粉噴樁在濱州黃河公路大橋中的應(yīng)用

袁寶華

（吉林省高等級公路建設(shè)局，吉林 長春 130021）

0 引言

粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡稱，是用于加固軟土地基的一種方法，近幾年已普遍應(yīng)用于水利水電工程、公路工程當(dāng)中。粉噴樁所需的加固材料比較普遍，一般為水泥、石灰、粉煤灰等固化劑，具有施工速度快、操作易于掌握等特點(diǎn)。

國道205線濱州黃河公路大橋南接線的高填方路基工程，將地基采用水泥粉噴樁進(jìn)行加固處理，有效縮短了預(yù)壓期，為保證大橋工程建設(shè)質(zhì)量和工期奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 濱州黃河公路大橋工程概況

自2001年開始建設(shè)的國道205線濱州黃河公路大橋，是205國道濱州至博山高速公路的主要組成部分，該高速公路位于山東省中北部，是縱貫山東中部地區(qū)的一條主要南北干道，起點(diǎn)在濱州西蘇學(xué)官莊220國道處，其南端與縱貫魯中山區(qū)的博山—萊蕪高速公路相連接，向北可經(jīng)河北省直達(dá)天津市，在山東省內(nèi)與309國道、濟(jì)青高速公路、220國道等多條主干公路交叉，對完善山東省公路網(wǎng)，改善山東省公路運(yùn)輸條件有巨大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。由吉林省高等級公路建設(shè)局承包的南接線工程，位于黃河大堤南岸，大堤樁號為161＋100，最大填土高度達(dá)16m，在黃河大堤及臨河、背河側(cè)有434m為粉噴樁特殊地基處理路段，平均處理寬度為88m。其原路基為低洼地帶，遍布坑塘，積水較深，淤泥較厚，填土較高，設(shè)計(jì)要求采用粉噴樁＋土工格柵聯(lián)合加固軟土地基。

2 粉噴樁加固的原理

加固的主要材料為水泥，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選用規(guī)定標(biāo)號的水泥，該項(xiàng)工程中采用的是32.5R普通硅酸鹽水泥。普通硅酸鹽水泥主要組成元素是氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化鋁（Al2O3）、三氧化鐵（Fe2O3）及三氧化硫（SO3）等。當(dāng)水泥粉直接與飽和軟土攪拌時(shí)，水泥顆粒表面的礦物質(zhì)立即與土中的水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一系列的水化物。這些水化物迅速溶于水，使水泥顆粒表面繼續(xù)暴露，繼續(xù)與水反應(yīng)，生成水化物溶于水，直至溶液達(dá)到飽和，且不能再溶解，形成凝膠微粒懸浮于溶液。這種凝膠微粒的一部分與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)，另一部分逐漸自身凝結(jié)硬化而形成水泥石骨架。同時(shí)，上述水泥礦物中的硫酸鈣又和鋁酸鈣一起與水反應(yīng)，生成一種化合物叫“水泥桿菌（3Cao·Al2O3·3CaSO4·32H2O）”，以針狀結(jié)晶形式很快析出。這一反應(yīng)使土中大量自由水以結(jié)晶的形式固定下來，對于土的固結(jié)有重要意義。

3 粉噴樁加固施工方法

3.1 施工機(jī)具

在本工程中采用鐵道部武漢工程研究所生產(chǎn)的PH5B型深層攪拌樁機(jī)，每臺深層攪拌樁機(jī)配備1.6m3空氣壓縮機(jī)一臺（常德空壓機(jī)廠生產(chǎn)，最大工作壓力為7MPa，最大風(fēng)量為1.6m3／min），大、小灰罐各一個(gè)，PJ4—1型噴粉記錄儀一臺，90kW發(fā)電機(jī)組一臺。所用空氣壓力為0.4～0.6MPa，鉆進(jìn)速度為0.8～1.2m／min，復(fù)攪鉆進(jìn)與提升速度為0.8～1.2m／min。

3.2 施工工藝

3.2.1 施工放樣。施工前，應(yīng)準(zhǔn)確定出各孔位中心，控制點(diǎn)用經(jīng)偉儀或全站儀測設(shè)，打木樁作出標(biāo)記，并在木樁周圍撒上石灰便于施工鉆對位時(shí)尋找。

