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淺談粉噴樁的施工

時間日期：2002-7-3 已被閱讀次：[10638]

廣東佛山地質工程勘察院基礎工程公司　李鋒

　　粉噴樁是用于加固飽和軟粘土地基的一種新方法。它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質地基。

　　粉噴樁適用于處理淤泥、淤泥質土和含水量較高且地基承載力標準值不大于120kpa的粘性土和粉性土等地基。珠江三角洲和廣東沿海一帶軟土層分布范圍廣、土層厚度大，其特點主要是含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)低、沉降穩(wěn)定時間長，給工程施工帶來一定困難。粉噴樁作為一種較新型的軟基處理技術，適用于這類軟弱地基加固方法，加固效果明顯，回固后可很快投入使用，滿足了經(jīng)濟合理、縮短工期的要求，并已廣泛應用于高等級公路、鐵路、港口碼頭、市政工程等大型建筑中。

　　我公司(廣東佛山地質工程勘察院基礎工程公司)自1997年以來，先后進行了大量粉噴樁工程施工，如廣州市環(huán)城高速公路東南西環(huán)D12標，國道324線海豐穿城改線工程軟基處理等，均取得了顯著的效果�，F(xiàn)結合實際施工經(jīng)驗談談粉噴樁的施工。

　　一、材料和機械設備

　　1.材料：一般選用32.5MPa普通硅酸鹽水泥作固化劑，對樁身強度要求高、受力條件不利或成樁齡期較短的樁體，宜選用高強度早強水泥。每批水泥到場之前都必須有出廠檢驗合格單，并按一定比例隨機送檢，檢驗其強度、安定性、細度、凝結時間等物理力學性質指標。

　　2.機械設備

　　(1)深層攪拌機：采用上海探礦廠生產(chǎn)的GPF－5型或鐵道部武漢工程機械研究所生產(chǎn)的PH－5型樁機；

　　(2)粉體發(fā)送器，如YP－1型；

　　(3)空氣壓縮機：Q>1m3/min；

　　(4)發(fā)電機組：P≥75kW；

　　(5)攪拌鉆頭：直徑Φ500～700mm，鉆頭的型式應保證在反向旋轉提升時，對加固土體有壓密作用。

　　二、施工準備

　　1.工程資料收集：工程施工前，應取得下列資料：

　　(1)工程地質詳細勘察資料，必要時補充勘察；

　　(2)建筑物平面布置總圖、基礎平面圖等有關圖表；

　　(3)粉噴樁設計說明、技術要求及樁位布置圖；

　　(4)測量控制點(線)位置和座標；

　　(5)地下地上障礙物情況及相鄰建筑物有關資料。

　　2.清表、平整場地

　　場地清理應做到清除場地內(nèi)樹根、雜草、有機質、腐泥等，清除有礙成樁的塊石、混凝土塊等硬質雜物，將原凹凸不平的地面回填整平，在其上按設計要求鋪墊中粗砂工作墊層。

　　3.配比試驗

　　現(xiàn)場取樣，保持濕度，帶回室內(nèi)制備不同配比的試件(試塊模型70.7mm×70.7mm×70.7mm)，進行7天齡期無側限抗壓強度試驗，選取符合設計強度的配比作為今后施工的配比依據(jù)。

　　4.成樁試驗粉噴樁施工前必須進行成樁工藝性試驗，并取得滿足設計噴入量的各種技術參數(shù)，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴氣(粉)壓力、單位時間噴入量，確定攪拌的均勻性，并根據(jù)地層、地質情況掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術措施。成樁工藝性試驗樁不應少于5根。

　　三、粉噴樁施工工藝

　　1.樁位放樣

　　施工前根據(jù)導線點，定出基軸線及其垂直線，按施工順序排樁放樣，布置出所有樁位并測量樁位標高，樁位布放誤差≤2cm。

　　2.裝料

　　將水泥提前裝入儲灰罐，裝料時必須篩網(wǎng)過篩，入罐水泥最大粒度不能超過5mm，不得有紙屑、塑料布、石頭、鋼球等雜物，以免造成管道堵塞，有礙成樁。

　　3.樁機對位

　　按施工順序，移動樁機就位，利用支腿油缸調(diào)平樁機，使樁機傾斜小于1.5％，檢查鉆頭直徑，磨損≤1cm，使鉆頭對準樁位，誤差≤5cm。

　　4.鉆桿下沉鉆進

　　啟動電機，空壓機送氣，使鉆頭沿導軌下沉鉆進，鉆至接近設計深度時，應用低檔慢速鉆，目的是讓土體充分松動。同時注意工作電流的變化，不能大于額定電流。如遇地下障礙物鉆進困難時，應查明障礙物情況，不得強行施工。

