揭陽市榕江大圍堤防工程中粉噴樁在軟基處理中的應(yīng)用

摘要：粉噴樁處理軟基的一般設(shè)計(jì)模式、施工技術(shù)要點(diǎn)及應(yīng)用效果，粉噴樁處理高含水量、高塑性的軟弱地基，由于其作為一種復(fù)合地基，能較好地與堤基土層相協(xié)調(diào)，適應(yīng)防洪堤的構(gòu)造要求。

關(guān)鍵詞：粉噴樁；軟基；應(yīng)用

1、工程概況

廣東省揭陽市榕江大圍位于揭陽市境內(nèi)，榕江南、北河從揭陽市區(qū)穿境而過，形成“兩河四岸”的城市分布格局，并將市區(qū)分成東山曲溪、磐嶺、榕城漁湖和梅仙四片，是揭陽市重點(diǎn)的城鄉(xiāng)水利防災(zāi)減災(zāi)工程項(xiàng)目。由于該堤段均為新建堤段，由于該堤段地質(zhì)情況較為復(fù)雜，地層變化大，堤基存在較厚的軟弱淤泥層，而軟土地基作為一種常見的不良地基，它給堤防工程建筑物造成極大的危害，因此，該堤段采用了水利工程中較為常見的粉體噴射攪拌法（簡稱粉噴法）加固軟土技術(shù)處理堤基，以達(dá)到提高堤基承載力及滿足堤身的變形要求，從而保證堤防工程的安全。

2、工藝原理與流程

粉噴樁施工是用改制的螺旋鉆機(jī)，將鉆桿鉆至設(shè)計(jì)要求土層深度。鉆頭到達(dá)下部持力層 后，用莊縮空氣將水泥粉經(jīng)鉆桿內(nèi)孔輸送到鉆頭上特制的噴嘴，隨同鉆頭旋轉(zhuǎn)向四周土體噴 射；同時(shí)鉆桿以一定的速度提升，鉆頭的葉片將四周一定范圍內(nèi)的土體自上而下不斷切割，使 土體與水泥攪拌混合膠結(jié)，硬化后即可形成一定直徑的強(qiáng)度高于土層的固結(jié)體。水泥加固軟 土是基于水泥與加固土的物理化學(xué)反應(yīng)。水泥顆粒表面礦物很快與土體中的水發(fā)生水解和 水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化侶酸鈣、水化鐵酸鈣。水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架，有的與周圍具有活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成水泥 土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，土顆粒周圍充滿水泥凝膠體，一個(gè)月后，填充到顆粒間的空隙中，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，五個(gè)月時(shí)，纖維狀結(jié)晶輻射向外伸展，產(chǎn)生分叉，并相互連接形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增加土體 的 強(qiáng)度。

粉噴樁的施工程序如下圖：

3、軟基處理方法分析

粉噴樁是粉體噴射攪拌加固軟土技術(shù)的總稱。定名為D r yje t M a x i ngme h 0d（簡稱DJM）。粉噴樁是利用專門設(shè)備，借助壓縮空氣，將粉體加固材料（如水泥）噴射，并在加固的深層軟 土地基中強(qiáng)制原位攪拌壓縮，并吸收周圍水份，產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定強(qiáng)度 的水泥土樁體，并與樁間土共同作用組成復(fù)合地基。此方法工藝簡單，施工方便，對周圍環(huán)境、建筑物影響較少，處理后的復(fù)合地基承載力可達(dá)160一180kg以上，比天然土基容許承載力 提 高1.0一1.5倍；并且土體壓縮性明顯減少，可以有效的減少地基沉降量；抗側(cè)向變形能力有所提高，加地基強(qiáng)度形成，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。其不足是用粉噴樁處理軟土層時(shí)，若樁未穿透軟土層會(huì)造成未處理部分軟土層的沉降量增加，沉降速度變慢。因此，用粉噴樁處理軟基時(shí)應(yīng)將整個(gè)軟土層穿透。同時(shí)由于受機(jī)械設(shè)備影響，一般設(shè)備粉噴樁處治的軟土最大深度不能超過22米（特殊設(shè)備不超過26米）。