3.2.2 樁機(jī)就位。利用起重機(jī)或開動(dòng)絞車移動(dòng)深層攪拌機(jī)到達(dá)指定樁位對中，為保證樁位準(zhǔn)確，必須使用定位卡，樁位對中誤差不大于20mm，鉆頭對準(zhǔn)樁位，并保持機(jī)座平穩(wěn)鉆桿垂直，為保證垂直度，采用掛線球來調(diào)整。利用線、面垂直原理，通過在機(jī)架上懸掛鉛錘，控制導(dǎo)向架的方向來調(diào)平樁機(jī)，垂直度的偏離不應(yīng)超過0.5%。

3.2.3 噴粉裝置完成裝料操作后，啟動(dòng)攪拌樁機(jī)，鉆頭正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)空壓機(jī)送氣以減輕負(fù)載和防止噴射口堵塞，視地質(zhì)條件，按電壓電流情況調(diào)整樁機(jī)檔位。鉆進(jìn)破土至樁底標(biāo)高處停鉆，為準(zhǔn)確控制鉆井深度，鉆機(jī)下沉?xí)r，通過事先在機(jī)架兩側(cè)由上向下用白漆按每1m標(biāo)注的樁深讀數(shù)控制施工樁長。當(dāng)樁機(jī)下鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)，停止鉆進(jìn)，改為空擋旋轉(zhuǎn)數(shù)秒，待送灰工確定水泥已從鉆頭噴灰口噴出后，反鉆提升至?；颐?，關(guān)閉灰路蝶閥，開啟氣路蝶閥，計(jì)算送灰量是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.4 驅(qū)動(dòng)鉆頭反轉(zhuǎn)，噴粉裝置進(jìn)行噴粉，同時(shí)邊鉆邊提升鉆具，邊噴邊攪拌，提升速度應(yīng)與噴灰量相適應(yīng)，當(dāng)提升到離地面0.3m，停止噴粉，并用壓縮空氣吹盡輸送管內(nèi)的余粉。

3.2.5 重復(fù)攪拌，然后驅(qū)動(dòng)鉆頭全程重復(fù)攪拌，再次驅(qū)動(dòng)鉆頭反轉(zhuǎn)提升，直至鉆頭高于地面約10cm停機(jī)。

3.2.6 提鉆移位，重復(fù)攪拌完成后，移動(dòng)主機(jī)，移至另一樁位，重復(fù)另一樁位。在原地面含水量較低和地面比較干燥的地方，對樁進(jìn)行洇水養(yǎng)護(hù)。

4 粉噴樁的質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量檢測內(nèi)容

粉噴樁的質(zhì)量檢測可依據(jù)我國現(xiàn)行的《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行控制。

4.2 PJ4—1型噴粉記錄儀控制

PJ4—1型噴粉記錄儀具體詳細(xì)記載樁的施工序號、施工日期、施工時(shí)間、施工深度、每延米粉體噴入量、復(fù)攪、復(fù)噴及單樁粉體噴入總量。實(shí)施自動(dòng)監(jiān)測、顯示、記錄打印，是監(jiān)測粉體噴射攪拌法施工質(zhì)量的有效儀器，并為工程量大的粉噴樁工程提供可靠的、準(zhǔn)確的資料保證和有效的檢測手段。

PJ4—1型粉體記錄儀的檢測原理是通過深度傳感器記錄鉆孔深度、噴粉深度以及停噴、復(fù)噴、復(fù)攪的深度指標(biāo)，對樁長及攪拌質(zhì)量提供直觀的質(zhì)量檢測記錄。通過重量傳感器，記錄每延米粉噴體的噴入量、復(fù)噴總量及單樁長的粉體噴入總量。設(shè)置了雙2位顯示器，可采用寬溫背景的液晶在主機(jī)和送灰器兩個(gè)位置同步顯示。

