粉喷桩在软基处理中的施工控制

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　　摘要：粉喷桩是进行软基处理的一种有效形式，本文结合郑民高速公路开封段土建2标粉喷桩处理软基的施工实践，总结介绍了粉喷桩应用于高速公路软基处理的施工准备、施工工艺、施工控制、质量检验等控制环节。
　　关键词：软基处理；粉喷桩；施工
　　1粉喷桩固结原理
　　 粉喷桩是利用水泥粉体作为固化剂，通过专用的粉喷特制搅拌机械用压缩空气将粉体喷到软弱地层中，在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，通过水泥的水解化作用，产生物理和化学反应将软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土，处理效果显著，处理后可很快投入使用。对快速提高软土地基承载能力，减少地基沉降量有明显效果。水泥加固体的强度取决于被加固土的性质，如含水量，有机质含量等，以及水泥的标号、品种、掺入量等。
　　 2 使用范围和特点
　　 粉喷桩适用于粘性土、粉土、淤泥质土、杂填土以及天然含水量大于30%的软弱地基加固处理，在高填方路段和桥头连接处或者深度在10米以内的软基效果更为明显。粉喷桩加固软土地基与其他形式的地基加固处理有着以下特点：①采用钻头搅拌钻进成孔，对地基及附近建筑物扰动小，噪音小、污染少，无需排污；②以粉体做固结料，利用地基内水分水化反应，增强了地基符合承载力，固结效果好，地基不需预压即可得到较高的地基复合强度；③施工作业简便，配套机械操作简单，施工速度快，可显著缩短工期
　　3 工程概述
　　 本标段为郑州至民权高速公路开封段土建二标，本标段走线属黄河冲积平原，浅层为亚粘土和亚砂土，厚度大，地下水位高，呈软塑状，并夹有多层流塑状中高压缩性粘土和亚粘土，属软弱地基土。除此外，浅层土中还有饱和亚砂土和砂土可能液化层，液化判定结果，多为液化土，其埋深多在5-6米。设计对软弱土地基采取粉喷桩加固处理。
　　 本标段开封南互通式立交E匝道桥桥头地基处理也采用粉喷桩，桩径：50cm。桩长：单根长度为12m均要求全部穿过软塑土层，桩底应达到持力层内，桩距：按正三角形布置，施工的水泥为大于32.5级的普通硅酸盐水泥，桩体水泥掺入量不小于50kg/m。桩身强度：90d龄期无侧限抗压强度不低于1600Kpa，处理的目的是为了减小路基工后沉降量，保证路基稳定，解决桥头与路基衔接处跳车病害。根据E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EK0+362.2～EK0+387.2，EK0+499.8～EK0+524.8，共计处理长度50m。粉喷桩共计916根。
　　4粉喷桩的施工经过
　　 施工前为了确定钻进速度、提升速度、提升时的管道压力及喷灰时管道压力等技术参数 以及掌握水泥搅拌的均匀程度，掌握下钻及提升的困难程度，确定合适的技术处理措施首先进行了试桩，试桩经室内配合比设计采用425#普通硅酸盐水泥，其参入量为每延米53公斤，试桩在2010年5月21日上午8:30开始，桩机采用二台PH-5A型，喷灰空压机采用3W1.6/10型设备。试桩9根，试桩长12.5米，复拌3米，桩头预留50厘米，下午13:20结束。2010年6月7日聘请河南省交院工程测试咨询有限公司对成桩进行了检测，检测方法主要是对桩身采用钻孔取芯，取芯范围为桩身上部3米，现场观察描述其芯样及钻进情况，并取代表性芯样做无侧限抗压强度，经试验有3根桩芯样完整性不好，水泥喷粉不均匀。经分析认为电流值与提升速度控制不好，水泥用量偏小，因此增加实际掺灰量到每延米55公斤，调整电流值与提升速度。2010年6月20日开始施工，7月25日结束，施工结束经河南省交院工程测试咨询有限公司对成桩按密实度抽查5%进行检测，合格率100%，优良率92.5%。符合质量要求。
　　5施工工艺
　　5.1工艺流程
　　 桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压喷粉机喷灰→反循环提钻搅拌→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷灰至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。
　　5.2测量放样
　　 依据坐标高程系及路基中桩进行粉喷桩桩位的放样，放样时根据设计图纸及路线中桩、控制桩，按图纸要求布置桩位，现场用钢卷尺结合全站仪定出每一根桩的桩位，用竹签插入土层标定位置，桩位偏差不得大于5cm，并绘制桩位点状布置图，对桩位进行编号。
　　5.3工艺性试桩
　　 试桩的目的是提供满足设计要求喷粉量的各种操作参数，通过试桩可确定施工工艺参数有：管道压力，灰泵压力，钻进深度、钻进速度、空压机的压力范围、喷粉搅拌的提升速度、水泥用量、重复搅拌速度的参数，确定下钻和提升的难易程度。本次试桩确定的施工工艺参数为：
　　 ⑴ 钻进速度0.5-0.8 m/min
　　 ⑵ 提升速度0.5-1.2m/min。
　　 ⑶ 原位土搅拌次数 大于25
　　 ⑷ 水泥掺入量55kg/m，
　　 ⑸ 搅拌转速 30-80 m/min
　　 ⑹ 送灰管内的空气压力为0.3~0.5Mpa。
　　5.4钻机就位
　　 钻机按放线位置准确就为后，用经纬仪测定钻机的垂直度，钻机架上必须设置标准的刻度尺。
　　5.5开钻
　　 钻机就位后，开始送气，钻进。钻机深度有钻机上的标尺来控制，达到设计深度停钻。
　　5.6喷粉
　　 钻至设计深度停机后，可开始喷粉约3秒中后提升钻杆，水泥从料罐经送灰口开始喷灰，严禁在没喷灰情况下提升钻杆。在提升时要严格注意灰罐压力，在地面以下3米的压力应控制在0.25-0.3左右，并留意喷粉计量器是否有规律的变动，如发现管道不畅，灰罐压力增大，说明钻头的送灰孔可能堵塞，必须进行处理。而且送灰时不能间断，提升要匀速，以保证混合料的均匀性。当钻杆提升到距地面0.3米时可停止喷粉。
　　5.7复拌
　　 钻杆提升到距地面0.3米时停止喷粉，接着可进行复拌，复拌深度一般不小于设计桩长的三分之一，且不小于5米。
　　6 施工质量控制要点
　　6.1人员 ：实行岗位责任制，做到定机、定人、定岗、定责。每处施工现场确定一名机长，制定详细的操作手、机长、自检人员岗位责任制。对现场施工和质检人员进行培训，从干部到职工都强化质量意识，凡参加粉喷桩施工的人员上岗前首先要了解、掌握、重温有关施工技术规范，明确岗位责任，做到未经培训不得上岗。充分发挥质检人员对工程质量的控制作用，对成型后的每根桩实行施工队、项目部全过程工地自检，全部合格后方可报请监理组抽检。
　　6.2 设备:设备是保证施工质量的前提，进场的粉喷桩机必须达到以下要求：a、性能良好；b、机架稳定性良好；c、配备先进的称量工具和能自动打印喷粉量。
　　6.4 材料:只有合格的材料才能保证合格的工程，施工中建立健全材料管理台帐，施工中使用的水泥应经过检验合格后方可进场，进场后的水泥应按批进行报检，报请监理工程师抽检合格后方可投入使用。水泥要堆放在高处，且下面应离地面约20cm，使下面有良好的通风效果，堆放水泥的场地四周要排水畅通，保证阴雨天气无积水现象
　　6.5施工场地:施工场地应平整，不得有积水，在施工段两侧要有排水设施。平面上的布桩位置要清晰可辨，桩位要准确。
　　6.6、粉喷桩机上要有明显的反光标记，标记的刻度要经现场监理认可。夜间施工要有照明设施，使钻架上的标记刻度清晰、醒目。
　　6.7机械操作要熟练，喷粉要均匀，水泥剂量及复搅深度应满足要求。喷粉时最好一次性喷足喷粉量。对于桩长较长的桩，应采取措施，保证桩身下端每米的水泥剂量达标。

