粉噴樁在軟基處理中的應用研究

張志軍　董政

摘要：分析了粉噴樁加固軟土地基的工作原理，總結(jié)了在軟基處理中的應用經(jīng)驗，對粉噴樁的設計提出了見解。

關(guān)鍵詞：粉噴樁 軟基處理 應用研究 摻入比 設計

粉噴樁加固軟土地基的原理是在攪動軟土的過程中，噴射水泥粉、石灰粉等粉體，通過粉體材料與軟土及孔隙中水的一系列化學反應，形成絲狀、網(wǎng)格狀膠凝體骨架或結(jié)石，降低軟土的含水量，從而提高復合地基的抗剪強度和承載能力。其特點是通過粉體材料的一系列物理化學作用來達到加固的目的。

采用粉噴樁方法加固軟土地基具有成樁效率高、成本低、施工占地面積小、無污染、無噪音、無振動等特點，但是在粉噴樁設劉方面仍然存在許多不足，施工工藝方面也缺乏處理事故的靈活性，現(xiàn)根據(jù)多年從事用粉噴樁處理軟土地基的實踐經(jīng)驗，就噴粉樁的設計進行討論。

一、軟土的特征及常見處理方法

1.軟土的特征

軟土主要為各種因素沉積的淤泥質(zhì)土，其主要巖土工程特征表現(xiàn)如下：

探灰—灰黑色，含腐殖質(zhì)或少量粉砂，有機質(zhì)含量高，厚度不均?？傮w特征概括為：天然含水量高、孔隙比高、具高壓縮性，富含有機質(zhì)，承載力低，厚度變化大，分布不均勻。

2.常見軟土處理方法

近年來常見處理方法主要有兩種：一是固結(jié)排水法（包括振沖碎石樁、砂袋井、插塑、真空預壓、堆載預壓法等）；二是深層攪拌樁法（一般為粉噴樁）。

3.粉噴樁設計時應注意的事項

（1）樁端土層對沉降的影響

試驗表明，在樁長11m范圍內(nèi)的沉降量與樁尖以下沉降的比值達1∶1.5。其他施工檢測資料也證明，當粉噴樁打穿軟土層進人較硬的相對硬層時沉降很小；若未打穿軟土層，成為懸浮式時沉降就大。地基的過大沉降，說明樁尖下臥軟土層的沉降還相當大，而且持續(xù)時間較長。目前施工中遇到的深厚層軟土越來越多，而且是理論上也需要有一個突破。對下臥層軟土的沉降有一個正確的評估，同時在實踐中探索處理下臥層軟土的方法。

（2）土的含水量對粉噴樁質(zhì)量的影響

（3）粉噴樁單樁承載力和粉噴樁復合地基承載力的關(guān)系

無疑，樁的強度將直接影響復合地基的強度，假設樁的強度不斷增加而土的強度依然不變，按照公式的計算，復合地基的強度也會不斷增加，然而實際情況并不如此。因為粉噴樁從本質(zhì)上來講是屬摩擦樁類，當土的強度不變，而且飽和軟黏土的強度很低時，在這種情況下，即使不斷增加樁的強度，但總的復合地基強度也不會隨之增加。特別地，當樁底為軟弱土、上部荷載較大時，一味提高樁體強度可能引起樁底刺入破壞。只有當天然土的強度也增強時，整個復合地基的強度才會增加。所以樁的強度應適度，要和天然土的強度相互匹配。當然，樁的強度很低也是不行的。因此，設計中不應一味加大粉體摻入比提高樁體強度來提高復合地基強度。

