浅析粉喷桩软基处理施工

摘要：本文结合工程实例,对粉喷桩软基处理在设计、施工及质检中采用的室内配合比试验及现场抽芯检测相结合的作法进行论述。

关键词：粉喷桩；软基处理；应用

Abstract: combining with practical engineering, the pile soft foundation treatment in design, construction and quality inspection of mixing the indoor test and field test smoke core of combining the practice was discussed.

Keywords: pile; Soft foundation treatment; application

中图分类号： TU471.8 文献标识码：A文章编号：

1工程概况

某工程位于市区。由于该工程堤段均为新建堤段，原堤址河岸沿线地势平坦。区域内地面标高一般为1．50—2．00m(珠基，下同)，设计防洪水位为2．41~2．71m(P=2％) 。由于该堤段地质情况较为复杂，地层变化大，堤基存在较厚的软弱淤泥层，而软土地基作为一种常见的不良地基，它给堤防工程建筑物造成极大的危害，因此，该堤段采用了水利工程中较为常见的粉体喷射搅拌法(简称粉喷法)加固软土技术处理堤基，以达到提高堤基承载力及满足堤身的变形要求，从而保证堤防工程的安全。

2工程地质条件

该堤址地形较为平坦，钻孔孔口标高为1．2～2．m。场地内地层为第四纪河口平原构成，未固结或松散，厚度较薄，平均厚度为0．42m；②粘土，灰黄色，软塑，厚度较小，部分尖灭，平均厚度为0．62m，属中压缩性土；③淤泥，灰黑色，饱和，流塑，含少量腐植质、砂及少量贝壳，平均厚度为11．58m；④粉质粘土，灰白色，软可塑，含中细砂，属低至中压缩性土，层厚0．00—4．50m；⑤粉细砂，松散至稍密状态，灰白色，级配不良；⑥粗中砂，灰白色，中密状态，粗中砂为主，平均厚度为6．50m。地基部分土层的物理力学性质指标见表1，工程地质剖面图(纵向)见图1。

表1 地基土物理力学性质指标

图1工程地质剖面(纵向)

3地基处理设计方案的确定与设计

3．1设计方案的确定

根据对该堤段堤型设计断面的初步分析和多方案比较后，选定采用钢筋混凝土防洪墙结合墙后填土的复合堤型结构，考虑到堤基土层的地质条件，根据确定的堤型断面，新建堤身防洪墙高度及填土高度较大(大部分超过3．0m)，作用于防洪墙的基底应力也较大，其相应要求的地基允许承载力为90～110kPa(随防洪墙的高度而变化)，均大于浅层地基土承载力标准值85kPa,并大大超过下卧淤泥层的承载力标准值

3．2复合地基设计

设计前，根据对该堤段地质勘察资料成果的分析，初步确定所采用粉喷桩桩端以第⑥层粗中砂层作为基础持力层。在地质勘察钻孔的同时，取出各土层原状土样通过室内配合比试验，提供合理的固化料种类和配方，以及加固土可靠的物理、力学性质参数，由试验确定水泥加固土的无侧限抗压强度值，作为粉喷桩地基处理的设计依据。水泥土配合比抗压试验成果见表2。

根据地质土层的分布情况，采用现行建筑地基处理技术规范，计算确定粉喷桩设计单桩承载力。由于地基土层的地质物理性状不同对粉喷桩加固地基成桩的水泥土强度影响变化较大，特别是土层的含水量和腐植质含量对桩身强度影响较大，因此，取原状土样进行室内水泥土的配合比试验是很有必要的。

表2水泥土配合比抗压试验成果

设计要求粉喷桩采用桩径为φ500mm，90d龄期单轴无侧限抗压桩身强度为2100kPa，设计单桩竖向承载力为150kN。而根据室内配合比试验，选定的32．5R普通硅酸盐水泥掺入比为l8％时，其平均抗压强度为2350kPa，满足设计要求。

由于该堤段淤泥软土层较为深厚，且此类软土含水量高、压缩性大、承载力低，遇地震易软化，抗剪强度和承载力明显降低，甚至产生较大的震陷。堤防软基处理在满足承载力要求的同时，还应减少沉降和变形。深层搅拌桩作为柔性桩的复合地基一般设计成格栅状，将软土封闭成较小面积的格室，可有效防止软土受力后流动，形成的复合地基承载力可达130～220kPa，且能更有效地减少地基沉降量，均化和增加抵御不均匀沉降的能力。因此，粉喷桩处理堤基，将基础平面布置成近似格栅状的复合地基，见图3。由基础布桩的形式，合理确定置换率和总桩数，反推复合地基容许承载力，确定粉喷桩置换率为30．2％，复合地基允许承载力为220kPa，大于建筑物基底压力，满足设计要求。

