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粉喷桩施工技术在莲阳桥闸软基处理中的应用（何穗燕）
来源：四川水利
摘要 在莲阳桥闸软基的处理中，采用粉喷桩施工技术。在施工过程中，严格按照设计和规范要求进行施工质量控制度和管理，经过多项检测方法检测，成桩质量均符合要求。
关键词 莲阳桥闸 软基处理 粉喷桩 施工工艺 质量控制
水泥粉体深层喷射搅拌桩(以下简称粉喷桩)属于深层搅拌加固地基的一种方法，也叫加固土桩。它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。
本文结合汕头澄海莲阳桥闸重建工程的粉喷桩施工实例，谈谈粉喷桩在软基处理中的应用。
1&工程概况及地质条件
莲阳桥闸重建工程位于韩江下游五个出海口之一的东溪下游，离出海口约12km，是一座御咸蓄淡，集防潮、灌溉、城市供水并兼有交通、水运、发电等效益为一体的大型综合水利枢纽工程。工程位于韩江冲积平原，属Ⅰ等大(1) 型工程，闸址选于老闸处拆除重建。韩江下游段三角洲呈泻湖地貌，三角洲冲积平原第四系地层以河流相和海陆交互相为主，桥闸建基面高程为- 3.1m，属第四系深厚冲积层，开挖深度1m~3m，第(2- 2) 层中粗砂厚1m~2m，下部广泛分布有第(3) 层的淤泥、淤泥质软土层，埋深约20m。第(2- 2) 层中粗砂易产生闸基渗漏和绕闸渗漏现象，第(3) 层淤泥、淤泥质软土层具有含水量大、渗透性差、压缩性高和强度低等特点。
2&粉喷桩施工工艺
2.1&粉喷桩主要设计指标
2.1.1&喷粉桩设计桩径φ500mm，矿渣水泥强度等级不低于32.5MPa，水泥掺入量60kg/ m。
2.1.2&桩体抗压强度上部(5m 以内) ≥2000kPa (90d)，中部(5m~12m)≥1500kPa(90d)，下部(12m 以下)≥1200kPa(90d)；28d 抗压强度不小于相应强度的80%。
2.1.3&经处理后闸室段的复合地基承载力
要求≥130kPa。
2.1.4 .莲阳桥闸重建工程基础防渗加固结构型式，采用相互搭接成墙的深层水泥搅拌桩。拦河水闸基础搅拌桩呈正方形布置，平均桩长19m(穿透淤泥层)；水电站厂房搅拌桩采用格栅型布置，平均桩长11m。
2.2&粉喷桩施工工艺
本工程粉喷桩采用“一喷四搅”施工方法，其工艺流程如图1 框图所示。
图1 粉喷桩施工工艺流程
2.2.1&主要工序说明
2.2.1.1&搅拌钻进。桩机就位经检查合格后，启动传动系统，先选用三挡或四挡快速送气旋转钻进，遇到粘土或含砂量较高的硬塑淤泥层档位变为二挡，钻进至设计桩底高程。搅拌钻进严禁使用一挡钻进，以免埋钻杆。开钻前应将钻头底部与地面接触，同时将电子计录仪读数归零。
2.2.1.2&提升喷粉、搅拌。当钻机钻至设计深度，经检查喷灰管路畅通后，启动送灰系统。先在孔底喷粉搅拌20s~30s(根据送灰管路的长短确定时间)，然后调整传动系统至反转，选用(80~120) cm/ min 的提升速度边搅拌边喷灰至设计桩顶高程，在设计桩顶高程停止提升，继续搅拌喷灰20s~30s。
2.2.1.3&复搅钻进。提升喷粉、搅拌至设计桩顶高程时，停止提升，将传动系统调至正转,同时停止喷粉，选用二档或三挡的速度由设计桩顶高程往下进行复搅至设计桩底。
2.2.1.4&提升复搅、补喷。复搅钻进至设计桩底高程时，将传动系统调至反转，以(80~120) cm/min 的提升速度进行复搅。复搅过程中发现每20cm的灰量达不到12kg时，应启动送灰系统进行补喷，以确保每m 的含灰量不小于60kg。补喷完后应向下搅拌钻进1.0m，再继续提升复搅，提升复搅补喷至停灰面成桩。
2.2.2&主要施工技术参数
①搅拌钻进速度: 1.8m/
②提升喷粉、搅拌速度: 0.8m/
③复搅钻进速度: 1.5m/
④提升复搅速度: 1.2m/
⑤钻头宜选用螺旋钻头，直径不得小于设计桩径;
