特殊施工場地的粉噴樁軟基處理質(zhì)量控制要點
——以非洲高溫高鹽濱海地區(qū)為例

李海生

(中國土木工程集團有限公司 北京 100038)

0 引言

近年來，粉噴樁技術(shù)以施工成本低、適用范圍廣、工藝方法簡單、施工震動小、無污染、高效率、高速度、加固有效等特點，在軟土地基處理中得到了廣泛的應(yīng)用，且受到越來越多人的重視、認(rèn)可[1]。粉噴樁技術(shù)是將水泥、石灰等材料作為粉體狀固化劑，通過對軟土地基的深層攪拌，使粉狀體固化劑和軟土地基的土層產(chǎn)生充分的化學(xué)反應(yīng)，改善軟土地基的原有的土層結(jié)構(gòu)，以形成更為牢固的復(fù)合地基，實現(xiàn)軟土地基的有效加固[2]。所以，粉噴樁技術(shù)的施工，關(guān)鍵在于對施工工藝的流程把控，以保證軟土地基的施工質(zhì)量。

本文結(jié)合非洲吉布提港區(qū)鐵路連接線地基處理工程，詳細介紹了材料配比的選用及粉噴樁施工參數(shù)的確定，實現(xiàn)在高溫高鹽特殊條件下對濱海地區(qū)軟土地基的處理，以及其施工質(zhì)量控制措施，為類似項目施工提供借鑒。

1 工程實例

1.1 工程概況

非洲吉布提港區(qū)鐵路連接線地基處理工程，位于吉布提東南沿海塔朱拉(TADJOURA)灣的南岸入口處，全長50km，施工場地內(nèi)有小溝渠、部分區(qū)域低洼積水，部分樁上方有高壓線，有約300m～400m需要填筑，其余的2km不需要填筑。場地地勢低洼，常年有海水浸泡，在強烈的日照蒸發(fā)下，地基土表面有白色鹽晶體析出，形成了大面積的鹽漬土，其物理力學(xué)指標(biāo)如下：

粘聚力C 4～23kPa；

內(nèi)摩擦角 15°～30°；

壓縮系數(shù)0.45～0.91MPa-1；

天然容量17.2～18.9kN/m3；

天然含水量34.9～53.6%；

天然孔隙比0.98～1.48。

場地狀況如圖1所示。

(a)

(b)圖1 施工場地圖

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)工程地質(zhì)勘查報告揭露，場地土層自上而下分別為：

①0m～3m人工填土，褐色，稍濕，松散-稍密，主要成分為碎石及粉土，碎石礫徑2cm～7cm，碎石含量約占65%，淤泥，灰黑色，軟塑，主要成分為黏粒,夾10%左右細砂；

②3m～9m淤泥，灰黑色，軟塑，主要成分為黏粒，干強度中等，無振搖反應(yīng)，有光澤，含35%圓礫，粒徑2mm～3mm；

③9m～13m主要是角礫巖，褐黃色，強風(fēng)化,巖芯呈碎塊狀，塊徑2cm～6cm；

④13m～14m玄武巖，灰褐色，強風(fēng)化,巖芯呈碎塊狀，塊徑2cm～7cm；

⑤14m～15m玄武巖，青灰色，弱風(fēng)化,塊狀構(gòu)造，節(jié)理發(fā)育，巖芯呈短柱狀，節(jié)長6cm～12cm,RQD基本為0，工程地質(zhì)柱狀圖如圖2所示。

圖2 工程地質(zhì)柱狀圖

1.3 施工難點

①氣候條件特殊。吉布提位于阿拉伯半島近旁，又處于印度洋西岸，氣候深受阿拉伯半島干燥氣候影響，全境終年酷熱少雨，施工時間剛好處于熱季(當(dāng)?shù)責(zé)峒緸?月至10月)，平均氣溫37℃，最高氣溫達45℃以上，導(dǎo)致水泥的水化反應(yīng)減弱，容易造成水分蒸發(fā)，對后期強度的增長帶來嚴(yán)重的影響，進而影響施工進度。

②施工區(qū)域土質(zhì)均為濱海高鹽漬土，具有高孔隙比、高壓縮性、高含水量、低滲透性、低承載力等常規(guī)軟土特性，以及孔隙水高含鹽量、土的結(jié)構(gòu)性與流變性、腐蝕性、遇水溶解等特征，在各種自然因素和上部荷載等因素的影響下，容易引起強度下降，地基容易發(fā)生溶陷變形，造成路面不均勻沉降，路面開裂，承載力不足等現(xiàn)象[3]，嚴(yán)重影響地基或路基填料的工程性能。

