粉噴樁在公路軟土地基處理中的應(yīng)用

（甘肅省酒泉高速公路處，甘肅 酒泉735000）

1 工程概況

某公路工程所處地形較為平坦，起訖樁號為K0+000～K6+460段，在本路段內(nèi)存有一段挖方路段，即K1+400～K2+250段，路槽低耕土為棄土，基底為素填土，路基作用范圍內(nèi)為素填土，但含有大量軟土及粉質(zhì)粘土。為保證施工質(zhì)量，決定采用水泥粉噴樁進(jìn)行軟土地基加固處理。

2 粉噴樁加固機(jī)理

粉噴樁加固土體的原理為充分混合原位土和固化劑，通過固化劑與附近土體內(nèi)的水分進(jìn)行結(jié)合，以此產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，最終將混合水泥土凝結(jié)、硬化，形成一個整體，這種加固方法不單能夠提升土體自身強(qiáng)度，還能對樁周土層起到穩(wěn)固作用。目前，在我國道路工程建設(shè)中，粉噴樁在地基處理中得到了廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)多，具體如下：1）可充分利用原狀土，通過膠結(jié)材料，如水泥、石灰等，粉噴樁可對原狀土的力學(xué)性能進(jìn)行有效改善。2）粉噴樁只需在轉(zhuǎn)機(jī)內(nèi)將原狀土和水泥進(jìn)行攪拌即可，一般不會影響周圍建筑物。3）路基力學(xué)性能可通過膠結(jié)材料摻加、樁間距合理控制等措施得以改善，且與設(shè)計要求相符。4）待粉噴樁成型之后，復(fù)合地基的重度和原狀土的重度差距較小，一般不會導(dǎo)致下臥層下沉。5）相比鋼筋混凝土樁，粉噴樁的成本較低。6）按照施工需求及土質(zhì)實(shí)際情況，可合理選擇粉噴樁的類型，常見的包括正方形、矩形、梅花形等。

3 粉噴樁強(qiáng)度的影響因素

影響粉噴樁樁身強(qiáng)度最顯著的因素為齡期、水泥噴灰量和土的含水量。

3.1 齡期

粉噴樁齡期對水泥的強(qiáng)度影響較大。水泥土的強(qiáng)度隨著齡期的增長而增長，其強(qiáng)度在7天內(nèi)增長速率很快，在28天內(nèi)的增長速率較快；28天以后，增長速率明顯下降；90天齡期后強(qiáng)度增長很小。故本設(shè)計中采用7天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度作為水泥土強(qiáng)度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2 水泥噴灰量

水泥噴灰量對水泥土的強(qiáng)度影響也很大。施工前，應(yīng)取所選用水泥和有代表性的軟土地基取樣，按照設(shè)計要求進(jìn)行水泥土標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。當(dāng)實(shí)際噴灰量小于設(shè)計噴灰量時，水泥土固化反應(yīng)弱，水泥土比原狀土強(qiáng)度增長微乎其微，加固效果不明顯；當(dāng)水泥噴灰量大幅超過設(shè)計噴灰量時，水泥土強(qiáng)度增長隨著噴灰量的增幅減緩，費(fèi)用與效果比不合理，導(dǎo)致成本大幅增加，產(chǎn)生原材料浪費(fèi)，不經(jīng)濟(jì)。本項目中采用水泥噴灰量每延米不小于55kg。

3.3 土的含水量

加固土含水量也是對水泥土強(qiáng)度影響的較關(guān)鍵因素。規(guī)范規(guī)定，地基土的天然含水量在小于30%或大于70%時不宜采用水泥粉噴樁工藝。含水量小于30%時，土壤中的水分不足以使粉體進(jìn)行充分水化反應(yīng)，當(dāng)含水量大于70%，不能保證水泥土樁體達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度。本項目由于地勢低洼，同時是老的溝渠，連通萬豐湖水系，軟土含水量經(jīng)現(xiàn)場取樣確定約為37%，適合使用粉噴樁施工。

4 公路軟土地基加固中粉噴樁的技術(shù)要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

水泥粉噴樁的主要施工順序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)→提升粉噴攪拌→設(shè)計標(biāo)高后復(fù)鉆→提升復(fù)攪→升到設(shè)計標(biāo)高后停機(jī)→下一樁循環(huán)施工。