⑥空压机宜选用额定排气压力为1.0MPa 的空压机，桩长小于15m的送灰压力为0.5MPa~0.6MPa，桩长大于15m的送灰压力0.7MPa~0.8MPa;
⑦粉喷桩机选用PH- 5 型钻机，配备的空压机型号宜选用VFY- 3/10 型。
3&粉喷桩施工质量控制措施
3.1&粉喷桩施工前，根据桩基布置图测量放样，并将测量成果报送监理部，经监理工程师审批签字确认后方可进行施工。
3.2&粉喷桩使用的水泥品种及掺灰量必须符合设计要求，进场水泥按批准的试验计划提前送检，合格后方可使用。每根桩施工只能使用一种品牌的水泥，不允许混用。
3.3&粉喷桩机就位应平整、稳固，确保施工中不发生倾斜、移动。通过塔架上的吊锤严格控制桩机钻杆垂直度，连体围封桩采用拉绳控制桩机移动范围以控制连体桩平整度，工程桩采用桩机外挂双吊锤对中控制桩位偏差。
3.4&在喷粉成桩过程中，如因送灰管路堵塞或机械故障等原因而停止喷粉，第二次喷粉接桩时,搭接长度不得小于1m。
3.5&喷搅达到设计桩顶标高时，宜停止提升,继续搅拌、喷灰数秒，以保证桩头均匀密实。
3.6&搅拌钻进时，仔细观察桩机上电流表电流的波动情况，当钻进过程中遇到坚硬地层且电流读数大于80mA 时，应及时调整至二挡钻进。
3.7&喷粉时，送灰工应观察电子记录仪，随时调整气压，以保证送灰量均匀、准确；机台操作人员应与送灰工密切配合，以确保喷灰量符合设计要求。
3.8&地下水位以上的桩，若地层的含水量偏低，施工时应适当补水或施工后进行地面浇水，以促使水泥土中水泥石的形成。
3.9&施工记录由电子记录仪完成，并派技术、质检人员负责监控；施工中出现的问题和处理情况，均须如实记录在施工记录表备注栏中。
3.10&在施工过程中，若遇卡钻、喷粉不畅或堵塞、桩体疏松、夹层断桩、空心桩、桩体强度不均等情况时，应暂停施工，立即通知监理工程师，共同研究、确定可行的处理方案后方可继续施工。
3.11&从事粉喷桩施工的人员必须进行岗前技术交底，钻手及送灰工必须持证上岗；开工前技术人员的技术交底要形成书面记录，明确各级岗位责任制度以及桩机操作规程等。
3.12&定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的钻头应定期检查，其直径磨耗量不得大于20mm。
3.13&对桩长、掺灰量、复搅长度、提升速度等关键指标严加控制，每根桩施工完成后要经机长、现场技术及质检人员验收签名，并经现场监理工程师签名确认后才能进行下一根桩施工。
3.14&粉喷桩机及其匹配的易损机具应有充足备用量，配备的钻杆长度、塔架必须满足能施工桩长为3m~23m 的桩。
3.15&所有进场的粉喷桩机均应有出厂合格证，并配有电子记录仪，严禁无电子记录仪的喷粉机投入施工。
3.16&严格执行“三检”制度，各个台班机长负责初检，现场值班技术人员负责复检，项目部质检人员负责终检。技术、质检人员24 小时分两班值班，对粉喷桩施工质量实行全过程监督控制。
4&粉喷桩质量检测
喷粉桩施工完成后，质量检查按设计及《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》(TB10113- 96)的规定和要求进行。检查桩号随机抽取，检测方法及质量检查结果如下(以拦河水闸分部工程统计数据为例) :
4.1&施工单位自检
4.1.1&原材料检测。矿渣硅酸盐水泥(P.S.A32.5R)，取样27 组，检验结果全部合格。
4.1.2&轻便触探检验。喷粉桩成桩7d 内采用轻便触探仪(N10) 检验桩身加固土样，观察其搅拌均匀程度，同时用对比法判断桩顶强度，触探点应在桩径方向1/ 4 处，检验桩的数量不少于工程桩数的2%。在拦河水闸分部工程中，自检共抽取386 根桩体进行轻便触探，成桩后7d 内桩头轻便触探(N10) 贯入深度100mm击数11~150,均达到规范要求。
