粉喷桩在软土地基加固中的应用

摘要：本文首先介绍了粉喷桩的基本原理和施工准备，然后分析了施工工艺及要求和粉喷桩质量控制，最后探讨了影响粉喷桩强度的主要因素和粉喷桩的质量检验。

关键词：粉喷桩；软土地基；加固；应用

中图分类号：TU348文献标识码： A

粉喷桩加固软土地基于1971年在瑞典首次应用于工程实践。它是深层搅拌桩的一种，以水泥粉为固化剂的搅拌桩。其作为一种加固地基的变形特性，减少在荷载作用下可能发生的沉降和不均匀沉降。我国80年代初开始应用。实践证明，粉喷桩主要适用于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高的、地基承载力不大于120kPa的粘性土、粉土等软土地基。

粉喷搅拌法采用水泥、石灰粉等作为固化剂，不需向地基中注入附加水分，却能充分吸收桩周围软土中的水分，进而提高了桩周土的强度，使加固后地基的强度得以提高。对于含水量很高的软土加固效果尤为显著。采用粉喷桩处理后的复合地基承载力可达160 kPa~180 kPa。由于就地加固，无需挖出软土，与其他地基处理方法相比，具有施工作业简便、机械设备简单、速度快、效果好等特点；施工过程中无振动、无污染，对周围环境及建筑无不良影响；适用范围广(据有关资料介绍，最大处理深度已达60 m)；经粉喷桩处理后的软基段地基整体强度提高，沉降稳定，可大大减少甚至免去超载预压所需时间，有利于基层、路面等后续工序的顺利进行，这样节约了投资、缩短了工期、加快了施工进度。基于这些特点，粉喷桩施工推广应用研究的前景广阔。

1粉喷桩的基本原理

粉喷桩是粉体喷射深层搅拌桩加固软土技术的简称，国外定名为 DJM 工法 ( Dry Jet Mixing Method)。其原理是通过喷射搅拌机将粉状加固料如水泥、石灰粉等，压缩空气喷入地基深部，凭借搅拌机的回转钻头叶片使加固料与原位软土混合，就地搅拌形成具有整体性、水稳性及一定强度的桩体。桩体中的加固料与软土产生一系列物理化学反应，使软土硬结，从而使桩体与桩间土一起组成复合地基，起到加固地基的目的。

2施工准备

1)对施工范围内的场地进行平整，清除地表、地下障碍物(大块石、树根和生活垃圾等)。按设计要求铺设垫层并平整碾压至设计要求。

2)在设计提供的各种技术资料基础上作补充工程地质勘探，进一步了解地基土的性质、埋藏条件。在有代表性的地段必须钻探取土样，作室内配方实验，使现场情况符合设计要求。

3)根据现场实际情况，作好临时排、截水设施。

4)根据加固深度选择合适的钻机型号，并对机械设备进行安装、调试，处于正常状态后进场就位。

5)准备充足的粉喷材料。喷粉所用的加固料应符合设计要求的种类和规格，并有质量合格证。严禁使用受潮、结板、变质的加固料。

6)丈量钻杆长度，并标上明显标识，以便掌握钻杆钻入深度及复搅深度。

7)根据土质差异、水泥品种和标号的不同打设数根试桩，确定加固料的掺入比、搅拌机提升速度、搅拌速度、单位时间喷入量以及喷入压力等。

3施工工艺及要求

1)场地平整、钻机定位、机座平稳后，调整导轨垂直度，保持钻杆垂直，钻头对中桩位，调平桩机平台，启动主钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动自动记录仪和空压机送气，并继续钻进。

2)下沉钻进。启动电机及搅拌机钻头，放松起吊钢丝绳，空压机同时送气，使钻机沿导轨正向旋转钻进，下沉至设计深度。为顺利钻进，同时不致堵塞喷射

口，下沉过程中，不喷射加固料，只喷射压缩空气。当遇到较坚硬的表土层使下沉速度过慢(超过30 minPm)时，适当加水下沉。但在严格控制用水量的情况下，当将要穿过表层硬土时立即停止冲水。

3)钻到设计深度时，停止钻进，钻孔深度要确保设计桩长，钻头反钻，但不提升。

4)打开送料阀门，关闭送气阀，改变钻机的旋转方向，粉体发送器送灰至喷灰口，开始喷粉。钻机反向转动搅拌，边旋转边喷粉，将水泥均匀喷入地下与土充分拌合。按规定速度旋喷提升，达到地面以下30~50 cm时，关闭送灰器，停止喷粉。地表50cm部分由人工回填黏性土压实处理。

5)打开送气阀，关闭送料阀，但空压机不停机，搅拌钻头升至桩顶时，停止提升，在原位转动2min，以保证桩头密实。

6)关闭粉体发送器后，再次将钻杆下沉，钻至设计的复搅深度，反钻提升进行第二次搅拌，同时利用加压空气将管内剩余粉体吹尽。

7)复搅后，提出钻头，停止主电机、空压机，钻机移位进行下根桩施工。

4粉喷桩质量控制

1)粉喷桩属地下隐蔽工程，影响施工质量的因素较多，重点应控制好以下工序：钻机准确对位并调整；钻孔深度，喷粉、停喷时间；单桩喷粉量及搅拌长度。

2)必须配备有效的电脑自动记录仪，正确记录各种参数并自动打印输出：桩号、日期、开始和结束时间、设计桩长、实际桩深、每延米的喷粉量及累计数量、搅拌深度等，确保粉喷桩的质量。