图2粉喷桩基础处理布置单位：mm

4施工技术要点

由于本堤段堤基为软弱淤泥土层，具有含水量高、孔隙比大、压缩性高及承载力低等特点。在收集场地内详细的工程地质、水文地质等资料的基础上，综合了解堤址地形、地貌等现状特征，在粉喷桩施工前应准备施工场地的工程地质报告、土工试验报告、室内配合比试验报告(7d龄期)及粉喷桩设计主要尺寸资料，并注意以下施工技术要点：

1) 为有利于粉喷桩桩机的正常施工与操作，施工场地需先进行平整，清除地表一切障碍物，然后回填中砂填筑桩机平台，以满足桩设计停灰面标高以上覆土层厚不少于50cm的要求。

2) 施工前，应在现场取原状土作配合比试验，为现场施工和抽检提供依据。

3) 施工前，施工人员根据设计所要求的每根桩均匀喷粉的喷粉量，按采用“两喷四搅”的施工工艺流程进行操作准备。

4) 喷粉或喷气时，当气压达到0．45MPa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉和钻进，查明堵塞原因，及时排除。

5) 钻头钻至设计深度，应有一定的滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。施工采用长约30m送料管时，滞留时间为2～3min。

6) 整个制桩过程因故出现断粉，应及时补喷，补喷重叠长度不得小于0．5m。

7) 粉喷桩施工接近地面标高时，地面以下1m范围内喷粉、搅拌、提升应用慢速，当喷粉即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒钟，以保证桩头搅拌均匀和密实。

8) 粉喷桩施工完成30d后，才能进行上部结构施工。

5施工质量检测与工程观测

1) 粉喷桩按规范在成桩后7d内抽取2％桩数采用轻便触探(N10)检查桩的质量，触探点在桩径方向1／4处。共检测400根桩，检查结果为：当贯入100mm，N10击数均超过规范要求的10击，其中7d最大可达62击，达到设计要求。

2) 对成桩28d后的粉喷桩进行抽芯取样检测，抽检比例约为2％o(每5个单元堤段5×16m取1根桩)，共检测40根桩，检查结果为：桩体抗压强度在2653～3536kPa之间，超过设计桩身强度值2100kPa，并大于桩身允许承载力1200kPa(强度折减系数0．57)，符合设计要求。抽芯检测结果见表3。

3) 大桥以东堤段工程于2002年5月份完工。在堤身横断面防洪墙顶、堤中心填土面及堤内侧石墙顶各设置1个变形观测点(一般沿堤线每200m布设)，见图4。通过3年多的观测，绘制堤身实测沉降量～时间曲线，见图5。据实测数据统计3处观测点平均沉降量分别为6mm、24mm及12mm，其中，防洪墙的最大沉降量为9mm，最小为3mm，一般为5～7mm，均比墙后堤身填土面的沉降量小。此外，据观测，防洪墙的分缝沉降差在4mm以内，不影响防洪堤结构的安全，满足设计要求。

表3 抽芯检测成果

图3 观测点平面布置示意单位：mm

时间t／H

图4堤身实测沉降量～时间曲线

注：①本沉降资料采用《广东省海堤工程设计导则(试行)》(DB44／182—2004)中双曲线法拟合，沉降量基本符合一般情况；②图中t为竣工后某一时间，从加荷起止时间的中点算起，月。

6结语

1)北堤工程总长4．6km，堤基处理实际完成粉喷桩成桩总长28．3万m。粉喷桩加固地基按合同预算综合单价为54元／延米，按此单价计每m堤长堤基处理的综合造价为3200元，而按同等标准要求地基达到设计标准采用砼预制管桩、钻孔灌注桩或其他如真空预压法处理处理堤基，其每m堤长造价均超过粉喷桩处理堤基，且其处理效果也难以与粉喷桩相比拟。由此可见，粉喷桩加固软弱地基技术在该项工程的应用取得良好的成效，并节约了工程投资。

2)该堤段工程在设计、施工及质检中采用了以钻孔取原状土样作水泥加固土的室内配合比试验及现场钻孔抽芯制成标准试块，做加固土岩芯的无侧限抗压强度试验，为设计采用合适的水泥掺入比所确定的加固土抗压强度提供依据，为施工提供便捷条件，为质检提供可操作性。

3)粉喷桩处理高含水量、高塑性的软弱地基，由于其作为一种复合地基，能较好地与堤基土层相协调，适应防洪堤的构造要求。防洪墙建筑物沉降量和沉降差较小，与墙后无地基处理的堤身填土相比，其沉降量明显较小。因此，北堤工程的粉喷桩处理堤基，不失为一种处理堤防建筑物软基的好方法，可以在类似地质条件的水利工程中推广应用。