③施工區(qū)域上空有高壓線，施工嚴(yán)重受限；部分區(qū)域有大量積水且含較多塊石，有些施工區(qū)域還含有管樁，增加施工工序。

④施工供電難。由于吉布提國家電網(wǎng)建設(shè)不健全，接入程序復(fù)雜麻煩、浪費時間，故不接入市電，需專門配置發(fā)電機到工地參與全程施工。

2 設(shè)計概況

該工程粉噴樁設(shè)計，樁直徑500mm,樁間距1200mm，樁長5m～10m，具體樁長現(xiàn)場實際情況而定，分2個標(biāo)段施工。場地地基土含水量大于35%，采用干噴法施工，采用425普通硅酸鹽水泥，處理后地基承載力不低于180kPa。

3 施工關(guān)鍵質(zhì)量控制

3.1 施工順序

施工準(zhǔn)備→鉆機就位→鉆進→提升噴粉攪拌→升到設(shè)計標(biāo)高后再復(fù)鉆→提升復(fù)拌→升到設(shè)計標(biāo)高后停機→下一樁循環(huán)施工。

3.2 質(zhì)量控制要點

(1)為分析鹽漬土對水泥加固的影響，首先進行水泥土配合比試驗，選用場地土樣與425普通硅酸鹽水泥為試驗材料，制作試塊進行養(yǎng)護；試樣養(yǎng)護到齡期后進行無側(cè)限試驗。由試驗可得，當(dāng)含鹽量小于3.5%時，水泥土的強度隨含鹽量增大而增大；若含鹽量大于3.5%時，水泥土的強度隨著含鹽量的增大而減少；當(dāng)加入10%的粉煤灰外加劑可提高水泥土的強度，大大抑制了高含鹽量對水泥土的破壞作用。因此，確定每延米水泥用量約為68kg，并配合粉煤灰外加劑進行施工。

(2)粉噴樁的施工工藝，根據(jù)室內(nèi)配比和實測的各項施工參數(shù)通過試樁來確定。該工程試樁10根，通過試樁確定鉆進速度、提升速度、攪拌速度、灰罐壓力、空氣壓力等，如表1所示。

表1 試樁確定的施工參數(shù)

(3)為有效解決非洲高溫天氣對施工的影響，在施工范圍內(nèi)搭棚遮擋陽光，并選擇早上、傍晚甚至晚上氣溫較低的時間施工，外加劑摻量控制在8%～10%；同時，做好材料堆放場地的地面排水工作，保持材料的干燥，且確保向灰罐中投入的水泥經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾，以防止結(jié)塊的水泥進入樁體。

(4)安裝計量設(shè)備。解決氣體和固體雙相流問題、對粉體摻入量及其均勻性的準(zhǔn)確計量是保證粉噴樁成樁質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，施工時根據(jù)單樁噴粉量或每米噴粉量來調(diào)節(jié)儲粉罐的壓力和供粉速度。采用先進的電子稱重法與鉆機深度相結(jié)合的、正確反映每米噴粉量、總灰量等的計量裝置。

(5)噴粉攪拌時，操作手與送灰操作工集中注意力，相互配合，嚴(yán)格控制噴、停粉標(biāo)高和水泥噴入量，確保粉噴樁長度，不中途斷噴粉。嚴(yán)禁在尚未噴粉的情況下進行鉆桿提升作業(yè)。提升噴粉攪拌時，嚴(yán)禁使用快檔，嚴(yán)格按照試樁確定的提升速度操作，保證攪拌均勻。

(6)施工過程中，若發(fā)電機出現(xiàn)故障引起停電導(dǎo)致中斷噴粉，必須復(fù)噴，接樁長度不小于1m；如若發(fā)現(xiàn)噴粉量不足時，進行整樁復(fù)打，復(fù)打的噴粉量不小于設(shè)計用量。操作手除保證設(shè)計成樁深度外，還要注意地層的變化，根據(jù)電流大小，確認(rèn)進入持力層的深度。定期檢查粉噴樁的成樁直徑和攪拌均勻程度，對使用的鉆頭定期復(fù)核檢查。

3.3 施工現(xiàn)場如圖3所示

圖3 現(xiàn)場施工圖

3.4 樁基檢測結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場試驗及對試驗數(shù)據(jù)的計算分析，抽檢的粉噴樁單樁復(fù)合地基承載力特征值為180kPa，滿足設(shè)計要求，如表2所示。

表2 單樁復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果

4 結(jié)語

軟土地基若處理不當(dāng)，會給工程的施工和使用造成很大影響，同時還有可能會導(dǎo)致安全隱患。該工程主要通過水泥固化鹽漬土室內(nèi)試驗分析，確定采用425普通硅酸鹽水泥并利用粉煤灰外加劑配合施工，有效地把握了粉噴樁施工工藝的施工參數(shù)。有效地控制了施工過程質(zhì)量，采用粉噴樁施工技術(shù)在非洲特殊工況下即高溫高鹽的濱海地區(qū)進行軟土地基處理，有效提高了軟土地基的承載能力和穩(wěn)定性，工程的整體施工質(zhì)量極好，為類似工程提供借鑒和參考。