4.1.3&抽芯检测。根据现场施工情况，抽取不少于5‰的喷粉桩进行抽芯检测，每根桩被抽出的芯样均截取不少于一组(每组3 个点分别取自桩的上、中、下部位) 送实验室做28d 单轴无侧限抗压强度试验。共抽取116 根桩体进行抽芯检测，全孔岩芯采取率均超过80.1%，桩体芯样抗压强度上部(5m 以内) 2400kPa~6800kPa≥1600kPa (28d)，中部(5m~12m) 2300kPa~5800kPa≥1200kPa (28d)，下部(12m 以下)1800kPa~4700kPa≥960kPa(28d)，均符合设计要求。
4.1.4&静载荷试验。静载荷试验分别位于C9、C14 闸室段，C9 闸室段选取桩号371(长桩) 、443(短桩)，分别做两组单桩复合地基载荷试验,委托揭阳市水利水电工程质量检测站进行检测;C14 闸室段选取625、6 26、6 49、6 50 做一组复合地基载荷试验，委托汕头市澄海区工程质量检测站进行检测。试验结果为: C9 闸室段单桩承载力特征值≥162kPa，C14 闸室段复合地基承载力特征值≥163kPa，均满足设计要求≥130kPa；
4.2 业主、质监站、监理单位委托第三方检测原材料及粉喷桩均委托珠江水利委员会基本建设工程质量检测中心进行检测。
4.2.1&原材料检测。按15%的比例进行对比检测，水泥取样4 组，检验结果全部合格。
4.2.2&轻便触探检验。共抽取79 根桩体进行轻便触探，成桩后7d 内桩头轻便触探(N10) 贯入深度20mm~60mm 击数15~26，均达到规范要求。
4.2.3&抽芯检测。共抽取24 根桩体进行抽芯检测，桩体芯样抗压强度上部(5m 以内)1600kPa~2310kPa≥1600kPa(28d)，中部(5m~12m) 1270kPa~2150kPa≥1200kPa (28d)，下部(12m 以下) 1030kPa~1870kPa≥960kPa(28d) ,均符合设计要求。
4.2.4&静载荷试验。对比检测静载荷试验位于C7 闸室段，选取482、483、458、4 59 做一组4桩复合地基载荷试验，试验结果为: C7 闸室段复合地基极限承载力特征值≥325kPa，满足设计要求≥130kPa。
目前，粉喷桩施工普遍存在质量问题的主要原因是施工工艺、质量检测两个方面。在粉喷桩施工中，严格进行施工质量管理，做到有效地将施工工艺和质量控制结合起来，是成桩质量达到设计和规范要求的关键。
粉喷桩作为一种较新型的软基处理技术，适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa 的粘性土和粉性土等地基。粉喷桩施工对于提高地基承载力起到较好的效果，侧向水平位移明显减少，加固效果明显,同时具有沉降小、稳定性好、工期短等特点，是一种高效、经济和安全的地基处理技术，可用于水利工程软基处理，也适用于工业及民用建筑、市政、道路及港口、地下挡土结构等工程的软土地基处理。您当前的位置：&&&&&正文
浅谈地基处理方式的选择_建筑工程
　　论文关键词： 地基处理；处理方式及工艺；工期比较 　　论文摘要：软弱地基给城市市政建设带来不同程度的危害。如路基的滑移，开裂，路面起伏不平，桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸等等。软弱地基处理的目的是为了整治好、处理好地基，使来往车辆及司乘人员安全，快速，舒适地行驶。本文将以梅州市东山教育基地学子大道为例浅析地基处理方式的选择。 　　　　 　　在梅州市沿江片区广泛分布着软土，在市政道路建设中经常会遇到软弱地基，需进行软基处理。 　　 　　1 软弱地基处理的一般原则 　　 　　1.1 自然沉降法：即尽早用堆载预压不作深层处理软基的方法，这种以自然沉降逐渐达到路基稳定，是一种最经济也简单的方法。但目前基本建设的程序不能尽早拔款、征地、从容施工，而一旦工程项目付诸实施时，又往往限于工期，一般情况用自然沉降法将难以实现。 　　