　　5.提升攪拌

　　鉆進到位后，反向施轉鉆頭，開啟粉體發(fā)送器噴粉，按規(guī)定的速度提升鉆頭，邊噴邊攪拌，同時保持噴粉空氣壓力為0.3～0.4Mpa，流量20L/s，當提升至設計�；覙烁邥r，停止噴粉，慢速原地攪拌1～2min。

　　注意事項：

　　(1)鉆頭鉆至設計深度，確認送灰至孔底才能上提攪拌。

　　(2)操作粉體發(fā)送的人員應時刻觀察壓力變化及管路的送粉情況，若發(fā)現(xiàn)管道漏氣或堵管應立即停止噴粉。

　　(3)時刻觀察噴粉記錄量儀，及時記錄異常情況，以利于確定補救措施。保證每根樁及每米段的噴粉量，每米噴粉量偏差±5％。

　　6.復攪下沉

　　為保證軟土與水泥粉攪拌均勻，關閉粉體發(fā)送器，開啟空壓送氣，再次將鉆頭下沉至設計深度。

　　7.提升攪拌

　　重復步驟5。當鉆頭提升到地面以下50cm時，粉體發(fā)送器停止噴灰。整樁完工后，應及時檢查噴粉記量儀及噴粉記錄，若噴粉量不足時，應整樁復打，復打的噴粉量應不少于設計用量。若局部噴粉量不足，須部分復打，復打重疊孔段大于1m。

　　8.成樁段位

　　移位下鉆前，須清除鉆頭上余泥。

　　四、施工記錄

　　粉噴樁施工過程中，應及時、詳細記錄水泥強度等級樁號、鉆進起止時間、鉆進速度、提升速度、噴粉量、壓力、�；覙烁叩葏�(shù)，并注明工程名稱、施工單位、施工日期、施工機長、施工員等內(nèi)容。嚴禁填寫回憶錄式表格。記錄表要有專人記錄、當天匯總。完工后裝釘成冊，歸檔保存。

　　記錄表格式一般由監(jiān)理提供，也可采用表1所示格式�！　∥�、現(xiàn)場技術質量管理

　　1.現(xiàn)場技術管理人員必須跟班管理，跟蹤檢查施工過程及加固效果，嚴格按設計要求及施工規(guī)范施工。并經(jīng)常向監(jiān)理、設計、建設、質檢方報告工程情況，共同監(jiān)督工程質量。

　　2.嚴禁使用過期、受潮、結塊、變質的劣質水泥。施工中要對原材料進行定期、定批量隨機抽查，凡是不合格的原材料一律不準使用。

　　3.粉噴樁施工應根據(jù)成樁試驗確定的技術參數(shù)進行。操作人員應隨時記錄壓力、噴粉量、鉆進速度、提升速度等有關參數(shù)的變化。

　　4.施工中如遇停電、機械故障等原因噴粉中斷時，必須復打，復打重疊孔段應大于1m。

　　5.嚴格控制噴粉標高和停粉標高。不得中斷停粉，確保樁體長度，嚴禁在尚未噴粉的情況下提升鉆桿。

　　6.鉆頭直徑磨損量不得大于1cm。

　　7.當施工現(xiàn)場所用水泥品種、強度等級同室內(nèi)試驗所用的不同時，為保證粉噴樁強度滿足設計要求，對每一批不同規(guī)格的水泥應備樣進行配比試驗。

　　8.儲灰罐容量應不小于一根樁的用灰量加50kg，當儲灰量不足時，不得對下一根樁開始施工。

　　9.完工后清理出樁頭，對柱位全面復測，如出現(xiàn)遺漏及時補樁，對樁位偏差超過設計或規(guī)范要求的樁記錄匯總，據(jù)情況確定是否補樁。

　　六、工程檢測與驗收

　　粉噴樁工程檢驗包括施工質量檢驗及加固效果檢驗。施工質量檢驗內(nèi)容包括①樁數(shù)、樁徑、樁深、粉體材料必須符合設計要求。②樁身強度必須符合設計要求。③樁位偏移、樁徑及垂直度應在規(guī)范允許偏差范圍內(nèi)；加固效果檢驗包括樁體質量檢驗和復合地基檢驗。具體檢驗包括以下項目。