4、地基處理設(shè)計(jì)方案的確定與設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案的確定根據(jù)對該堤段堤型設(shè)計(jì)斷面的初步分析和多方案比較后，選定采用鋼筋混凝土防洪墻結(jié)合墻后填土的復(fù)合堤型結(jié)構(gòu)，考慮到堤基土層的地質(zhì)條件，根據(jù)確定的堤型斷面，新建堤身防洪墻高度及填土高度較大（大部分超過3.0 m），作用于防洪墻的基底應(yīng)力也較大，其相應(yīng)要求的地基允許承載力為 90 ～ 110 k P a（隨防洪墻的高度而變化），均大于淺層地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值 85 k P a，并大大超過下臥淤泥層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 <40 k P a。此外，由于城市堤防工程對堤身的沉降變形和地基的防滲要求較高，故采用較為簡單的去土換砂的方法難以滿足設(shè)計(jì)要求，而根據(jù)本地區(qū)及鄰近地區(qū)類似工程的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)對采用鉆孔灌注樁、打入式預(yù)制樁及粉噴樁處理堤基的方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)等的綜合比較。經(jīng)比較，認(rèn)為粉噴樁具有工程造價(jià)低、施工噪聲低、振動(dòng)干擾小、無棄土棄渣污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，并能適合類似該堤防工程對地基要求不太高的條件。

5、工藝性試樁

粉噴樁正式施工前要先進(jìn)行成樁試驗(yàn)，水泥摻入粉噴樁施工前應(yīng)做好加固土室內(nèi)試驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，按7天齡期的試驗(yàn)成果求出合適的摻入比，7天齡期抗壓強(qiáng)度不小于1100KPa.以確定：①要穿過軟土層的實(shí)際深度；②了解各軟土的阻力，以確定鉆進(jìn)及提升速度和噴粉量。在實(shí)際工作中根據(jù)其抽芯質(zhì)量情況發(fā)現(xiàn)，對含水量較大的軟土，提升速度要慢，風(fēng)量要大才能保證成樁質(zhì)量；對砂層，特別是粗砂層，提升速度應(yīng)較淤泥層快，風(fēng)量應(yīng)較淤泥層的小。（3）各主要工序的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

①樁基就位：根據(jù)設(shè)計(jì)，確定加固放置機(jī)體位置的基礎(chǔ)（即加墊砂層），使攪拌樁機(jī)機(jī)軸保持垂直，以防打斜樁，影響樁基承載力。

②下鉆：啟動(dòng)攪拌樁機(jī)，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)。為不致于堵塞噴射口，此時(shí)并不噴射加固材料，而是噴射壓縮空氣，可使鉆進(jìn)順利，減小負(fù)載扭距。隨著鉆進(jìn)，準(zhǔn)備被加固的土體在原位受到攪動(dòng)。

③提升鉆頭并反轉(zhuǎn)：在提升過程噴粉攪拌，通過粉體發(fā)送器將水泥粉噴射入攪拌的土體中，使土體和水泥沿深度方向充分拌和。要根據(jù)地質(zhì)情況，決定提升速度，以得到較均勻的水泥土樁，提升速度根據(jù)試樁參數(shù)確定。

④提升結(jié)束：當(dāng)鉆頭提升到距地面30～50cm時(shí)，發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料，成樁結(jié)束。這時(shí)由于裝置的回路是封閉的，粉體不會(huì)向空中噴射和飛散。在向土體噴射過程中的最后階段，在攪拌鉆頭距地面30cm處停止噴粉，粉粒不會(huì)溢出地面。一般在設(shè)計(jì)樁頂預(yù)加50cm樁長作為破除樁頭用。

⑤復(fù)拌：停止噴粉，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)，直至設(shè)計(jì)深度處，再邊提升邊反向旋轉(zhuǎn)，使土體和粉體充分拌和，土體被充分粉碎，水泥粉被均勻地分散在樁土中，復(fù)拌是保證成樁均勻和提高樁體強(qiáng)度的有效措施。