1.2 工程技术处理：即在施工工期紧迫，时间有限的情况下，针对软土采用不同工程技术方法进行处理。 　　 　　2 设计原则 　　 　　应结合当地道路地基基处理的成功经验，采用适用、快速、有效的处理方法，确保工程质量和地基处理施工进度，最大限度地减轻环境污染，减少对沿线居民的影响。 　　 　　3 地基处理工艺比较 　　 　　广东省目前较常采用的地基处理工艺有：换填垫层、塑料排水板（袋装砂井）堆载预压、塑料排水板（袋装砂井）真空预压、水泥喷粉桩（搅拌桩）、碎石桩、挤密砂桩、CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）、动力排水固结法等。 　　各种地基处理工艺的优缺点比较如下： 　　换填垫层（加固深度3-4米） 　　优点：施工工艺成熟，方法简便快捷，造价较低，可迅速提高地基承载力。 　　缺点：换填厚度越大，造价越高；不适合处理软土层较厚、埋深大的地基，地下水位高、易渗水路段抽排水费用高。 　　塑料排水板（袋装砂井）堆载或超载预压（加固深度小于20米） 　　优点：施工工艺成熟，方法简便，造价低，可有效消除主固结沉降。 　　缺点：工期长，若堆载高度太大则会显著增加造价；难以有效解决地基次固结沉降。 　　塑料排水板（袋装砂井）真空预压（加固深度小于15米） 　　优点：可一次加载，省去分级加载和卸载的时间，预压时间少于堆载预压，可有效消除主固结沉降，适合大面积区域（道路、堆场、码头、机场等）软基处理，不存在弃土问题。 　　缺点：工序要求高，尤其是止水帷幕和真空封膜要保证密封，造价稍高于堆载预压；难以有效解决地基次固结沉降。 　　水泥喷粉桩（加固深度小于18米） 　　优点：工艺成熟，进度快，工期较短，可有效消除主、次固结沉降。 　　缺点：淤泥有机质含量、塑性指数较大时，处理效果不好；处理深度通常小于18米；造价较高。 　　钉形水泥土双向搅拌桩（加固深度25米） 　　优点：工期短，水泥土拌和效果优于普通搅拌桩，处理深度较大，对于提高承载力和减少工后沉降效果优于普通水泥搅拌桩。 　　缺点：造价高于普通水泥搅拌桩，属于新专利技术，目前没有写入国家规范，且掌握此项工艺的施工单位不多，不易操作。 　　动力排水固结（加固深度8-10米） 　　优点：地基土在较短时间内完成大部分固结沉降，成为超固结土，大大降低工后沉降并迅速提高承载力；此外，还可实现对地基的预震作用，有效地消除砂土液化；该法还有利于地下管线的开挖。 　　缺点：施工程序复杂；降水和排水措施必须得到保障；水塘路段须采取额外措施以保证处理效果；处理深度一般不大于10米；对周边环境影响较大。 　　碎石桩（加固深度20-25米） 　　优点：工期短，工艺成熟，有较好的抗液化性能；利于孔隙水消散。 　　缺点：造价昂贵；对于十字板剪切强度很低的淤泥质土，成桩困难，桩径较难控制，承载力提高幅度小。工后沉降不易控制。 　　挤密砂桩（加固深度约为20米） 　　优点：兼有挤密、置换和排水固结的作用；可有效处理易液化地基；造价比碎石桩低；工期较排水固结法短。 　　缺点：处理淤泥质地基需结合堆载预压，且需控制好置换率；不适合高承载力要求地基。 　　CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩，加固深度25－30米） 　　优点：进度快，可达到较大的加固深度（大于20m）显著提高软基承载力和减少沉降。 　　缺点：造价较高，淤泥质地基采用何种成桩工艺（排土或挤土）有争议；淤泥质地基慎用。