　　1.查施工記錄

　　檢查施工過程所有記錄，重點檢查樁長、垂直度、水泥噴粉量等項目。對不符合設計要求的樁應進行補鉆。

　　2.開挖檢驗

　　按已完工樁數(shù)的2％隨機抽檢，開挖樁頭深約0.5m，一般以設計樁位布置形式(正三角形或正方形)為一組，測量樁徑、樁間距，檢查樁頭強度。如發(fā)現(xiàn)樁位偏差過大，樁頭強度偏低等情況，應采取有效補救措施。

　　3.抽芯檢驗

　　在成樁28天后，按總樁數(shù)的2％抽檢樁體。采用金剛石鉆頭，直徑不小于101mm，取芯率達到90％，鉆孔偏斜<1％，抽芯孔位置距樁中心15cm左右，深度應超過樁長1m，注意樁端土層是否與設計要求的樁端持力層相符。在樁體上、中、下各取芯樣1件，一根樁取3件試樣進行無側限抗壓強度試驗。試樣可制成立方體或與直徑等高的圓柱體，其無側限抗壓強度應高于設計要求。

　　4.靜載試驗

　　靜載試驗應在28天后進行，檢驗點數(shù)占成樁數(shù)的0.2％且不少于3個點，可進行樁土復合地基靜載試驗或單樁靜載試驗，復合地基靜載試驗的壓板面積應與樁加固元面積相等。單樁靜載試驗，在樁頂上做一個樁帽，以使受力均勻。

　　粉噴樁通常是摩擦樁，試驗結果一般不出現(xiàn)明顯的拐點，容許承載力可按沉降的變形條件選取。單樁或復合地基承載力應高于設計要求。

　　5.工程驗收

　　工程驗收由建設方組織，設計、監(jiān)理、質檢、施工等單位參加，按設計及施工規(guī)范要求對工程質量驗收，評定工程質量等級。工程驗收時應提供材料試驗報告，開工報告、試樁報告、施工原始記錄、施工質量檢驗報告等資料。

　　粉噴樁檢驗項目及檢驗標準見表2�！　�6.沉降、位移觀測

　　工程完工后，定期進行沉降、側向位移等觀測。選取一定的基準點或預設沉降觀測點，定期觀測、記錄，檢驗加固效果。

　　七、施工中常見問題和處理方法

　　1.樁體施工中，鉆機出現(xiàn)不正常振動、晃動、傾斜、移位等現(xiàn)象，電流值偏高，其原因可能是土質太硬或遇到舊基礎，石塊。若土質太硬改用慢檔鉆進，并沿鉆桿向土壤中澆少量水，減少部分阻力。若遇到舊基礎、石塊必須挖除，重新回填砂并壓實后再鉆。

　　2.鉆頭噴口堵塞，其原因可能是噴口粘結粉、泥后變小，或是粉料中混有雜物。處理方法是提出鉆頭，掏出噴口堵塞物。掏動時應特別小心，注意防止突然噴出的粉體噴入人的眼或口中。

　　3.土層強度較低而主機電流卻偏大，其原因是電路故障。處理方法是擰緊電線接頭，調(diào)高電壓。

　　4.送灰過程中壓力突然下降，灰罐加不上壓，其原因可能是灰罐內(nèi)水泥粉體已噴完，或管道、容器漏氣。處理方法是將鉆頭下至一定深度，重新加料復打，保證成樁質量。

　　5.樁偏位、樁身傾斜，原因是鉆桿平臺傾斜，導致鉆桿傾斜。處理方法是重新調(diào)整鉆桿平臺，或支腿下墊枕木，保證鉆桿垂直。

　　6.噴粉量不足、噴粉量不均勻，其原因可能是提升過快或粉體發(fā)送器轉速不均勻。處理方法是降低提升速度及調(diào)整粉體發(fā)送器轉速。

　　7.設計上要求搭接的樁體，因停電、機械故障而超過允許間隔時間，應征得設計部門同意，采取適宜的補救措施。

　　八、粉噴樁的適用性

　　粉噴樁的加固效果，不僅受加固料(水泥強度等級、礦物成分、摻入比)及外摻劑的影響，還與軟土的礦物成分、有機質含量及地下水的侵蝕性等因素有關。一般情況下，含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較高，而含有伊里石、氯化物和水鋁英石等粘土礦物的軟土，及有機質含量高、酸堿度(PH值)較低的粘性土加固效果較差。地下水具侵蝕性時，應通過試驗確定其適用性。在施工過程中，根據(jù)軟土層的實際情況，選用合適的施工工藝，也可達到較好的加固效果。

