水泥粉喷桩加固软土地基的施工

【摘要】公路工程是经济发展的基础产业，公路工程行业的发展对国民经济的发展具有极大的影响力。水泥粉喷桩加固技术在软土地基处理中的大量应用，极大提高了公路工程的质量。本文主要对水泥粉喷桩施工的设备、施工工艺及质量控制进行了分析。

【关键词】水泥粉喷桩；设备；施工工艺；质量控制

水泥粉喷桩是加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化主剂，通过钻机、粉体发送器、空气压缩机等设备就地将软土和固化剂进行强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有一定整体性、水稳性和一定强度的地基。

一、工程概况

郑州机场高速公路改扩建工程NO.3标段收费站互通式立交B匝道桥桥头地基处理采用粉喷桩，处理的目的是为了减小路基工后沉降量，保证路基稳定，解决结构物与路基衔接处跳车等病害。根据B匝道桥位处的地质钻探资料显示，粉喷桩依次穿过的地层分别是粉砂、粉土、粘土、粉质粘土、到达细砂层。设计采用粉喷桩处理里程为BK0+362.2～BK0+387.2，BK0+499.8～BK0+524.8，共计处理长度50m。处理措施为粉喷桩+碎石垫层+土工格栅。处理宽度为39.6m和38.6m。粉喷桩共计916根，单根长度为12m，总长10992m。碎石垫层822.4m3 ，土工格栅4112.2m2。粉喷桩桩径为50cm，采用正三角形布置。

二、水泥粉喷桩施工设备

水泥粉喷桩的施工机械设备主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和动力设备（发电机组）等。

1、钻机

钻机是粉体喷射搅拌法施工的主要机械，它必须满足：①动力大、扭矩大和符合大直径钻头成桩要求，钻头直径一般与水泥粉喷桩的直径相同；②具有正向钻进，反转提升的功能；③具有反转提升时能匀速提升、匀速搅拌、匀速喷粉等功能。

2、粉体发送器

粉体发送器是定时发送粉体材料的设备，它是粉体喷搅拌法加固施工机械中的关键设备，其工作原理为：由空气压缩机送来的压缩空气，通过节流阀②调节风量大小，压缩空气进入“气水分离器④”后使压缩空气中的气水分离，然后“干风”送到粉体发磅器喉管与“转鼓”里输出的粉料混合，成为气粉混合体，进入钻机的旋转龙头，经空心钻杆由钻头喷出，使水泥粉经钻叶与软土拌和。

粉体的定量输出，由转鼓转速控制。施工时根据配合比确定掺入比和钻头提升速度及钻机的转速，并选定合适的粉体发送量（确定转鼓转速）。

每根桩水泥总量喷入多少，由灰罐电子称控制。喷粉过程中认真做好粉量记录，确保掺入量符合设计要求，一般掺入量采用15%～16%。

3、空气压缩机

喷粉桩水泥的喷出，是以空气压缩机作为风源。空气压缩机的选定主要由加固工程的地质条件及加固深度所决定，但平常采用的空气压缩机压力不大，为0.2～0.4MPa，其风量也不宜太大，一般为1.6～2.0m3。

4、搅拌钻头

粉体喷射搅拌法凭借钻头叶片的搅拌作用将使灰粉与软土混合，因此，搅拌钻头的形状直接影响灰、土的搅拌效果。搅拌钻头的形状要保证在反向旋转提升时，对桩中土体有压密作用，而不是将灰、土向地面翻升而降低桩体质量。

5、计量装置及动力设备

计量装置在喷粉桩施工过程中起到质量监测的作用，施工前必须标定，施工过程中要有专人监控记录。施工过程中监测一般包括深度计、电子称、各种压力表、电压表、电流表读数等。电压表、电流表主要反j钻头钻进过程中的受力情况，从中可判别钻头经过地层的情况。

