水泥粉喷桩处理粉煤灰填土地基的应用

摘要：水泥粉喷桩技术具有适应面广、成本低、施工难度不大、不留地下暗瘤等优点。本文重点阐述了在粉煤灰场区水泥粉喷桩复合地基处理的施工工艺和质量控制。

关键词：粉煤灰场区；水泥粉喷桩；复合地基处理

1 前言

随着工程建设的发展，各种地基处理方式得到了广泛应用。在粉煤灰堆场区土层如何保证地基基础的安全，加快施工进度，充分利用现有地质条件，提高地基的承载力是新的课题。我公司在湖南岳阳华能电厂二期工程(2×300MW机组)主厂房及化学水处理工房区域成功应用了水泥粉喷桩地基处理技术，共计施工3150根水泥粉喷桩，积累了一定的经验。

2 工程地质及地基处理方案的选择

湖南岳阳华能电厂二期工程(2×300MW机组)主厂房化学水处理工房区域地质主要为人工填土(主要为一期工程生产所堆积的粉煤灰)、粉土和粉质粘土。桩尖持力层为第四系更新统冲积层(Q3al)，为硬塑粘土层。

针对本工程的特点，提出过采用夯扩桩、混凝土灌注桩、静压管桩等方案，但因夯扩桩振动及噪音太大，混凝土灌注桩有“缩颈”现象，静压管桩造价较高等原因，这些方案均被否定，最后决定采用水泥粉喷桩与桩间土形成复合地基的地基处理方案。

3　施工准备工作

3．1材料准备：喷粉使用的粉体固化剂为32．5级普通硅酸盐水泥，入罐时应经筛网过筛，最大粒度不超过5mm，不得含有纸屑、塑料布、石子等杂质；

3．2机具设备的准备：喷粉桩机及配套水泥罐子、灰罐及喷粉系统、空气压缩机等。喷粉桩机由液压步履式底架、井架和导向加减压机构、钻机传动系统、钻具、液压系统、喷粉系统、电气系统等部分组成。

3．3技术准备：进行图纸会审，编制好单项施工方案，对施工队组进行技术与安全交底。

3．4其他准备工作：主要是对施工操作人员进行一次专门的培训。

4 施工工艺流程及操作要点

4．1粉喷桩施工工艺流程

3．2粉喷桩施工操作要点

3．2．1组装架立喷粉桩机，检查主机各部的连接，液化系统、电气系统、喷粉系统各部分安装高度情况及灰罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和坚固工作，排除异常情况后，方可进行操作。

4．2．2成桩时，先用喷粉桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后，将粉喷钻头以1.0～1.2m/min速度边旋转边提升，同时边通过喷粉系统将水泥通过钻杆端喷嘴定时、定量搅动的土体喷粉，使土体和水泥进行充分搅拌混合。

4．2．3桩体喷粉要求一气呵成，不得中断，每根桩宜装一次灰并搅喷完。喷粉尝试在钻杆上标线控制，喷粉压力控制在0.5～0.8Mpa。

4．2．4施工中送灰一定要连续，若一旦因故中断，当搅拌机重新启动时，为防止断桩，将搅拌轴下沉0.5m再继续制桩。

4．2．5当钻头提升到高于桩顶面约500mm，喷粉系统停止向孔内喷射水泥时，桩体即告完成。为保证质量，上部1.5～2.5m可复钻孔喷粉一次。

4．2．6水泥掺入量上部1/3不少于22％，下部2/3为16％，水泥含量每米50-51kg，每三层应进行复搅。

4．2．7重复上、下搅拌，为使软土和水泥粉体搅拌均匀，第二次再次将搅拌机旋转下沉，再次搅拌，当搅拌头端接近桩顶位置时，持续搅拌3min后才拔出搅拌头，复搅长度为设计桩长的1/3。

4．2．8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、单位喷粉量的允许偏差。要求桩轴线偏移(纵横方向)不大于1mm，钻杆倾斜度不超过1％，桩长不小于设计规定，单桩喷粉量的允许偏差在8％以内。

5　质量控制要点

5．1遵守下列质量标准及技术规范：《建筑工程施工质量验收统―标准》(GB50300-200 1)：《建筑地基基础施工质量验收规范》(GB50202-200D；《电力建设施工及验收技术规范》(SDJ69-87)。

5．2各方面的质量控制要点

5．2．1施工设备和施工质量控制

5．2．1．1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、均匀搅拌、匀速喷粉等功能。

5．2．1．2粉体发送器：粉体发送器是定时发送粉体材料的设备，它是粉体喷射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，通过节流阀调节风量大小，压缩空气进入“气水分离器”使压缩空气中气水分离，然后“干风”送到粉体发送器喉管与“转鼓”里输出的粉体混合，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％。

5．2．1．3空气压缩机：粉喷桩水泥的喷出，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。

5．2．1．4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。

5．2．1．5计量装置及动力设备：计量装置在粉喷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、电压表读数等。电压表、电流表主要反映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。

5．2．2施工工艺方面的质量控制

5．2．2．1施工准备：施工准备主要是进场道路准备、施工作业面准备和备料准备。

5．2．2．2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抽芯质量情况发现，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。

5．2．2．3各主要工序的质量控制要点：

①桩基就位：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：启动搅拌桩机，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。在向土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，复拌的深度一般位设计桩长的1/3，复拌是保证成桩均匀和提高桩体强度的有效措施。

5．2．3质量标准及验收

5．2．3．1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。

5．2．3．2桩体质量检验：桩长及强度检测应以取芯为准，也可以取芯和轻便触探联合检测，取芯抽检率为2％，轻便触探抽检率为5％。