淺析湖區(qū)軟土路基中粉噴樁的應(yīng)用

潘 軍

（泗水縣交通運輸局山東省，山東泗水 273200）

1 工程概況

肥城至梁山公路東平段穿越整個東平縣區(qū)，是山東省境內(nèi)一條重要的南北大通道。該路修建年代較早，標(biāo)準(zhǔn)低，原有路面已受不同程度損壞，不能適應(yīng)日益增長的交通量的需要，制約了沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時，該路穿越東平湖區(qū)，作為一條重要的防洪通道，戰(zhàn)略意義十分重大。因此，改建該路具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 粉噴樁設(shè)計方案

2.1 原材料品種的選擇

用于粉噴樁的原料可以有石灰粉和水泥粉，由于使用粉噴樁處理的地基大多數(shù)為淤泥或淤泥質(zhì)亞粘土，含水量都大于35%，石灰與高含水量的土不易形成較好的樁體；另外，若軟基處理施工面廣量大，施工過程中難免有陰雨天氣，比較而言，石灰較水泥難以保存，因此，目前用于粉噴樁施工的原材料以水泥干粉為主。從水泥土的強度規(guī)律來看，本工程確定采用32.5#普通硅酸鹽水泥，所有水泥材料進(jìn)場時必須附生產(chǎn)廠家的質(zhì)檢單，材料使用前必須由質(zhì)檢員分批抽檢其強度、凝結(jié)時間、安定性等指標(biāo)，嚴(yán)禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。

2.2 粉噴樁固化料室內(nèi)配方試驗

粉噴樁固化料室內(nèi)配方試驗分為設(shè)計階段及施工階段，兩者互相驗證，缺一不可，特殊情況下對外摻劑亦應(yīng)確定，直至達(dá)到設(shè)計要求后方可使用。

室內(nèi)配方試驗包括如下內(nèi)容：

2.2.1 地基土試驗：天然含水量、界限含水量、塑性指數(shù)、密度、相對密度、顆粒分析、無側(cè)限抗壓強度、有機質(zhì)含量、pH值等（表2）。

2.2.2 水泥試驗：標(biāo)號、細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、初終凝時間、安定性試驗及水泥3d、28d齡期的抗折和抗壓強度試驗等。

2.2.3 水泥土試驗：現(xiàn)場采集要加固的土樣，制備成天然含水量狀態(tài)下的擾動土樣并摻入不同配比的水泥樣品，制成不同配比、不同齡期的水泥土試件，試件成型后1～2d拆模，稱重后送入養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行恒溫、恒濕養(yǎng)生，以備作抗壓強度試驗用。每一配比、每一齡期至少需要三組試件進(jìn)行平行測定，試塊養(yǎng)護(hù)齡期可取7d、28d、90d三種，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后在實驗室做不同齡期的無側(cè)限抗壓強度試驗，根據(jù)試驗結(jié)果選定最優(yōu)灰比。粉噴樁樁身標(biāo)準(zhǔn)強度為90d齡期的無側(cè)限抗壓強度。

參考以往粉噴樁施工經(jīng)驗表明，由于地層上復(fù)土壓力使得深部噴粉阻力增大，同 樣的壓力噴粉，樁下部含灰量不如中上部，樁身上部2～3m相對不密實，有的由于原土含水量太大，呈蜂窩狀孔洞，強度一般為0.5～1.0Mpa（28d）；中部一般結(jié)構(gòu)較緊密，強度最高；下部含灰量相對少，強度較低。樁體由一系列水泥微薄層同心圓構(gòu)成，樁心存在盲區(qū)，越向外強度越高，輕便觸探試驗發(fā)現(xiàn)，觸探錐頭很易向樁心軟弱處偏移，樁心盲區(qū)隨著深度加大逐漸趨于減弱，造成粉噴樁施工其縱向存在水泥的漸變衰減，橫向存在強度的不均勻性。所以，在進(jìn)行水泥土試驗時，尚應(yīng)考慮實際施工情況，有針對性的配制不同水泥劑量和不同相對密度的水泥土試件測定強度，以便全面評價配比的可行性。

水泥土強度隨著齡期增長而增加，在一定的含水量條件下，隨著摻灰量增加而增大。在摻灰量相同時，水泥土強度隨著含水量增加而減少。不同齡期水泥土強度的比值大體為R28d/R7d=1.56～1.59，R90d/R28d=1.43～2.1。粉噴樁平均強度與室內(nèi)水泥土強度之間有一定差值，其比值后者大約是前者的1.7倍。