6、施工技術(shù)要點(diǎn)

由于本堤段堤基為軟弱淤泥土層，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高及承載力低等特點(diǎn)。在收集場地內(nèi)詳細(xì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等資料的基礎(chǔ)上，綜合了解堤址地形、地貌等現(xiàn)狀特征，在粉噴樁施工前應(yīng)準(zhǔn)備施工場地的工程地質(zhì)報(bào)告、土工試驗(yàn)報(bào)告、室內(nèi)配合比試驗(yàn)報(bào)告及粉噴樁設(shè)計(jì)主要尺寸資料，并注意以下施工技術(shù)要點(diǎn)：

1）為有利于粉噴樁樁機(jī)的正常施工與操作，施工場地需先進(jìn)行平整，清除地表一切障礙物，然后回填中砂填筑樁機(jī)平臺(tái)，以滿足樁設(shè)計(jì)停灰面標(biāo)高以上覆土層厚不少于 50 c m 的要求。

2）施工前，應(yīng)在現(xiàn)場取原狀土作配合比試驗(yàn)，為現(xiàn)場施工和抽檢提供依據(jù)。

3）施工前，施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的每根樁均粉噴樁的施工勻噴粉的噴粉量，按采用“兩噴四攪 ”的施工工藝流程進(jìn)行操作準(zhǔn)備。

4）噴粉或噴氣時(shí)，當(dāng)氣壓達(dá)到0.45MPa時(shí)，管路可能堵塞，此時(shí)應(yīng)停止噴粉和鉆進(jìn)，查明堵塞原因，及時(shí)排除。

5）鉆頭鉆至設(shè)計(jì)深度，應(yīng)有一定的滯留時(shí)間，以保證加固粉料到達(dá)樁底。施工采用長約 30 m送料管時(shí)，滯留時(shí)間為 2 ～3 m i n。

6）整個(gè)制樁過程因故出現(xiàn)斷粉，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)噴，補(bǔ)噴重疊長度不得小于 0.5 m。

7）粉噴樁施工接近地面標(biāo)高時(shí)，地面以下 1m 范圍內(nèi)噴粉、攪拌、提升應(yīng)用慢速，當(dāng)噴粉即將出地面時(shí)，宜停止提升，攪拌數(shù)秒鐘，以保證樁頭攪拌均勻和密實(shí)。

8）粉噴樁施工完成 28d 后，才能進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。

7、施工質(zhì)量檢測與工程觀測

1）粉噴樁按規(guī)范在成樁后 7 d 內(nèi)抽取 2%樁數(shù)采用輕便觸探（N 10）檢查樁的質(zhì)量，觸探點(diǎn)在樁徑方向1/4 處。共檢測 400根樁，檢查結(jié)果為：當(dāng)貫入 100 m m，N 10擊數(shù)均超過規(guī)范要求的 10擊，其中 7d 最大可達(dá) 62擊，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2）對成樁 28 d 后的粉噴樁進(jìn)行抽芯取樣檢測，抽檢比例約為 2‰（每 5個(gè)單元堤段 5 ×16 m取 1根樁），共檢測 40 根樁，檢查結(jié)果為：樁體抗壓強(qiáng)度在2 653 ～ 3 536 k P a 之間，超過設(shè)計(jì)樁身強(qiáng)度值 2 100k P a，并大于樁身允許承載力 1 200 k P a（強(qiáng)度折減系數(shù)0.57），符合設(shè)計(jì)要求。

8、結(jié)語

在城市防洪工程的軟基處理中，由于城市堤岸沿線原有建（構(gòu)）筑物分布密集，部分堤段還由于施工場地條件差、堤基處理施工線長和工程量大，在此施工條件下采用深層攪拌鉆孔成樁技術(shù)，對地基及周圍建筑物擾動(dòng)小，施工中振動(dòng)小、噪聲低，無污染環(huán)境，有良好的社會(huì)效益。施工作業(yè)安全可靠，施工操作工藝簡單，機(jī)械設(shè)備要求較低，工程造價(jià)低，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。