粉喷桩在防洪堤建设工程施工中的应用

关键词：粉喷桩；防洪堤建设工程；应用 

　　所谓的粉喷桩，属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，也叫加固土桩，是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法。随着我国科学技术的发展，粉喷桩技术在沿海城市已经被广泛的应用于高层建筑深基坑止水和支护、市政工程、公路工程、工业与民用建筑等软土地基加固工程，并逐渐应用到堤坝防渗墙和基础加固工程中。本文就粉喷桩在防洪堤建设工程施工中的应用进行了探讨，并结合了具体的工程实例对粉喷桩施工的有关方面作了详细的分析研究，以期能为更好地将粉喷桩应用于防洪堤建设工程施工中而提供参考。 

　　1堤防地质危害的基本情况 

　　某防洪堤，属冲积平原，地质情况较为复杂，常见的地质分布除粘性土、砂性土、膨胀性土以外，还有大量的各种成因的软弱土层（海相沉积土、湖相沉积土、河相或三角洲相沉积土），甚至还有淤泥、泥炭土等。当天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需要对天然地基进行处理，形成人工地基以满足建筑物对地基的要求。由于施工技术和工程造价方面的原因，传统的施工方法如挖除置换（人工挖孔桩）、桩基穿越（钻孔桩、静压桩）、人工加固（换土垫层）等措施已不能满足日益复杂的工程需要，此时最佳的处理方法应是对软土进行就地加固，最大限度地利用原状土承载力和其他力学性能。混凝土防洪堤场地内土层自上而下为填土、粉质粘土、粘土、粉细砂等。该堤段堤身、堤基均由透水性强的土层组成，垂直渗透系数为（4.85～6.51）×10-3cm/s，水平渗透系数为4.91×10-7～10-3cm/s，土质松散是汛期出现渗漏险情的主要原因。天然堤基土承载力值为75～94kPa，而堤防水工建筑物承载力标准值为110～190kPa，需进行加强处理。 

　　2粉喷桩施工技术的优越性 

　　粉喷桩施工技术在软体基础加固和堤防防渗工程的实践证明：采用该技术，设备体积小，机动灵活性强，适应性广，施工工艺简单，成桩速度快，施工效率高，工程成本低，防渗效果明显，工程质量可靠。施工时无振动、无污染、无噪音，对周围环境及建筑物无不良影响。 

　　3粉喷桩复合地基设计概况 

　　a.根据现场土质情况、土质状况不同，在7m×12m的混凝土防洪墙分缝块上设计了布桩60根、72根和84根3种方案，桩径为500mm，桩顶高出建基面50cm，并保证桩顶标高与地面至少有50cm的距离，桩身均要求进入砂砾石层50cm。 

　　b.水泥粉喷桩复合地基加固后，要求复合地基允许承载力不小于170kPa，单桩允许承载力不小于140kN。 

　　c.桩身采用32.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为12%～15%。 

　　d.施工时粉喷桩的垂直偏差度不得超过1.5%，桩径偏差不得大于5cm。 

　　e.对于试桩达不到承载力要求的特殊地质地段，采取加桩处理，形成长短桩复合地基。长短桩均为水泥粉喷桩，长短桩呈梅花状交错布置，短桩长度为建基面以下5m，且全程复搅。 