2.3 粉噴樁設(shè)計參數(shù)的確定

2.3.1 樁徑、樁長及布樁形式

樁徑：φ500mm；

樁長及布樁形式：樁長L=5m，以打入砂層50cm為原則；采用梅花形布樁。

2.3.2 單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk計算

式中：

d——水泥土樁的平均直徑（m）

η——強度折減系數(shù)，η=0.5

qs——樁側(cè)摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值，qs=30KPa

fcu，k——樁體無側(cè)限抗壓強度，fcu，k=1500KPa

a——樁端土承載力折減系數(shù)，a=0.5

Ap——水泥土樁的截面積（m2）

qp——樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，qp=140KPa

根據(jù)公式（1）和（2）的計算結(jié)果取其較小值，即Rk=147KN。

2.3.3 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fsp，k計算

式中：

β——樁間土承載力折減系數(shù)，取β=0.75

fs，k——樁間土承載力，fs，k=100KPa

根據(jù)式2.3.3計算結(jié)果，面積置換率為m=0.126。按照面積置換率，布置樁間距為1.75m，在此情況下布樁時面積置換率為m=0.146，大于要求值，滿足設(shè)計要求。

2.3.4 樁體噴灰量及土體含水量確定

在軟基范圍內(nèi)選擇具有代表性的區(qū)段，采用10%、12%、14%、16%、18%、20%六種水泥摻量進(jìn)行成樁試驗，根據(jù)對單樁及復(fù)合地基承載力的測試和對工藝樁鉆孔取芯檢查，達(dá)到設(shè)計要求的樁體最佳噴灰量為18%，即每延米水泥噴入量為60/kg。

綜上所述，根據(jù)水泥土配比試驗和質(zhì)量檢測情況，確定水泥摻灰比18%，即噴灰量60kg/m，粉噴樁樁徑50cm，樁長5.0m，樁間距1.75m，梅花形布置，7d齡期無側(cè)限抗壓強度不小于660kpa，樁身90d齡期無側(cè)限抗壓強度不小于1500kpa，復(fù)合地基承載力為160kpa。為確保路基穩(wěn)定，在原設(shè)計處理寬度的基礎(chǔ)上，每側(cè)各增加兩排樁，樁長及樁距同上。

3 粉噴樁施工質(zhì)量控制

3.1 工藝性試樁

在工程樁施工前應(yīng)根據(jù)地層、地質(zhì)情況按設(shè)計配合比進(jìn)行現(xiàn)場成樁工藝試驗（可利用工程樁且不少于5根），以掌握對該場地的成樁工藝及多種技術(shù)參數(shù)，并經(jīng)必要的檢測和強度試驗，以驗證設(shè)計和指導(dǎo)施工。

3.2 質(zhì)量控制措施

由于粉噴樁加固軟土地基屬地下隱蔽工程，施工過程需控制的參數(shù)較多，人為影響的因素較大，對事后檢測亦困難，施工質(zhì)量不易保證，因而必須對施工過程進(jìn)行全方位、全過程、全天候的嚴(yán)格管理，加強質(zhì)量意識，防止質(zhì)量事故，確保工程質(zhì)量。

（1）施工開始前，將原地面整平至粉體攪拌樁施工高程處，清除樁位處地上、地下的一切障礙物（包括石塊、樹根和垃圾等），對于河塘及構(gòu)造物處的粉噴樁，先回填粘性土（不得回填雜土）并碾壓至一定的壓實度，確保施工過程中的安全。

（2）鉆機就位嚴(yán)格按照設(shè)計樁位及規(guī)范要求，用全站儀或經(jīng)緯儀定位，并用水平尺在鉆機桿及轉(zhuǎn)盤的兩正交方向檢驗垂直度和水平度。樁位平面誤差不得超過5cm，鉆桿傾斜度≤1.5%；灰罐按設(shè)計投料量投一次料打一根樁，以確保成樁質(zhì)量；灰罐裝滿后，進(jìn)料口加蓋密封，排除異常情況后方可施工。

（3）鉆機就位無誤后開始預(yù)攪下沉，鉆機呈正向旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，同時空壓機送氣以減輕負(fù)載和防止噴射口堵塞，鉆至設(shè)計深度。旁站人員應(yīng)注意觀察鉆桿上標(biāo)注的刻度，確認(rèn)已鉆至設(shè)計樁底標(biāo)高。鉆至設(shè)計深度時，嚴(yán)禁停氣或停止攪拌，此時應(yīng)保持深度不變，空攪1～2min，以防止堵塞噴口。

