粉噴樁處理軟基施工中質量的控制方法

龍建軍

湖南湘北通程有限公司 湖南常德 415900

1 粉噴樁施工概述

粉噴樁運用專用的噴粉機將粉狀固化材料噴入軟土地基中。運用鉆機的攪拌作用，使土，水形和粉體，成柱狀固體，可以有效提高軟土地基的穩(wěn)定性與力學性能。樁身具有良好的較大的抗剪阻力與吸水效果，可以有效促使樁間土的擴大摩擦力和收縮，從而起到抑制側向變位，增強支撐力，降低地基沉降量，防止滑動破壞，對改善軟土地基的穩(wěn)定性具有很好的作用。

粉噴樁的施工要嚴格按照現(xiàn)行的標準規(guī)范，法規(guī)進行施工。根據(jù)地質，氣候，環(huán)境，合理配合與材料比等作為控制質量的依據(jù)。

1.1 粉噴樁的加固原理及特點

加固軟土地基的一種方法是粉噴樁。軟土，通常是指抗剪強度低，可壓縮性高，天然水含量高，承載力低的呈流塑狀態(tài)的粘性土。

粉噴樁加固技術處理軟基主要是用水泥作為軟基的固化劑，并用專用設備進行深層噴涂和攪拌，將粉狀水泥材料噴涂到軟土層的深層，使用鉆頭旋轉鉆頭刀片，將粉狀水泥與原位軟土均勻混合并吸收軟土地基中的地下水。利用產(chǎn)生的化學和物理反應，隨著時間的流逝，會產(chǎn)生水穩(wěn)定性好，完整性強，強度高的圓柱，就是噴粉樁，從而使軟土能夠硬化并結成存在一定的強度、較低滲透性以及壓縮性的水泥樁體，可以有效的加固軟基。將軟土和水泥伴合后，存在于水泥顆粒表面的礦物質會與軟土中的水迅速發(fā)生水化與水解反應，從而變成水化物。施工完成后，水化物將形成進一步的硬化，變成可吸收大量水分的水泥石骨料。有一些水泥石骨料可以與附近的活性軟土顆粒發(fā)生反應。通過軟土礦物外表所存在的鉀離子以及鈉離子等與鈣離子實施離子交換。且借助離子以及施工中產(chǎn)生的團?；粨Q作用，從而使相較小的土顆粒可以成為大的土團。在硬化反應的期間，它逐漸形成和水不相容的穩(wěn)定的結晶化合物，從而逐漸增加了軟土的硬度與強度。在碳酸化和離子交換的兩重作用下，會在一定范圍對樁周圍土壤內產(chǎn)生硬殼層，然后產(chǎn)生了剛度和強度更高的水泥土混合柱。由于水泥水合物與土壤之間的物化反應以較慢的速度進行，因此隨著施工完成時間的增加，水泥樁的硬度與強度將根據(jù)增強齡期而繼續(xù)增強。水泥土的強度和摻入的水泥量和水泥的化學成分有關。

1.2 粉噴樁加固設計要點

噴粉樁加固的設計要點如下：①確定加固范圍和樁長。加固范圍根據(jù)地基底部表面的大小和軟土范圍確定。與此同時，根據(jù)軟土層的厚度確定噴粉樁的長度。通常，樁的底部應延伸到軟土地基的底部。②樁距和樁號的初步選定。根據(jù)地基承載力的要求，首先選擇噴粉樁之間的距離來確定所需的樁數(shù)，并且噴粉樁通常排列成等邊三角形[1]。③噴粉樁的復合地基計算。工程實踐和研究表明，噴粉樁的力學性能介于剛性樁和散體材料樁之間。是半剛性樁或柔性樁。計算的關鍵是合理確定樁的應力比。比較國內外的試驗結果，計算復合地基的承載力與沉降計算時，樁土應力比應為4-8。

2 粉噴樁施工工藝

2.1 施工準備及鉆機

對施工現(xiàn)場進行調查，并在施工過程中注意高壓線路的影響。根據(jù)噴粉樁的布置范圍和間距，使用反鏟并進行手動清潔和挖掘以去除表面草皮，雜草，腐殖土等，并根據(jù)木片的位置確定每個樁的位置。對于設備沒有辦法通過的地區(qū)，應采用鋪設礫石層等辦法，以確保機械通過。鉆孔機安裝到位后，平面定位偏差不應大于該值。對正樁位置，調整平鉆機的機身，運用吊線錘的方式檢測鉆桿垂直，確保鉆桿的垂直度，然后對計算機控制設備進行安裝與調試工作，啟動鉆機進行鉆探，當混合鉆頭靠近地面時，啟動空氣壓縮機并準備鉆探。