一般为75KW的发电机组即可满足动力设备要求，也可使用市电。动力设备与桩机为一一配置。

二、水泥粉喷桩施工工艺及质量控制

1、施工顺序及施工工艺

水泥喷粉桩的主要施工顺序为：施工准备钻机就位钻进提升喷粉搅拌升到设计标高后再复钻提升复拌升到设计标高后停机下一桩循环施工。

2、施工质量控制

（1）施工准备

施工准备主要是进场道路准备、施工工作面准备和备料准备，进场道路要满足施工机械的进出要求，施工场地强度要满足喷粉机械的承载力要求，一般要先垫一定厚度的砂层，该层也作为喷粉桩的预加桩头层用，一般厚为50～100cm。粉喷桩的水泥用量较大，要根据施工进度要求备足料。

（2）工艺性试桩

粉喷桩正式施工前要先施工3～6根桩进行工艺性试桩，以确定：①要穿过软土层的实际深度；②了解各软土的阻力，以确定钻进及提升速度和喷粉量。在实际工作中根据其取芯质量情况发现，对含水量较大的软土，提升速度要慢，风量要大才能保证成桩质量；对砂层，特别是粗砂层，提升速度应较淤泥层快，风量应较淤泥层的小。

（3）各主要工序的质量控制要点。

①桩机就位：根据设计，确定加固放置机置的基础（即加垫砂层），使搅拌桩机机轴保持垂直，以防打斜桩，影响桩基承载力。

②下钻：启动搅拌钻机，钻头边旋转边钻进。为不致于堵塞喷射口，此时并不喷射加固材料，而是喷射压缩空气，可使钻进顺利，减小负载扭距。随着钻进，准备被加固的土体在原位受到搅动。

③提升钻头并反转：在提升过程喷粉搅拌，通过粉体发送器将水泥粉喷射入搅拌的土体中，使土体和水泥沿深度方向充分拌和。要根据地质情况，决定提升速度，以得到较均匀的水泥土桩，提升速度根据试桩参数确定。

④提升结束：当钻头号提升到距地面30～50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，成桩结束。这时由于装置的回路是封闭的，粉体不会向空中喷射和飞散。在向上体喷射过程中的最后阶段，在搅拌钻头距地面30cm处停止喷粉，粉粒不会溢出地面。一般在设计桩顶预加50cm桩长作为破除桩头用。

⑤复拌：停止喷粉，钻头边旋转边钻进，直至设计深度的1/3处，再边提升边反向旋转，使土体和粉体充分拌和，土体被充分粉碎，水泥粉被均匀地分散在桩土中。复拌的深度一般为设计桩长的1/3，复拌是保证成桩均匀和提高桩体强度的有效措施。

3、质量标准及验收

（1）基本要求

水泥的标号要符合设计要求，要按成桩试验所确定的技术参数进行施工；严格控制喷粉时间、停粉时间及水泥喷入量，确保粉喷桩的长度；桩体上部1/3的桩长范围内必须进行2次搅拌，确保桩体质量；发现喷粉量不足时，应整桩复打；喷粉中断时复打的重叠孔段应大于1m。

（2）桩体质量检验及质量分析

桩长及强度检测应以取芯为准，本工程以取芯和轻便触探联合检测，前者为甲方抽检，频率为2%，后者为施工单位自检，频率为5%。

从取芯的结果得：原状土为含水量大的软弱淤泥时，桩体胶结较差，且为松散可塑～硬塑状，桩体强度低；若原状土为粗砂层或细砂层时，桩体胶结好，强度高；若原状土为粉砂、淤泥质粘土时，桩体胶结介于二者之间。根据地质性质，确定提升搅拌速度是控制整桩质量的关键。

三、结束语

综上所述，施工企业必须高度重视水泥粉喷桩施工技术及质量，严格控制施工过程中的每一个环节，只有这样才能避免工程安全隐患的产生。

参考文献：

[1]王守胜，秦玉斌；粉喷桩在加固高速公路软土地基处理中的应用[J]；安徽地质；2002年04期

[2]杨志明；水泥粉喷桩在高层建筑地基处理中的应用[J]；施工技术；2001年01期

[3]宋永刚；；水泥粉喷桩加固软土地基的施工[A]；河南省土木建筑学会2009年学术大会论文集[C]；2009年