　　工程實例

　　1.改進成樁工藝達到加固效果廣州某高等級公路，設計采用粉噴樁加固，正三角形布樁，涵洞位置樁距1.2m，其余部位距1.5～1.8m，樁徑Φ500mm，采用425＃普通硅酸鹽水泥，摻入比14％，要求加固后水泥土28天強度不小于1.2MPa。場區(qū)內(nèi)土層軟弱，含水量高，抗剪強度低，地層剖面見圖2。

　　設計要求樁長進入粉土0.5m，實際施工時發(fā)現(xiàn)，第③層粘土呈白色，質純，具強粘性，上提噴粉時水泥粉難以噴入，每次噴入量僅12～15kg/m，且經(jīng)常堵塞鉆頭，造成施工困難，經(jīng)過反復試驗，我們決定改進成樁工藝。當下鉆至粘土層時，增大氣壓，鉆頭在該層上下攪動，使粘土充分松動，來回攪動3次以后再鉆至設計深度。上提噴粉至該層粘土時，降低提升速度至0.5m/min，增大噴粉壓力0.05MPa，水泥粉可以順利噴入，并達到設計噴粉量。經(jīng)抽芯檢驗，該層粘土攪拌均勻，水泥土無側限抗壓強度1.5MPa，達到了設計要求。

　　2.粉噴樁在松散填土中的應用

　　南海市新美玩具廠擬建兩棟5層廠房，占地面積2600m2，場地原為魚塘、洼地，經(jīng)人工回填粘性土，填土厚5～6m，松散，未壓實，承載力低，地層剖面見圖3。

　　設計采用粉噴樁加固后擴展式筏基，粉噴樁樁徑Φ550mm，采用425＃普通硅酸鹽水泥，摻入比15％，樁長進入細砂1.0m，2次攪拌，單樁荷載120kN。試樁結果顯示，人工填土極為松散，成樁效果差，攪拌不均勻，水泥土固結強度低。經(jīng)與設計、建設方商議，將原設計更改為摻入比18％，3次攪拌，降低提升速度至0.5m/min。

　　施工過程中，松散填土在不斷攪拌和空氣壓力下，產(chǎn)生自然密實下沉，形成空洞，同時，不斷向孔內(nèi)回填粗砂，邊攪拌，邊回填提升，直至成樁。

　　由于填土松散，地表壓力小，水泥粉容易向外吹走，回填土中混雜有生活垃圾、磚塊等，對加固后水泥土強度有一定影響�；坶_挖時，一般根據(jù)施工記錄和釬探檢驗，對有疑問的樁進行水泥土強度檢查，如強度不足即將軟弱部分挖除，回填混凝土或砂漿。

　　該廠房已建成投入使用2年，進行了定期沉降觀測，累計沉降量47.3～74.6mm。各觀測點沉降較均勻，建筑物未產(chǎn)生裂縫，正常使用。

　　3.粉噴樁在地下水具侵蝕性軟土中的適用性廣東某高等級公路高路堤路段，路堤填土最高7.2m，設計采用粉噴樁加固，正方形布樁，樁距1.5m，樁徑Φ500mm，摻入比14％，要求加固后水泥土28天抗壓強度不小于1MPa，單樁荷載120kN。地層剖面見圖4

　　淤泥層主要物理力學性質指標：含水量W=65.7％，孔隙比e=1.765，凝聚力C=7.0KPa，內(nèi)摩擦角Ψ=4.9，壓縮模量Es=1.69Mpa，局部富含有機質。

　　場地粉砂層含水量十分豐富，采取一個水樣進行化驗，其分析結果見表3。

　　根據(jù)水質分析結果，依據(jù)《公路工程地質勘察規(guī)范》(JTJ064－98)判定，地下水對砼是分解類碳酸型強腐蝕。

　　鑒于本場地地下水對砼具侵蝕性，且附近無粉噴樁施工經(jīng)驗，我們建議設計部門進行成樁試驗，以確定粉噴樁的適用性。成樁試驗共10根，采用425＃普通硅酸鹽水泥，按設計要求進行施工，樁長進入粉砂層1.0m，成樁28天后進行抽芯檢驗。抽芯結果顯示，富集有機質的淤泥中局部水泥土膠結較差，芯樣易散碎，粉砂層的成樁效果更差，其中有5根樁粉砂層無水泥膠結，3根部分膠結，2根膠結一般。其原因，可能是因為地下水十分豐富，且對砼有碳酸型強腐蝕，水泥粉未膠結或結膠不完全時已被地下水分解。試樁證明粉噴樁在本場地是不適用的，經(jīng)我們建議，改用振沖碎石樁進行軟土處理，亦達到了預期效果。

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