 复搅控制

粉喷桩复搅与不复搅的质量相差甚大。钻头喷出的粉体往往呈脉冲状，若不充分搅拌，粉体在桩中呈现层状，这样的桩即使水泥掺入量再多也没有强度。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与土及水得到比较完全的接触与作用，促使桩体的形成。为了确保搅拌的均匀性，施工时要严格掌握好钻机提升速度搅拌叶旋转速度等，并应尽量采用全桩复搅以保证质量。#p#分页标题#e#

3.3.6成桩后质量检查

开挖检查最后一根桩成桩7d后，进行基坑浅开挖，其深度宜为0.5m,基坑开挖要人工进行，对搅拌桩头应小心清理。目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径(检查频率为10%)桩位 桩数是否符合设计要求。

3.3.7 取芯检验

在成桩7d 内采用轻便触探仪检查桩的质量，触探点应在桩径方向1/4处，抽检频率为2%,成桩28d后，按1 频率或每一工点不少于2根桩采用钻孔取芯法对其进行终检。从测试结果可以看出，个别粉喷桩桩顶较松散，强度偏低，一般在0~1.5m内均呈松散团块状 1.5m~6.5m处桩强度较高，质量均匀。这是因为在成桩过程中，当提升杆提升将近地表时，因侧向土压力较小，造成搅拌质量较差，因此确定采用深层搅拌法处理的地基，其场地整平标高应比设计确定的基底标高再高出0.5m。

4、喷粉桩质量检测方法

由于喷粉桩施工量大面广，且是隐蔽工程，现有喷粉桩施工机具无法自动地、准确地控制喷粉桩施工质量。因此，如何对喷粉桩施工质量进行检测，实施喷粉桩施工过程中质量的有效控制，是软基处理工程没有解决而迫切需要解决的问题，也是广大工程技术人员一直在探索和研究的问题。目前喷粉桩质量检测方法主要有以下几种：

(1)挖桩检查法是目前软基设计规范规定的方法，要求按桩总数2%的取样频率挖桩检查桩的成型情况，然后分别在桩顶以下50cm、150cm等部位砍取足尺桩头，进行无侧限抗压强度试验。

(2)轻便触探仪触探法也是规范规定的方法。轻便触探需在早期进行，一般龄期不能超过5～7d，且轻便触探探测深度一般不超过4m，故对喷粉桩深层质量无法测定，与第一种方法一样，测定结果无代表性。因此，作为规范规定的方法，显然不能满足工程质量控制的要求。来源：www.examda.com

(3)钻孔取芯法采用地质钻机对喷粉桩进行全程钻孔取芯样(一般龄期28d)，这是目前喷粉桩质量检测中常用的方法。测定结果能较好地反映喷粉桩的整体质量，但该方法也存在检测时间长、钻孔费用高，钻孔取芯时间一般需在28d以后，难以对喷粉桩质量实施动态控制等问题。故此，考虑到费用、时间方面的因素，只能抽取少量的桩进行钻孔取芯检测。

(4)静载试验法能根据桩承载力的大小定性地确定桩体质量，但由于测试费用较高，每个工程只能抽检很少数量，故测试结果也无代表性。

(5)动测法主要是指小应变动测法，它是基于一维波动理论，利用弹性波的传播规律来分析桩身完整性。显然动测法检测速度快，测试简单，但国内大量资料表明，喷粉桩桩体强度与波速之间关系离散，桩端阻抗与周围介质没有明显变化，桩底反射不明显，因而难以用动测法评价桩身质量。

以上各种方法各有利弊，但每一种方法都不能快速、有效、经济地对喷粉桩质量检测，保证喷粉桩施工质量。在实际的公路施工过程中，采用静力触探法(CPT法)和标准贯入试验法(SPT法)可以对高速公路喷粉桩实施施工过程动态质量控制。

5、喷粉桩技术运用思考

(1)粉喷桩软基处理后沉降观测小于10m，满足设计要求;当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层(最少50cm)时沉降量很小，反之，成为悬浮式时沉降就大。

(2)加强施工过程中的试验检测，准确确定地基土的含水量，严格控制喷粉量、气压等技术参数，是确保成桩质量的关键。

(3)从实际工作中看，粉喷桩成桩质量随深度增加而变差，设计时成桩深度不宜大于10m。

(4)室内配合比的水泥土强度，与桩体取芯强度相差很大，多积累这方面的试验检测资料，以找出更合理的二者相关系数，将推动粉体搅拌法处理软基技术的广泛应用。

(5)复搅与不复搅的桩质量相差很大。

(6)粉喷桩处理软土地基还处于一种半理论半经验阶段，因此大量积累工程的沉降观察资料，

对于完善设计理论有极大的价值。

6、结语

实践证明，喷粉桩是一种具有很大推广价值的软土地基加固技术，这一技术在高等级公路软土地基加固施工得到有效的发挥。但是喷粉桩复合地基施工质量不易控制，出现事故较多，粉体喷搅法加固软弱土层中，其设计理论、施工控制技术一直存在争论，这就需要广大同仁今后要共同合作探讨与努力。

参考文献

[1] 蒋元驹, 韩素芳.混凝土工程病害与修补加固[M].北京: 海洋出版社, 1996

[2] 纪年生.常用建筑材料试验手册[S].中国建筑工业出版社 1987.