水泥粉喷桩在道路软基处理中的应用

摘要：目前道路地基软基处理中应用最为广泛的是水泥粉喷桩加固技术，起作用的原理是通过化学反应进行施工后的沉降，从而形成地基。桩体同桩间土形成复合地基，承载上部主体结构传来的荷载。本文通过对道路软基处理的方法以及路段软弱部分的原始地貌等的分析，通过对水泥软土地基中的水泥粉喷桩的应用进行分析，从而对水泥粉喷桩的软基处理进行分析，期望能更好的促进施工后的路面的稳定性和耐久性。

关键词：水泥粉喷桩；道路工程；软基处理

中图分类号： E271文献标识码： A

引言

粉喷桩加固软土地基的原理是在搅动软土的过程中，石灰粉、喷射水泥粉等粉体，通过软土与粉体材料及孔隙中水的一系列化学反应，形成网格状、丝状胶凝体骨架或结石，软土的含水量降低，复合地基的承载能力和抗剪强度的提高。要加固不仅要通过水泥浆，同时还应该采用粉体材料的一系列物理化学作用来进行。采用粉喷桩方法加固软土地基具有成桩效率高、成本低、施工占地面积小、无噪音、无振动、无污染等特点，粉喷桩设计中仍然有很多问题，而且施工工艺方面处理事故的灵活性不够。

一、道路工程软基处理的主要方法

在软土地基上进行公路建设，首要考虑的是变形和稳定性问题。当路堤高度在3~5m的范围内时，主要变形因素是沉降，两个主要方面就是均匀沉降和沉降量。沉降过大、纵横向裂缝、路基失稳、起伏不平的路面，在桥涵通道等人工构造物处出现跳车颠簸，甚至出现构造物结构开裂等均是由不恰当的地基处理方式造成的。解决软土地基的主要方法就是通过地基处理采用轻质填料等减轻桥梁跨度、路基荷载等，应用较广的技术包括符合排水固结、地基、堆载预压以及人工合成材料等。粉喷桩加固法作为当前的复合地基技术之一，其在公路工程中应用普遍。

二、路段软弱地基的原始地质地貌

就拿常熟市东南开发区科技城C区，翼家路来说，其原始地形是因为湖泊疲积而成的湖滩，现为宽约2m~3m的塘埂围成的面积数万平方米的渔塘，设计上的路基1.02km，红线宽度50m，路幅范围内地质勘探资料显示，其上层为灰黑色的淤泥层，厚2.9m~6.lm不等，具有高含水量、高压缩性、低渗透率、高孔隙比、低固结系数的工程特征；第一层为洪积粘土层，可作为持力层，具体力学指标见表1。

表1各地层主要物理力学性质指标(平均值)

三、粉喷桩施工

（一）机具和材料。

机具:主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和动力设备等。严禁使用非定型产品或自行改装设备;进场设备必须配备性能良好的能显示钻杆钻进时电流变化的电流表，显示管道压力的压力表和计量水泥喷入量的电子秤。

材料:根据设计文件要求，喷粉为425号普通硅酸盐水泥，不得含有纸屑、塑料布等杂质，设计喷粉量为50kg/m。

（二）软基设计

设计采用水泥粉体喷射搅拌桩(简称:粉喷桩)进行该路段软土地基的处理；按正方形布置桩位，快车道区域桩距为1.2m，其它区域桩距E为1.4m；桩径为0.55m；喷灰量为56kg/m~66kg/m，采用R32.5级普通硅酸盐水泥；桩底置于粘土层中，桩顶置于1m厚的新填土层中。设计要求桩身强度1.55MPa，处理后的复合地基强度100kPa，工后沉降15cm，纵向100m范围内沉降lOcm。