3)严格控制喷粉高程和停喷高程，不得中途停喷，严禁在尚未喷粉情况下，进行钻杆提升作业。

4)施工中发现喷粉量不足，要整桩复打，复打时喷粉量不少于设计用量，中途因故停喷中断时，必须复打，复打重叠孔段不小于1m。

5)粉体发送器必须配置粉料计量装置，并由专人对水泥瞬时喷入量和累计喷入量进行记录。

6)储灰罐容量不小于一根桩用灰量加50kg，储量不足时，不能进行下一根桩施工。

7)定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用中的钻头定期进行检查，其直径磨耗量不得大于10 mm。

8)钻至设计深度后，应有一定的保留时间，以保证加固粉到达桩底。严禁停转、停气，应保持深度不变，空搅1~2min，以防喷口堵塞。

9)对于需重点加固的桩段，采取复喷(或加大喷粉量)、增加复搅次数等措施。考虑到地层及施工精度等因素的影响，适当增加复喷或复搅段的长度，确保需加强桩段的范围。

10)加固土料的充分固化需一定的时间完成。

因此，从粉喷桩施工完成到开始填筑路堤应留出一段时间间隔，并在填筑开始时根据固化强度适当控制填速率，避免因加载过快导致地基沉降增大甚至失稳或出现断桩等情况。

5影响粉喷桩强度的主要因素

5.1水泥掺量

粉喷桩强度随水泥掺量的提高而增长，但并不是呈线形关系。在掺量较低时，

增长缓慢，当掺量提高到一定程度时，强度有突然增长的趋势，这一掺量可视为该类土在此含水量情况下的最佳水泥掺量。

5.2龄期

粉喷桩强度随龄期增长而增大。根据试验结果，其7天强度即能达到设计强度的30%-50%；按照设计要求，选用28天龄期强度作为粉喷桩的标准强度。

5.3土中粘粒含量

土中粘粒含量越高，粉喷桩的强度越低。而砂性土由于其粘聚力小、透水性强，在水泥掺量较低时，加固后土的强度很低；而一旦水泥掺量提高到一定程度时，其粘聚力和强度提高很快。这充分体现了砂性土的所谓细骨料的作用。

5.4原状土含水量。

土中含水量越高，粉喷桩的强度越低，特别是在含水量超过30%、水泥掺量较低时，这样的情况尤为突出。其主要原因是水泥水化的物理化学反应需水量很小，多余的水分反而减缓了它的反应速度，并降低了粉喷桩的强度。

5.5水泥标号。

粉喷桩的强度随水泥标号的提高而增加，水泥标号每提高100号，粉喷桩强度可增加20%-30%。

5.6土中有机质含量。

有机质含量少的粉喷桩，其强度比有机质含量高的要高。因此，对于有机质含量高的软土，单纯用水泥加固，效果要差一些。

6 粉喷桩的质量检验

成桩后7 d，分别对桩间距、桩径以及桩身内在质量进行检测，以评定施工质量。

6.1 桩间距检测

用经纬仪、钢尺检测，允许偏差±10cm，检查频率2%。

6.2 桩径检测

用查施工原始记录及挖验的方法检测，桩径不小于设计值。

6.3 桩体成型情况及搅拌均匀程度检查

用挖验的方法，开挖深度1.5 m，检查频率2%。要求桩体圆匀，检查有无缩颈和凹凸现象、粉体搅拌是否均匀、有无松散现象、群桩桩顶是否整齐等。

1)成桩28 d后，对桩进行钻孔取芯，制成直径10 mm，长度100 mm的试件(取芯部位在桩顶下0.5 m，1.0 m，1.5 m处)，进行无侧限抗压强度试验，检测频率，以确定水泥土的强度是否符合设计要求。2)成桩28 d后，对桩身进行低应变无破损检测，检测频率1%。通过锤击反应波在水泥中的传播速度来判断水泥土的质量，根据波形、波速等变化情况对桩身的完整性进行评价。3)承载力进行测试，由监理工程师随机抽检，检测频率1 %，并不得小于3根，以单桩承载力不小于300 kPa为标准，检验施工质量。

7 结语

粉喷桩作为软土地基的一种加固措施，通过施工检验、质量检测并结合沉降观测，所形成的复合地基整体性好，无不均匀沉降，地基承载力得到了很大提高。但是，粉喷桩内在质量是保证软土地基质量的关键，是复合地基承载力能否达到设计要求的根本。无侧限抗压强度检测、低应变无破损检测以及单桩承载力测试是粉喷桩质量检测的可靠方法，而单桩复合地基承载力试验是确定复合地基承载能力的可靠依据。只有对施工、检测的各个细节科学管理、严加控制，才能使粉喷桩达到其应有的效果，起到应有的作用。

参考文献

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