2.2 成樁施工

（1）鉆進。當鉆頭靠近地面時，將啟動空氣壓縮機，并可以根據(jù)土壤的硬度確定鉆進速度。當鉆機向前旋轉并垂直鉆探至設計樁底高度時，必須在提升鉆機之前對其進行預噴涂一段時間。在第一次提鉆和噴粉過程中，在樁的底部停留30s，然后研磨樁端。將余粉提鉆過程中全部噴入樁體，且在樁頂進行磨樁頭，停留時間為30s。如果在鉆到樁底后立即提起并噴灑粉末，則樁底的粉末會減少，從而影響整個樁的質量并增加沉降。

（2）提鉆，噴粉，攪拌。鉆機反向旋轉以抬起鉆頭并啟動送粉器。將粉末送入粉末注入口（約1 分鐘）后，在提升的同時，粉末傳送器（控制輸灰管的長度）將粉末噴灑到土壤中，同時繼續(xù)攪拌。在噴涂，攪拌，提升和壓實的同時，根據(jù)電子稱重設備顯示的粉末噴涂量調整電動機的速度，并嚴格控制噴涂粉末時的鉆機速度。當將其提高到設計的停灰水平時，應將其保持在原位并緩慢攪拌1 ∽2min。如果由于意外事故而停止噴涂粉末，并且影響了樁身的質量，則應在12 小時內重新填充噴涂材料。補噴樁體的重疊長度應≥1米，否則應重新打樁。新的樁體應距報廢樁的距離不能大于樁體距的15%（廢樁要準確標記），并填寫施工記錄以備將來參考。起吊時，管道壓力不應太大，以防止鉆井泥漿擠壓而在孔壁周圍形成孔。將鉆機提升到高于設計樁頂高度約50cm 時，停止噴粉并關閉送粉閥，但是仍然需要攪拌。為了有效防止粉末滲出并產(chǎn)生浪費，應快速調整鉆機以重復攪拌向下鉆。

（3）復拌。復拌是確保粉末，水和土均勻混合的必要措施。為了保證混合均勻，應將整個樁再復拌一次，并在樁體上部1/3 的樁長范圍內復攪兩次，復噴一次。加固范圍內的任何土點均應攪拌20 次以上。通過充分復拌，使粉末，水和土可以更完整地作用，并促進樁體的成形。如果樁長且土壤含水量高，則應采用“多噴和多攪拌”的方法，即“鉆進至樁底后慢檔提升、噴粉、攪拌至?；颐妗@進、復攪復噴至樁底→提升、攪拌至?；颐妗莆?。反復攪拌后，關閉空氣壓縮機，打開閥門，減壓并放氣，將鉆機提升至?；野灞砻娴捻敳啃D1 分鐘，將鉆頭抬起至地面20cm 處，鉆機的主電機停止運轉，樁的形成結束[2]。

（4）機械位移。在完成樁的構造之后，驅動液壓步履裝置以將樁機移動到下一樁的位置，并重復下一根樁的施工。

3 粉噴樁處理軟基施工中質量的控制方法

3.1 粉噴樁施工的質量控制措施

設計控制。加固粉噴樁通常以規(guī)則的三角形形狀布置。樁長是指卸下軟樁頭后的有效長度。通常，將40 到60 厘米漸變的優(yōu)質礫石墊層且要寬出最外側樁1.0 米（碎石的最大粒徑≤3 厘米）。樁體的水泥參量應為14%，在樁頭下方3 米處攪拌，并添加2%的水泥參量。成樁直徑為0.5 米。粉噴樁處理后的單樁承載力機動車道須大于125KN，非機動車道須大于105KN。

（2）加強工程機械設備檢查。①每個樁機必須配備一個記錄儀，該記錄儀可以控制每米樁身的噴粉量，并且不能使用記錄儀上的任何可操作開關與按鈕來設置和操作時間，深度，噴粉重量，樁位置諸如序列號，重新混合深度和重新混合次數(shù)之類的參數(shù)，以有效預防偽造的施工建設記錄。②樁機上的轉速表，電流表，氣壓標和電子秤必須校準，更換不合格的儀表。③每個樁機的鉆臺相互垂直，每側設置兩個0.5Kg 重的吊錘，并畫垂直線。④在每臺樁機的鉆架上標寫醒目的深度，畫上鉆進刻度線。⑤鉆頭的磨損直徑不應超過1cm。

（3）加強原材料檢驗。①噴粉樁中使用的水泥必須經(jīng)過實驗室檢查，以符合規(guī)格要求。盡量不要使用質量不穩(wěn)定，產(chǎn)量低的小型水泥廠生產(chǎn)的水泥。②水泥的碼放應符合防潮、防雨的標準，嚴禁應用潮濕，變質，過期，結塊的水泥。

（4）在樁體施工之前必須要進行工藝試樁。一個地區(qū)有一個地區(qū)的地質條件，都不相同。為了克服盲目性并確保由粉噴樁加固的基礎獲得預期的效果，必須要在粉噴樁建設施工之前進行工藝測試樁。試驗樁的數(shù)量不少于5 個。試驗樁的目的是：①要滿足噴粉量設計要求的各個工作參數(shù)。例如鉆機鉆井速度，攪拌速度，提升速度，管道壓力，灰罐壓力等。②驗證成樁直徑及攪拌均勻程度。③確保合理摻灰量的質量要求符合地質條件。④確定進入持力層的判別方法[3]。