（三）施工流程

测量放样升移机定位升检验桩基调平机体升钻进至设计深度升高压送气打开喷粉孔升反转提钻并喷水泥升至工作设计标高上50cm停比喷粉升重复搅拌、反转提钻至地表升成桩结束升移机就位在下个桩位施工。1.施工前组装喷粉桩机，检查卞机各部的连接，液压系统、电气系统、喷粉系统各部分安装调试情况及灰罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，对正桩位，误差不大于5。调平桩机机身，保证钻杆的垂直度不大于1%，启动主电机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，钻进。2.钻至设计孔深后，应有一定的滞留时间，一般为2min-3min，然后将粉喷钻头以1.0m/min-1.2m/min速度边旋转边提升，同时向搅动的土体进行喷粉，使土体和水泥进行充分搅拌混合，直至桩顶设计标高上50cm停IF喷粉。3.桩体要求一次成型，如因故中断，继续施工时必须重叠接桩，接桩民度不得小于0.5m。若中断超过3h，应拆卸输浆管路，清洗干净，在原桩位旁边补桩。4.当钻头提升到高于桩顶而约500mm，喷粉系统停IF向孔内喷射水泥时，桩体即告完成。为保证桩体质量，需进行重复搅拌至桩底，这个过程停比喷粉，钻头边旋转边钻进至设计深度，再提升反向边旋转边提升，使土体和水泥搅拌均匀。5.严格按规范和设计要求进行施工，确保轴线位置、设计深度、桩径、垂直度、钻杆倾斜度、单桩喷粉量的允许偏差。要求桩轴线偏移(纵横方向)不大于100mm，钻杆倾斜度不超过1%，桩民不小于设计规定，单桩喷粉量的允许偏差在8%以内。

四、水泥粉喷桩及桩间土的力学性能

粉喷桩及桩间上的力学性能详见表1、表2。

表2粉喷桩及桩间土的力学性能

由表1可见，和柔性桩复合地基相比较，桩体在粉喷桩复合地基中起到很大作用，通过较小的置换率即可获得较大的桩上应力比，而桩体分担的合作高达65%~75%，其受力机理类似于群桩效应。

由表2有关数据表明，在外荷载作用下粉喷桩桩间的作用无法充分发挥，自然上的抗剪强度相比较，很难提高桩间上的抗剪强度，而粉喷桩桩体的压缩模量较大，提高了很大幅度，抗剪强度较高，力学性能较好。

五、载荷试验

检查复合地基整体加固效果的一种有效方法就是载荷试验，它不但可以很好的检查设计的正确性，同时还可以很好的对该地层的适应性以及施工对设计的实现情况进行检查，同时还可以检查地层水化物生成情况。我国某路段共进行了6组载荷试验，其中试验的2组单桩，强度平均值为130kPa，4组双桩强度平均值为135kPa，均大于设计要求处理后复合地基强度值100kPa，具体结果见表3。

表3复合地基载荷试验结果汇总表

六、载荷试验成果分析

载荷试验采用砂袋压重平台反力装置，配以超高压电动油泵供压，分离式油压千斤顶加载，精密压力表控制观测的方法针对不同桩民、不同施工工艺的单桩和复合地基进行加载。根据规范要求，对于粉喷桩加固后的软土地基载荷应至少在28d龄期后进行，压载重量大于总加载量的1.2倍。为了有效反映复合地基承载力，采用能够覆盖3根粉喷桩处理面积的方形承压板，压板尺寸为2.42mx2.42m。单桩承载力采用与桩径等同的50cm的刚性承压板。

七、沉降和稳定观测

在路基设计中心线和路肩基底同时埋设沉降杯，稳定和沉降观测同步进行。在施工期间，每填筑一层，观测一次，填土间歇期间每天观测一次，每一区域填筑完毕后每周观测两次，在整个观测期间，要注意观测桩的保护，发现问题及时处理，确保测量数据的连续性，观测数据可直接用于计算由于沉降而补加的土方量。

结束语

采用粉喷桩对道路软基处理效果能满足设计要求，说明该方法是可行的；施工较简便快捷，经济可行，经与同类情况综合比较，每平方米造价为强夯块石墩软基处理方法的84.4%，为动力排水固结软基处理方法的101.6%；施工后沉降观测结果平均为2.62cm，纵向100m沉降差仅1.8cm，沉降很小，不会影响车辆运行。

参考文献：

[1]陈东.水泥粉喷桩在公路软基处理中的应用探析[J].科技与企业，2013.

[2]胡慧梅.对粉喷桩在软基处理中的应用分析[J].广东建材，2013.

[3]陈东.水泥粉喷桩在公路软基处理中的应用探析[J].科技与企业，2013.

[4]邢朝阳.粉喷桩加固软土地基处理技术的探讨[J].江淮水利科技，2013.