粉喷桩在奎河涵站工程软基处理中的应用

一、工程概况

奎河涵站工程位于安徽省宿州市桥区境内，工程土层状态基本是表层3~8m厚重粉质壤土层，下6~19m厚软、流塑层，再下为全风化粉砂岩。采用粉喷桩处理软土地基，即以水泥作为固化剂，利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩，并吸收周围水分，经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体，对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量具有明显效果。本文结合奎河涵站工程实际对粉喷桩处理软土地基施工基础施工工艺与检测方法进行探讨。

二、设计简介

奎河涵站工程粉喷桩设计桩径为50cm，平面呈矩形布置，桩距为1.0m。桩长以穿透软、流塑层进入硬塑层不少于50cm为原则。利用粉喷桩的水泥（425#普通硅酸盐水泥）为干粉。根据地基含水量的大小，采用水泥喷入量为（45~60kg/m。含水量在40%以下时，水泥用量为45kg/m；含水量在40%~60%之间，水泥用量为50kg/m；含水量在60%~70%之间，水泥用量为55kg/m；含水量大于70%时，水泥用量为60kg/m。设计要求水泥土28d无侧限抗压强度≥1.2MPa。）

三、准备阶段

1、施工前技术资料准备

粉喷桩施工前准备下列施工技术资料：施工现场的工程土质报告、土工试验报告、室内配方试验报告（7d期龄），粉喷桩设计桩位图，原地面高程，加固深度与停灰面高程以及测量资料。

2、场地平整，清除障碍

场地低洼时，回填粘土；施工场地不能满足机械行走时，铺设砂石或碎石垫层；地表过软，则采用避免机械失稳措施。

3、室内配比实验

根据设计单位提供的《工程地质详细勘察报告》，选取有代表性的土质，水泥用量一般按土样天然湿重的15%~20%掺入，由施工单位、监理单位共同按50kg/m、55kg/m水泥用量分别做配比试验，求得R7、R28、R90无侧限抗压强度。根据设计强度要求，确定施工时水泥用量为不小于50kg/m，同时要求满足强度和喷粉量双控指标。

4、现场公益性试桩

在粉喷桩大面积开工前，为了确定适合现场情况的各种操作技术参数，必须按室内配合比进行工艺性试桩。试桩位置根据地质情况及软土层厚度的不同进行选择，要求至少选择2处有代表性土质，且每处试桩不少于5根。通过试桩确定满足设计水泥喷入量机械的施工技术参数：如钻进速度、平均提升速度、搅拌速度、钻进复搅及提升时管道压力、喷灰时管道压力等，同时根据试桩的现场记录、实验数据及检测结果对粉喷桩的施工工艺、施工质量和加固效果进行评价。通过现场工艺性试桩的总结，进一步确定控制施工质量的要点。

5、实行施工许可证制

开工前对各粉喷桩施工机组进行检查，具备施工条件并试桩成功的发施工许可证，不满足施工条件的不发或没收施工许可证，否则不允许施工。

四、施工工艺流程及注意事项

1、粉喷桩施工流程

粉喷桩施工流程：开工钻孔对位钻进设计加固深度成桩停灰面复搅1/3桩长移位。

2、施工注意事项

（1）控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度。

（2）严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。

（3）定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用钻头定期复核检查，直径磨耗量不得大于2cm。

（4）当钻头提升至地面以下0.5m时，粉喷机应停止喷粉。

（5）在喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉时，第二次喷粉重叠长度不得小于1m。

（6）粉喷桩施工时，泵送水泥必须连续，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录，其用量误差不得大于±1%。

（7）为保证搅拌机的垂直度，应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，每工作班检查不少于2次，使垂直度不超过1%。

（8）搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录，深度应达到设计要求，时间误差不大于5s，施工前应丈量钻杆长度，并标上明显标志，以便掌握钻入深度和复搅深度。施工中出现的问题及处理情况应作好记录。

（9）储灰罐容量应不得小于一根桩的用灰量加50kg，如储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。

（10）粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入浓度及每根桩的钻进时间等，监理人员应随时检查记录情况。

五、质量控制

1、每天水泥消耗量与完成工程量进行比较

确保水泥喷粉量满足设计要求，每台钻机每日开工前检查压力罐及水泥堆放量，每日工作结束后检查水泥剩余量，计算当日水泥消耗量是否与当日完成的粉喷桩所要消耗的水泥用量相吻合。若有差距，则认为存在问题，要认真检查分析原因，以确保水泥喷粉量总体要求满足设计要求。