3.2 粉噴樁施工過程中的質量控制措施

①在粉噴樁施工建設期間，應按成樁測試確定的工藝參數(shù)進行，施工人員應記錄噴粉量，壓力，鉆進速度，提升速度和其它相關參數(shù)變化。②要嚴格把控噴粉與停粉的標高。不要中斷粉噴以確保樁長，嚴禁在不噴粉的情況下進行提升。③當將鉆頭提起到離地面不到50 厘米的位置時，應停止粉體發(fā)送器噴灰并用回填粘土手動將其壓實。④根據(jù)設計要求，必須在一定深度即樁長以下不少于5m 的地面1/2-1/3 處反復攪拌樁身，使固化物和基礎土均勻混合。⑤在具體的施工建設過程中，如果發(fā)現(xiàn)粉噴量不足，應重新挖掘整個樁。重新拍打的粉末量應不少于設計量。如果由于機械故障，停電等原因導致粉末噴涂中斷，則必須復打，復打的重疊孔段應大于1.0m。⑥施工建設期間，粉體輸送器必須要配備粉體計量裝置，并記錄水泥的瞬時注入量與累計注入量。禁止在無粉注入計量裝置的情況下使用粉體輸送器。⑦儲灰罐的容量不應少于一根樁的灰分消耗量再加50 千克。當存儲容量不足時，不得再鉆下一樁。

3.3 復攪控制

水泥和土攪拌的均勻性與粉噴樁硬度、強度有關的關鍵要素。應當在樁體頂3m 內重復攪拌一次，高度應至少大于3.0m。眾多的施工建設實踐已充分表明，粉噴樁的不復攪和復攪的質量有很大不同。復拌的作用是通過充分的攪拌使水與粉體和土完全作用，并促進樁體形式。為了保證攪拌的均勻性，在施工過程中應嚴格控制鉆機的起升速度和攪拌葉片的轉速，并應盡可能采用整樁攪拌，以確保整體質量。

3.4 完工后檢測階段的質量控制措施

粉噴樁施工建設完成后，應按規(guī)定頻率進行取芯，取芯的位置應為樁直徑的1/2，而不應是樁體的中心。因為粉噴樁的中心是由鉆桿占據(jù)的空間，所以樁體形成后樁的中心強度低，容易出現(xiàn)樁體強度偏小的假象。取芯時一定要注意保持鉆機的平衡，以免因為鉆桿的傾斜而造成傾斜孔，從而導致芯失效。芯的長度應比樁長約50 厘米，以檢查樁底層。

在建造每個噴粉樁的過程中，應使用吊錘以規(guī)定的頻率隨機檢查鉆桿的傾斜度，對于7d 噴粉樁，以規(guī)定的頻率隨機挖掘樁頭，然后使用卷尺檢查樁距和樁徑。具體做法如下：①打破樁頭0.3m左右的表層破碎水泥，從而進行外觀檢查，主要是檢查水泥土攪拌是否均勻，樁身外觀是否圓整。②用便攜式測頭檢查挖掘的樁頭的強度，并根據(jù)N10 穿透10 厘米的錘擊次數(shù)或N10 持續(xù)穿透30 厘米的錘擊次數(shù)判斷樁頭的強度。③對于28d 噴粉樁，以規(guī)定的頻率或可疑樁隨機抽樣取芯，主要有以下兩個方面。a.檢查樁粉噴涂是否均勻，樁內是否有破損，樁長是否符合設計要求。b.對粉噴樁的核心樣品進行處理，將其研磨成高輪廓的試樣，以產(chǎn)生無限制的抗壓強度，并在核心樣品塊的上，中，下部分別研磨三個樣品，并使用三個試樣的代表值評估強度。根據(jù)以上測試結果確定單樁的質量等級。④檢查復合地基和單樁的承載能力。如果對場地的施工質量有疑問，可以使用靜載荷測試來檢查復合單樁或地基的承載力。每個場地的靜載荷測試不得少于三點。測試的代表值檢查其是否符合設計標準、要求。⑤無破損檢測。主要在試驗路段上，用小型應變儀與地質雷達對樁基礎進行了完整性測試，并與取芯比較，發(fā)現(xiàn)由于噴粉量少，粉噴樁的主體固結是軟土，樁基差異大，無損檢測的靈敏度低，強度值低，難以有效的準確的判斷粉噴樁的施工建設質量。所以主要還是根據(jù)取芯檢測來進行評定樁體的強度與完整性[4]。

4 結語

粉噴樁可有效減少軟土地基的沉降，從而提高軟土地基穩(wěn)定性和提高軟土地基的承載力。具有穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)濟合理，環(huán)保的特點。是軟土地基處理的有效施工方法。