施工前，先做好各項準(zhǔn)備工作，保證施工滿足要求。根據(jù)設(shè)計要求，粉噴樁施工固化劑干法施工可采用42.5普通硅酸鹽水泥，保證所采用的材料具有合格證，在使用前不會出現(xiàn)受潮、結(jié)塊等現(xiàn)象。通過現(xiàn)場取芯試樣（28d齡期）進(jìn)行粉噴樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，要求其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.0MPa。此外，還要提前通過水泥土試驗(yàn)確定水泥摻加量的多少，保證其滿足施工要求。成樁試驗(yàn)是正式進(jìn)行粉噴樁施工前必須完成的工作，根據(jù)設(shè)計要求，可在48～50kg/m之間控制水泥摻入比，且做好加固土室內(nèi)試驗(yàn)，在試樁時，要求采用6根，利用試樁的方式對各項參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確確定，為后期大面積施工提供參考，如鉆進(jìn)速度、提升速度、噴氣壓力等。施工前，要編制粉噴樁專項施工方案報公司總工、監(jiān)理、業(yè)主審批，按照施工方案做好人員、機(jī)械和材料的準(zhǔn)備。項目技術(shù)負(fù)責(zé)人在施工前需要組織做好技術(shù)人員和機(jī)械操作人員的技術(shù)交底工作。由于該路基范圍低洼積水嚴(yán)重，在路基范圍內(nèi)填土至萬豐湖常水位以上0.7米（標(biāo)高41.5）后進(jìn)行場地平整工作。做好工藝試樁工作，選取該工程某路口往小里程樁號約200米處，此段路基范圍內(nèi)恰好有淤泥較深的老溝渠，同時積水較高，具有代表性。通過試樁，對機(jī)械性能、工作壓力、鉆機(jī)下鉆和提升速度、單位長度噴灰量、復(fù)攪工藝等因素對樁身強(qiáng)度和質(zhì)量評定，通過檢測確定技術(shù)參數(shù)，作為正式施工的依據(jù)。

4.2 施工工藝流程

1）按照設(shè)計要求，在指定位置準(zhǔn)確放置設(shè)備，待設(shè)備就位后，保證設(shè)備機(jī)軸垂直，且在5cm以內(nèi)控制誤差范圍。隨后對樁機(jī)的支腿油缸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，保證鉆機(jī)鉆桿傾斜度在1%以內(nèi)，避免出現(xiàn)打斜樁現(xiàn)象，從而對樁基承載力造成嚴(yán)重影響。2）隨后將粉噴機(jī)的回路閥門關(guān)閉，并同時將氣路閥門開啟。3）樁機(jī)啟動后，慢慢調(diào)整氣路調(diào)壓閥，向樁機(jī)供氣。隨后樁機(jī)速度逐步加快，正轉(zhuǎn)預(yù)攪拌不斷下沉。此時，需指派專人對壓力表的讀數(shù)進(jìn)行認(rèn)真觀察，伴隨鉆桿下鉆壓力的持續(xù)增加，需根據(jù)實(shí)際情況，對壓差進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，相比前閥，后閥應(yīng)多出0.02～0.05MPa。當(dāng)鉆到與設(shè)計深度基本相近的位置時，應(yīng)放慢速度，持續(xù)緩慢地鉆進(jìn)，一般可在1～2min內(nèi)控制鉆機(jī)原位轉(zhuǎn)動時間。4）待鉆至設(shè)計樁底要求后，可按照每分鐘1m的速度勻速反向旋轉(zhuǎn)著將鉆頭緩慢提升，可同時噴射、攪拌，保證軟土和水泥能夠混合均勻，待提升到?；以O(shè)計標(biāo)高位置之后，即可進(jìn)行1～2min緩慢原地攪拌。在此過程中，盡可能保證噴射量和提升速度相符，避免出現(xiàn)故障。若一次噴灰質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，需再進(jìn)行一次噴灰施工。提升過程中，可采用中、低檔進(jìn)行施工，確保能夠均勻攪拌，保證每提升16mm，轉(zhuǎn)動攪拌軸1圈以上。當(dāng)鉆頭提升位置和地面相距0.5m時，需及時停止噴粉施工。粉噴樁施工過程中，應(yīng)保證連續(xù)泵送水泥，水泥用量、泵送時間均做好詳細(xì)記錄，在提升時，同樣可利用粉體發(fā)送器向攪拌地土體內(nèi)噴射水泥粉。5）完成上述施工后，需再次進(jìn)行復(fù)拌施工。相比樁長，復(fù)拌深度為其1/3，保證能夠充分拌和土體材料和水泥，能夠徹底粉碎土體，水泥粉能夠在樁土內(nèi)均勻分散。6）復(fù)拌結(jié)束后，需將鉆頭提升并高出地面，隨后將閥門開啟，減壓放氣。

5 總結(jié)

粉噴樁技術(shù)的使用，改變了原地基的密實(shí)度，降低軟土的滲透系數(shù)，有效地起到了阻水作用。采用粉噴樁處理軟土路基要比一般采用的灌注樁更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，對環(huán)境的影響更小，其加固效果好，工藝技術(shù)簡便，設(shè)備簡單，施工方便快速，造價低廉。同時更要抓好施工的各個環(huán)節(jié)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，只有在施工過程中嚴(yán)格控制才能確保工程的優(yōu)質(zhì)高效。