2、严格控制钻孔下钻深度、喷粉高程及停灰面

确保粉喷桩长度和喷粉量达到规定要求，按要求浓度误差不得大于5cm，水泥损耗量不得大于2kg/m，当钻孔深度达到设计桩长，软土层仍未穿透时，应继续钻进，直至深入持力层0.5m为止；当为达到设计桩长，而钻进有十分困难时，应保证至少深入持力层1.0m，且经驻地监理单位签认。若出现大面积与设计桩长不符实，应报设计单位调查、变更。要严格控制喷粉时间，严禁在尚未喷粉的情况下提升钻杆，提升钻杆前要有等待送粉到达桩底的时间，一半时间为5s。停灰面应控制在地面以下50cm处不得过早停灰。

3、严格控制复搅长度

一般土体要求必须全程复搅，若遇特殊土质时，经监理工程师同意后可缩短复搅长度，施工中主要根据复搅时电流表读数来确定，当电流表读数明显长、复搅进尺较困难时，可停止复搅，但必须保证复搅长度达到设计桩长的1/3，并不小于5m，同时认真作好记录。

4、控制日工作进度，保证施工质量

为防止盲目抢进度影响工程质量，根据施工技术参数和经验确定每台机组的日工作进度，通过控制每日工作进度，来保证施工质量。当某台机组日工作量超过规定日工作进度较多时，则认为存在一定的质量隐患，应认真分析原因并加大检查力度。

六、施工中常见问题及处理方法

1、施工机械性能欠佳

施工机械不能下钻到持力层，钻进深度不够；钻进时不能保持垂直度，桩头检测不合格；喷粉计量装置不准确，导致漏喷、少喷。对于这些机械的原因，应进行更换和改良，要求机械档位多，能随时调整机械下钻速度，一般要求机械能以0.5~1.5m/min下钻、提升，且满足垂直的要求；对于计量装置的不准确，要严格标定。

2、水泥受潮结块、失效

虽然每台机在灰罐有隔塞，防止了结块水泥进入灰罐，但受潮失效的水泥往往被打入地基，此时要求建好水泥台账，专人负责，保证从源头控制好水泥质量，并经常性对水泥进行不定期检查。

3、由于施工单位讲究效益，施工时快钻、快升，缺少复搅

根据不同地质情况钻进的速度应不同，很多施工单位只看电流表的变化，导致没到持力层就停止下钻，在喷粉时的快进快出导致局部水泥多少不均。所以在下钻、喷粉、提升、复搅时应严格控制速度，下钻时一般可控制在1.2m/min，特殊路段控制在0.5~0.8m/min，以保证桩体的均匀性。

4、缺乏对突发地质情况的处理经验

一段落上的地质情况基本是一致的，地质勘察也只能描述地质的某段落情况，所以很多时候，由于地质的突发性，导致不同的地质现场与设计不符。一是钻机无法下钻、喷灰，此时可能现场含水量小，钻进速度快，根据试桩情况，可减少桩长，降低喷灰量；二是钻机正常施工，打完一根桩后提出，桩头却“下掉”几十公分甚至几米，此时可能实际含水量大，下钻过快，搅动原土层，使桩体体积扩大，根据试桩情况，可减少钻进速度（一般可控制在0.5m/min），减少喷灰时管道压力（0.2~0.3MPa），增加每延米的喷灰量。根据施工现场反映，方法是可行的。

七、质量检测

1、桩位及桩距检测

粉喷桩成桩7d后，由施工单位自行开挖自检，开挖深度为1.5m，现场监理及工作组人员目测桩体成型情况，观察桩体颜色是否一致，搅拌是否均匀。测量桩体直径、桩间距，如实做好记录，检测频率按2%控制，对检查不合格的及时报废补桩。

2、桩身强度检测

粉喷成桩28d后，可进行桩身强度检测，现场随机指定桩位频率为千分之二，试件取样后在指定桩位停灰面以下0.5d、1.0d、1.5d处截取三段桩体，每段长度给50cm，试件上、下面修平后进行无侧抗压强度试验。

3、小应变动无损测法试验

为全面了解粉喷桩的桩长及桩身的完整性，一般可在成桩7d后，按照2%检测频率进行小应变动无损检测。

4、钻芯取样

成桩28d后，在现场监理抽检合格的情况下，为进一步准确判定粉喷桩的桩长、粉喷均匀性及有无断桩分层等现象，随机抽桩取位，进行全桩长取芯试验，经对取样检查，桩长符合设计要求，桩体成性较好、颜色均匀、无断桩分层现象，在芯样上、中、下截取试件做无侧限抗压强度试验，满足设计强度要求。

八、结束语

粉喷桩处理地基是个复杂的技术问题，粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，与掺入粉体的质量、施工工艺、地基土的性质有关，其中尤以含水量的关系甚为密切。大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用，促使桩体充分形成。桩的质量与粉体掺入量的多少有直接关系，如何计量粉体便成为关键。