　　6.8严格控制钻孔下钻深度，喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩深度和喷粉量达到设计要求。深度误差不大于5cm，水泥喷入量的误差应小于1%.
　　6.9搅拌机每次下沉或提升的时间必须有专人记录，时间误差不大于5s，提升前要有等待送粉达桩底的时间，防止出现提升却未喷粉的情况。
　　6.10钻进提升时的管道压力不宜过大，以防止钻孔淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。为确保粉喷桩的施工质量，当钻头提升至地面高程下25cm时，应停止喷灰只搅拌，同时采取复搅措施。第二次搅拌时不喷粉，严格控制喷粉时的钻杆提升速度，确保每根桩的喷粉均匀性。如发生意外影响桩身质量时，应在12h内采取补喷措施，补喷重叠长度不小于1米，特别困难时以电流表读数明显变化为准。否则应重新打设，新桩距报废桩的距离不能大于桩距的15%，并填在施工记录中备查。
　　6.11对输灰管要经常检查，不得泄露及堵塞，输灰管道的长度以60米左右为宜，不得超过70米。对使用的钻头要定期检查，其直径磨耗量不大于1cm，但也不宜采用直径过大的钻头（以小于50cm为宜）。
　　6.12施工中及时、认真填写原始记录，不允许事后编写。每天资料都应做好签认、汇总工作，发现问题及时改正。
　　7质量检验
　　 检测工作由具有相应资质的检测单位检测。本项目委托河南省交院工程测试咨询有限公司对成桩按密实度抽查5%进行检测，
　　7.1 低应变动态质量检测
　　 本检测办法的主要内容就是对桩的完整程度的检测与诊断，即判定桩身是否完好，喷粉是否均匀等等，最终给定综合判定结果。
　　7.2取芯与标准贯入试验相结合，该方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度，对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
　　7.3复合地基静载荷试验
　　 采用接近于复合地基实际工作条件的试验方法，测定复合地基的轴向承载力，为设计提供基础设计的校核依据，确保工程质量和复合地的使用安全。依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)的有关规定，试验加荷可分为8~12个等级，总加荷量不应少于设计要求值的2倍，或达到地基极限承载力。每加一级荷载，在加载前后各读记压板沉降一次，以后每半小时读记一次，当一小时的沉降观测不超过0.1mm，可认为已达到相对稳定，即可加下一级荷载。本项目规定，当出现如下条件之一时，即可终止加载：
　　①沉降量急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显的裂缝。
　　②累计的沉降量已大于压板宽度或直径的6％。
　　 ③总加载量已为设计要求的两倍。
　　8结束语 公路软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。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。
　　

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