（4）粉體摻入比及樁土置換率對復合地基強度的影響

在實際設計運算時往往提供所要求達到的復合地基強度、擬定的粉噴樁強度及天然地基土的強度來求樁上的置換率，計算出樁數(shù)，然后布置樁位，再作有關(guān)的驗算。實踐證明若置換率過低，如<10％往往達不到設計要求，甚至前功盡棄。這說明作為復合地基的樁土置換率必須大于一定值，否則起不到復合地基的作用，所以規(guī)范要求置換率為10％—20％。同時粉體的摻入比也需控制在一定值，規(guī)范要求摻入比為7％—15％。如前所述，當軟土中含水量>70%．必然加大粉體摻入量，否則將形成不了樁體或形成強度達不到要求的樁體，不能滿足設計要求，但是仍然應注意樁體強度和天然地基土強度的匹配，避免樁底剌人破壞。據(jù)有關(guān)試驗研究表明：當摻入比來提高樁身強度并不經(jīng)濟。當加大摻入比仍無法達到要求時，宜采用增加置換率而不是摻入比來提高復合地基強度。

（5）施工時轉(zhuǎn)速和復攪對樁體強度的影響

大量的施工實踐已充分證明施工時復攪與不復攪的質(zhì)量相差甚大。復攪的作用在于使粉體與軟土及水得到比較完全均勻的接觸和充分發(fā)生物理化學作用。同時，鉆頭噴出的粉體一般呈脈沖狀，若不充分進行攪拌，粉體在樁中往往呈層狀．形成一種“夾心”，對樁的強度不利。如承受水平推力作用的話，應進行全程復攪，若作為地基加固只承受垂直向力作用，也可以只復攪上部1／3的樁體。為了提高工效，粉噴鉆機下鉆時可以提高轉(zhuǎn)速，但是當反轉(zhuǎn)提升噴粉攪拌時切莫快速旋轉(zhuǎn)和提升；否則將會嚴重影響攪拌的均勻性和足夠粉量的摻人。

（6）土中有機質(zhì)含量過高的影響

地基土中有機質(zhì)含量過高會使土具較大的水容量和塑性、膨脹性和低滲透性，并使土的酸性增加，使粉體的水解反應受到抑制。一般地，當?shù)鼗林杏袡C質(zhì)含量>1％時加固效果受一定影響，且對樁體后期強度不利。因此，設計中如遇土的有機質(zhì)含量過高時不應一味加大粉體摻入比提高樁體強度來提高復合地基強度。

（7）變參數(shù)施工方法

粉噴樁為柔性樁，變形主要發(fā)生在樁體上部，下部樁身應力與樁土摩阻力隨深度衰減，故樁體破壞主要發(fā)生在上部。為避免樁體淺層破壞，宜采用變參數(shù)設計的施工工藝，即樁體上部2／3樁長的水泥摻入比比下部增加0.5—1.0倍。

（8）粉體噴入的計量及參數(shù)記錄

樁的質(zhì)量與粉體摻入比的多少有直接關(guān)系，如何計量粉體便成為關(guān)鍵。從理論上講，氣體和固體雙相流的計量具有很大難度，但又非常重要，目前使用的灰罐體積測量法、電子秤稱重法、彈簧秤稱重法等均不是很理想的計量方法。最近武漢某些單位通過對粉噴樁施工自動控制裝置的研制，采用電腦記錄儀記錄施工參數(shù)和施工狀況以及各時段的噴灰量，它可以較大程度地克服現(xiàn)有計量裝置所產(chǎn)生的誤差，同時也提出了改進目前電子秤稱重法的方案，從而使得粉噴樁施工工藝更趨完善，質(zhì)量更加可靠。

二、結(jié)束語

（1）粉噴樁復合地基是樁體與樁間土的協(xié)調(diào)統(tǒng)一體，設計應充分考慮樁體強度與樁間土強度的協(xié)調(diào)一致，故加固前的室內(nèi)試驗必不可少；

（2）軟土太厚，機械設備性能有限時，可按規(guī)范進行下臥軟土的強度驗算，并計算下臥層的沉降，一般認為存在臨界樁長；

（3）根據(jù)復合地基功能及機械性能確定施工工藝，設計宜提倡采用變參數(shù)法施工以減少工程投資，施工宜采用“四攪四噴”及電腦記錄儀來提高施工質(zhì)量；

（4）針對軟土成分，合理選擇固化劑、外摻劑及確定合理的施工參數(shù)。