以上各種技術(shù)操作都是由微機(jī)處理器芯片及相關(guān)外圍設(shè)施構(gòu)成的多功能計(jì)量儀器，按主程序來自動(dòng)完成的，相應(yīng)程序在儀器制造時(shí)設(shè)定固化，使用時(shí)無法作任何更改，確保了各記錄的真實(shí)可靠，同時(shí)還采用了裝置中的自我保護(hù)措施，在不經(jīng)意接錯(cuò)線時(shí)或因其他原因造成操作失誤時(shí)，儀器只執(zhí)行暫停工作，不會(huì)對儀器及操作數(shù)據(jù)計(jì)算造成破壞，且內(nèi)存的有效數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

4.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.3.1 加固材料質(zhì)量控制。按設(shè)計(jì)要求選用水泥，在使用水泥前，每批次按頻率取樣檢驗(yàn)，決不允許將不合格材料用于工程施工。

4.3.2 加強(qiáng)樁位、樁長及樁徑控制。施工放樣時(shí)，樁位放樣誤差不能大于10mm，樁機(jī)對位誤差不能超過20mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)地測量資料確定樁深，充分考慮基坑開挖深度對樁深有效長度的影響。隨時(shí)注意樁機(jī)鉆頭直徑是否滿足設(shè)計(jì)要求，因?yàn)橛行┩翆訉︺@頭磨損較快，要經(jīng)常測量鉆頭直徑，臨近小于設(shè)計(jì)要求時(shí)要及時(shí)補(bǔ)焊，確保成樁樁徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3.3 樁體垂直度。施工時(shí)要保證起吊設(shè)備的平整度和導(dǎo)向架的垂直度，攪拌樁的垂直度偏差不得超過1.5%。

4.3.4 每根樁的樁體制作需一次連續(xù)完成，不得在噴粉過程中間歇、中斷。每根樁的用灰入罐量應(yīng)稍高于計(jì)算或設(shè)計(jì)用量，以防因噴灰不均勻造成貯灰量不足。

4.3.5 鉆孔時(shí)應(yīng)把握鉆進(jìn)速度，不宜過快，確保使原位土攪拌后疏松透氣。提升鉆頭時(shí)，提升速度要均勻，保證水泥與原位土充分混合并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每延米的固化劑噴入量與設(shè)計(jì)值誤差小于5%。

4.3.6 樁體頂端一般常因噴粉量不足、攪拌不勻等原因，造成質(zhì)量缺陷，因此樁體的噴射長度應(yīng)比設(shè)計(jì)樁頂高出30～50cm，待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度（一般可取為25～30d）后，再將多余樁體截掉。截掉樁頭時(shí)，可先用人工沿周邊鑿槽，再用鐵錘輕輕擊破，不得采用猛力沖擊的方式來切割樁頭，避免樁頭下樁體遭到破壞。

5 粉噴樁體完工后質(zhì)量檢測

5.1 樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測

成樁28d后，對樁體鉆取芯樣φ70mm×70mm的試件，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。按照業(yè)主代表的要求，本工程檢測頻率為1%。

5.2 樁身完整性檢測

用動(dòng)態(tài)測試法對樁身質(zhì)量判斷是以應(yīng)力波理論為依據(jù)，采用反射波法，應(yīng)用小應(yīng)變瞬態(tài)激振的方法進(jìn)行測試，以綜合評價(jià)樁身的斷樁及材料不均勻等現(xiàn)象。本工程檢測頻率為1%。

5.3 單樁承載力檢測

采用慢速維持荷載法，采用YHD—50型位移計(jì)、油壓千斤頂、YJ—26型應(yīng)變儀檢測。本工程檢測頻率為每段落5處。

6 結(jié)語

國道205線濱州黃河公路大橋是省公路建設(shè)重點(diǎn)工程項(xiàng)目。為了確保工程質(zhì)量，濱州黃河公路大橋指揮部引進(jìn)了許多科研項(xiàng)目，粉噴樁、土工格柵聯(lián)合加固高填方路堤的沉降觀測項(xiàng)目就是其中之一。2001年底高填方路段施工結(jié)束，2002年5月沉降觀測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，最大沉降量僅為44cm，這說明粉噴樁在加固軟弱地基中，起到了重要的作用。