　　 　　4 地基处理工艺造价及工期比较 　　 　　地基处理工艺按照一定规格进行比选，估算造价及工期比较如下： 　　换填垫层：单价：150-210元/平方米?工期根据施工组织确定;塑料排水板真空预压：排水板间距1.2米，单价：130-140元/平方米，预压期3到4个月;塑料排水板堆载预压：排水板间距1.2米，根据堆载高度，单价：80-120元/平方米，预压期6到8个月;水泥喷粉桩：桩径50cm，间距1.5m，单价：220元/平方米，间距1.8m单价：190元/平方米。龄期30到60天；动力排水固结：袋装砂井间距1.2米，直径0.07米，单价：150元/平方米，强夯期60-90天;碎石桩：桩径0.8米，间距1.6-2.0米，单价：530元/平方米，排水期15-20天;挤密砂桩：桩径0.4米，间距1-1.5米，单价：200-280元/平方米，排水期15-30天;CFG桩：桩径0.4米，间距1.8-2米，有砂桩单价：274元/平方米，龄期30-60天；无砂桩，单价：212元/平方米。 　　注：加固深度统一按10米计。 　　 　　5 工程实例 　　 　　以梅州市东山教育基地学子大道为例。学子大道南接秀兰大桥，终点于东山大道，道路全长2112.2米，路幅宽度为40米。两侧建筑后退红线各5米，总宽度为50米。它既是东山片教育基地的交通主要干道，又是城区亮丽的一条景观干道。 　　5.1 场地地貌和工程地质条件 　　现状地貌为台地、丘陵和平原，地表为冲积红粘土和细砂质亚砂土，地基承载力分别为12-15kPa/平方米、200kPa/平方米。地下水位约为2-5米。场地表层主要出露杂填土、素填土和耕植土，厚度不等。场地地基无软弱土层。场地土类型为软弱土～坚硬土，建筑场地类型为II类。鱼塘、农用地区域，表土层为淤泥和耕植土，厚度小（通常不超过2米），承载力低，压缩性大，工程性质差。下卧层承载力高，工程性质较好。场地土地下水对路基施工影响较小。 　　5.2 场地工程特征 　　道路沿线用地现状主要为建筑场地、村庄和农田，需要拆迁大量房屋。沿线民居密集，地基处理施工过程中需注意控制噪音、振动和粉尘污染等，因此强夯、石灰桩、水泥喷粉桩等软基处理工艺不适用。道路沿线经过多个村庄，村道密集，在施工过程中，可作为施工通道，便于材料运进和土方外运。道路沿线经过一些鱼塘，但鱼塘征地范围有限，因此路基施工之前要先做好围堰，并做好抽排水措施。沿线沟渠予以保留或改位，并设置过路涵洞连通道路两侧沟渠，沟渠填埋时要控制好路基填筑质量。 　　5.3 地基处理方案 　　结合场地工程地质条件、工程特征及建设工期短的情况，本工程拟采用换填垫层法处理道路路基，换填深度控制在2.5米以内，具体措施如下： 　　房屋拆迁场地，地表为松散杂填土和房屋基础结构，对路基填筑质量影响很大，须将其挖除，开挖深度控制在1.5米以内，因需拆迁房屋大多位于台地，地势较高，地下水位低，可直接换填粘性土至路床面标高，然后施工路面结构。碾压回填过程中须满足压实度要求。 　　农田路段及鱼塘，将表层耕植土或浮淤清除，清除厚度为0.8-1.8米，先换填粗砂或砂夹石（砂、石重量比为7：3～6：4）至地下水位以上，再换填粘性土至路床面标高，然后施工路面结构。 　　为避免新旧路基、路面的不均匀沉降，采用在扩建路面范围增设同样厚度的水泥砼板和拉杆、传力杆，结合纵横向铺设土工格栅的方法，可有效减少差异沉降。 　　为了避免不同的地基处理方式对路基造成的不均匀沉降，对于不同的处理方式交接处前后各15m的范围内沿纵向铺设一层双向拉伸土工格栅。 　　为了避免填挖交界处地基承载力差异对路堤造成的不均匀沉降，对于填挖交界面沿纵、横向铺设长10-20m的双向拉伸土工格栅。 　　只有对存在软土地基的沿海场地地质详细勘察，查清场地地形、地貌以及水文地质情况，精心设计，反复研究，根据不同的工程性质和地质特征，比对方案，采取最佳处置办法，才能设计出安全、合理、经济的建筑物和构筑物基础。 　　 　　参考文献 　　[1]《建筑地基基础设计规范》GBJ-7-89. 　　[2]《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ13-17-91. 　　[3]《软土地基与地下工程》孙更生、郑大同. 　　[4]《公路软土地基路堤设计与施工技规范》.JTJ017-96. --博才网
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