粉喷桩在公路软基处理中的应用分析
来源:用户上传
作者:
摘 要：本文作者结合多年的工作经验，分析了粉喷桩施工原理，介绍了粉喷桩的施工工艺流程、质量控制措施，并总结出其在实际施工应用中存在的问题，以进一步推广粉喷桩在高速公路软基处理中的应用。
关键词：粉喷桩；软基处理；应用
1 粉喷桩施工原理
粉喷桩是粉体喷射深层搅拌的简称，它是深层加固处理技术的一种。其原理是通过专用的深层粉体喷射搅拌机，将粉状加固料如水泥，石灰粉等用压缩空气喷人地基深处，凭借搅拌机的回转钻头叶片使加固料于原位软土混合，就地搅拌具有整体性，水稳性及一定强度的桩体，桩体中的加固料与软土产生了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。粉喷桩在公路施工中的实践表明，采用粉喷桩施工方法加固软土地基具有以下优点。
(1)有效的减少地基的总沉降量，与排水固结法相比总沉降量能减少30％左右，这对控制路堤的沉降和桥头“跳
车”具有明显的效果。
(2)有效的减少路堤的侧向位移，与排水固结法在相同条件下相比，侧向位移减少印％以上，并且在较短的时间内趋向稳定。
(3)对路堤快速填筑施工有较强的适应性，在工期短、雨季施工中，与排水固结法相比，可以允许较高的填土速率。
(4)与普通混凝土桩基础相比，节省了钢筋材料，降低了工程造价，且更容易保证施工安全。
2 粉喷桩的应用
2.1 施工准备
（1）粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料：施工场地的工程地质报告，粉喷桩设计桩位图，原地面高程数据表，加固深度与停灰面高程以及测量资料等。
（2）场地平整、清除障碍。如场地低洼，应回填粘性土；施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层。压实度不小于85％。若地表过软，则应采取防止机械失稳措施。
（3）施工机具准备，进行机械组装和试运转。
（4）粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配合比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。粉喷桩所用的水泥应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用。
（5）粉喷桩所用的水泥(425#普通硅酸盐水泥)应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用，严禁使用受潮、结块变质的加固料。
2.2 室内配合比试验
粉喷桩的质量与天然地基土的性质有关，因此当地基加固工程决定采用粉喷桩时，水泥掺人量的确定很关键，首先在施工前至少28d，要在室内标准条件下，制配不同配合比的水泥土试件，进行不同龄期的强度试验。根据钻探的地质资料，取具有代表性的土，测其含水量、空隙比、湿容重等。根据湿容重确定几种水泥掺人量进行试验，根据试验结果确定能满足设计要求的最佳水掺入量。
2.3 工艺性试桩
粉喷桩正式施工前要先进行成桩试验，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。
2.4 施工工艺流程
（1）桩基就位：根据设计，确定加固放置机体位置的基础(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人搅拌的土体中，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3O～5()cm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5Ocm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，复拌是保证成桩均匀和提高桩体强度的有效措施
2.5 施工注意事项
(1)施工前应在工程位置上进行工艺性试桩试验，取得施工技术参数；并根据成桩试验确定的技术参数进行施工。控制好钻进速度与提升速度。
(2)严格控制喷粉时间，停粉时间和水泥喷入量，确保粉喷桩长度。桩身上部(1／3桩身)范围内必须进行两次搅拌，确保桩身质量。
(3)发现喷粉量不足时，应整桩复打。
(4)喷粉中断时，复打重叠孔段应不小于lm。
(5)雨天空气湿度高，对送灰量有明显影响，宜在晴好天气施工。
2.6 粉喷桩施工质量管理
粉喷桩是水泥与地基土的搅拌产物，天然地基土的性质、水泥剂量、搅拌机械性能与工艺等几个方面将综合影响成桩质量(强度与均匀性)。粉喷桩的质量关键在于每跟桩都有足够的粉喷量以及喷粉与搅拌的均匀程度。
3 粉喷桩在施工应用中存在的问题
3.1 粉体喷人的计量
桩的质量与粉体掺人量的多少有直接关系，如何计量粉体便成为关键。从理论上讲，气体和固体双相流的计量具有很大难度，但又非常重要，目前使用的灰罐体积测量法、电子秤称重法、弹簧秤称重法等均不是很理想的计量方法。最近某些单位通对粉喷桩新型计量装置的研制，提出了气固双相流称量计量，它可以较大程度地克服现有计量装置所产生误差，同时也提出了改进目前电子秤称重法的方案，从而使得粉喷桩施工工艺更趋完善，质量更加可靠。
3.2 粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响
粉喷桩的施工资料及实践证明，当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层成为支承式时沉降量很少，若未能打穿软土层，成为悬浮式时沉降较大。地基的过大沉降，说明桩尖下卧软土层的沉降还相当大，而且持续时间较长，将不得不重新进行处理甚至报废。如何来解决悬浮式问题，需要对下卧层软土的沉降有一个正确的评估，在设计理论上寻求突破，同时在实践中探索解决的方法。
3.3 地基土含水量对粉喷桩质量的影响
粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺入粉体的质量、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。规范规定，地基土的天然含水量在小于3O％或大于7O％时不宜采用。因为当土的含水量小于30％时，土中的水份不足以使粉体进行水化作用；当含水量大于70％时，含水量过高的土壤往往孔隙比大，若按常规掺入粉体数量，由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力， 由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓 掉桩 或“下沉”，常为地表下l～2m。当发生“掉桩’域“下沉”时，只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅，就能克服这种现象，如果不作处理将会造成过大的路基沉降。
3.4 复搅和转速对桩强度的影响
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，促使桩体的充分形成。同时钻头喷出的粉体一般呈脉冲状，若不充分进行搅拌，粉体在桩中往往呈层状，形成一个“夹生”，对桩的强度不利。为了提高工效，粉喷钻机在下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升；否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺人。
结束语
粉喷桩处理软土地基是一种行之有效的方法，其具有很多显著优点，因而被广泛采用。但其施工管理技术难度较大，施工队伍是否严格按照施工技术操作规程，将直接影响到粉喷桩的施工质量，如果学握不好，极易出现偏差，又因其为隐蔽工程，易于留下隐患。因此，紧抓施工环节，严格施工过程的管理非常重要，只有在施工过程中严格控制才能确保工程质量，才能使粉喷桩在高速公路建设工程中得到更广泛的应用。
参考文献
[1] 刘剑光.粉体喷搅桩加固软基的工程应用与试验研究[D].西南交通大学，2003
[2] 沈 华．粉喷桩在铁路软土地基处理中的应用分析[J]．山西建筑，2007
[3] 赵媛媛.粉喷桩处理软基施工工艺和质量控制方法研究[J].西部探矿工程，2010
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-559456.htm