（4）鉆頭鉆至設(shè)計標(biāo)高后，關(guān)閉氣路閥門，并開啟灰路閥門，以一定的噴粉壓力送灰。由于送灰管道較長，自灰罐送至鉆頭需一定時間，因此不應(yīng)在開啟送灰閥門的同時提鉆，一般需等待5～10s的時間。之后反轉(zhuǎn)提升，視地質(zhì)情況調(diào)整轉(zhuǎn)速，邊旋轉(zhuǎn)邊噴粉，將水泥均勻噴入地下與土充分拌和形成水泥、水、土的混合體。

（5）提鉆噴粉結(jié)束后，及時采取復(fù)攪措施，第二次攪拌時不噴粉，復(fù)攪長度同樁長，復(fù)攪時若電流表讀數(shù)明顯增大至100A時，可提鉆停止復(fù)攪。復(fù)攪下鉆、提升的速度采用同一檔次。旁站人員對復(fù)攪要嚴(yán)加監(jiān)督以保證樁身強度。重復(fù)攪拌完成后，用5%水泥土回填50cm樁頂。

（6）在施工過程中，質(zhì)檢人員嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，做好原始記錄。水泥在出廠合格的基礎(chǔ)上以不低于2%的頻率進(jìn)行抽檢，以確保其各項性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計標(biāo)號的質(zhì)量要求。同時應(yīng)建立水泥使用臺帳，對樁機組當(dāng)班進(jìn)場水泥量、消耗水泥量、當(dāng)班打設(shè)長度、剩余水泥量等進(jìn)行簽認(rèn)，旁站人員應(yīng)隨鉆機對每根樁記錄原始資料，記錄開始時間、結(jié)束時間、下鉆和復(fù)攪深度、下鉆、提鉆和復(fù)攪時的管道壓力、水泥每米噴入量和單樁噴入總量。

（7）水泥粉噴樁成型以后應(yīng)在自然條件下養(yǎng)護(hù)28d以上。養(yǎng)護(hù)期間禁止一切重型施工機械或車輛在其上通過，以免將樁頭壓碎或由于水平推力作用造成斷樁。

4 幾點建議

4.1 水泥用量

粉噴樁加固處理軟土地基是由粉噴樁基與樁間土形成的復(fù)合地基，它是利用粉噴樁與樁間土共同承載地面以上的荷載。因此，不能將粉噴樁看成橋梁樁基而一味增大水泥用量。這樣，雖然粉噴樁的強度有所增強，但它卻忽略了土體的承載能力，造成資源和經(jīng)濟(jì)的浪費。

4.2 水泥噴入量

在施工圖設(shè)計文件中，一般要求粉噴樁的水泥要均勻噴入。但是，從復(fù)合地基的荷載應(yīng)力分析來看，越往地基深處其應(yīng)力值越小，因此，水泥噴入量并不應(yīng)強求上下一致，而是在保證水泥噴入總量一定的條件下，采用上多下少的方式將水泥噴入。

目前，施工文件只規(guī)定做一定比例的大樁頭足尺試驗，深部質(zhì)量不規(guī)定其檢測方法，導(dǎo)致少數(shù)施工單位的少數(shù)樁只注重淺部數(shù)米的施工質(zhì)量，使淺部噴粉量能達(dá)到或大大超過強度要求，深部則容易忽視。雖然設(shè)計文件規(guī)定了每米噴粉量，但根據(jù)抽查的部分樁統(tǒng)計，從上到下完全是水泥土且強度全部達(dá)到樁頭足尺試驗要求的抗壓強度（1.5Mpa）的樁不多。

由于粉噴樁加固軟土地基屬地下隱蔽工程，施工過程需控制的參數(shù)較多，人為影響的因素較大，對事后檢測亦困難，施工質(zhì)量不易保證，因而必須對施工過程進(jìn)行全方位、全過程、全天候的嚴(yán)格管理，加強質(zhì)量意識，防止質(zhì)量事故，確保工程質(zhì)量。

5 結(jié)語

在多種軟土地基處理方法中，粉噴樁具有工期短、經(jīng)濟(jì)有效的優(yōu)點，施工工藝簡便，加固效果明顯，只有一種原材料，對施工現(xiàn)場條件要求不高，施工難度小，近似機械化施工，質(zhì)量控制方法簡單，監(jiān)理要點明確，每米造價較低，能夠節(jié)約工程造價，降低成本等優(yōu)點。所以粉噴樁處理湖區(qū)軟土路基是一種非常適用的方法。