　　4施工工艺及质量控制 

　　4.1施工设备 

　　粉体喷射搅拌采用下列施工设备： 

　　a.粉喷桩搅拌机。GPP—5型搅拌机，液压步履结构，自行移动对位，链条传动给进，正转钻进，反转喷粉成桩。此外还有PH—5A型搅拌机等。 

　　b.空气压缩机。额定压力0.7MPa，风量3m3/min，动力13kW。 

　　c.粉体发生器。YP—I型，容量1.3m3，额定压力0.6MPa，动力2.6kW。 

　　d.电缆。3×25mm2。 

　　e.压力胶管。2英寸，额定压力0.7MPa。 

　　f.钻杆。114mm×114mm型。 

　　g.钻头。双头，短螺距，直径500mm。 

　　h.电焊机。15kW。 

　　4.2施工工艺流程 

　　4.2.1工艺参数 

　　粉体喷射搅拌法的工艺参数主要包括提升速度、单位时间喷粉量和喷粉压力等。一般应根据试桩结果，确定各土层和各平面区域内搅拌提升速度和喷灰量等。 

　　4.2.2施工工艺 

　　a.根据地质资料和试桩情况，结合设计要求，选择最佳水泥掺入比，确定单位时间内的喷粉量。喷粉压力一般控制在0.25～0.40MPa之间。 

　　b.施工前应准备测放轴线和桩位，并用竹签或钢筋做标记。 

　　c.桩机对位，误差不应大于50mm。调节钻机支腿油缸，使导向架和搅拌轴垂直度偏差度不超过1%。 

　　d.将水泥过筛入罐，用压缩空气送至水泥罐称重。罐内水泥量不能小于单桩使用量。 

　　e.关闭粉喷机灰路阀门，打开气路阀门。 

　　f.开动钻机，启动空压机并缓缓打开气路阀，对钻机供气，钻机逐渐加速，正转预搅下沉，钻至接近设计深度时，应用低速慢钻，钻机原位转动1～2min。 

　　g.提升喷粉搅拌。确认粉料已喷到孔底时，一般以0.5m/min左右的速度反转提升；当提升到设计停灰标高后，应慢速原地搅拌1～2min。 

　　h.重复搅拌。为保证粉体材料与地基土搅拌均匀，可采用复喷与复搅。 

　　i.当提升喷粉距地面0.5m时，应立即停止喷粉，利用管道内余灰量喷入土中，防止粉尘污染环境。同时要求在孔口加设喷粉防护装置。 

　　j.原位移动1～2min后，将钻头提离地面约0.2m，减压放气，打开灰罐上盖，检查罐内灰余量。 

　　k.当施工过程中出现停喷现象时，必须在停喷以下1.5m处重新喷粉搅拌。 　　l.施工结束后，桩机移位对孔，施工下一根桩。 

　　4.2.3施工要点 

　　a.施工场地要求平整，并挖除含砖、瓦、碎石等杂物的表面杂土，回填素土。清除地下障碍物，对无法清除的障碍物应探明其准确位置。 

　　b.桩体喷粉要求一气完成，不得中断。 

　　c.施工时，为避免钻机移动和管路过长，施工次序宜先中轴后边轴、先里排后外排。钻机移动最长距离不超过50m。 

　　d.施工中应经常测量电压，检查钻具、流量计、水气分离器、送粉阀门、空压机和胶管灰路工作情况。 

　　e.施工中要注意防止因管内水泥结块造成堵管，遇堵管时宜拆洗管路或向上提升再打。第二次复打时要保证至少重复1.0m以上，以防止发生断桩。 

　　f.设计要求搭接的桩体，必须连续施工。一般相邻桩的施工间隔不超过8h。 

　　g.送灰过程中，如发现压力突然下降、灰罐加不上压力等现象，应停止提升，原地搅拌，及时查明原因。如由灰罐内水泥粉体已喷完成或容器、管道漏气所致，应重新加灰重打，并保证1.0m以上的重叠。 

　　h.控制好单桩的喷粉量，每米实际喷粉量与设计要求误差不超过5kg。 

　　4.2.4施工中常见问题与处理方法 

　　a.喷粉堵塞。应防止水泥受潮，并过筛；操作喷粉阀门，反复开关。 

　　b.桩体疏松。搅拌时可适当注水或改用喷浆法施工，增加喷搅次数。 

　　c.夹层断桩。施工中经常检查气压，堵塞时应将钻头提出并在原位复喷，控制喷粉与提升速度，应先喷1～2min，再提升搅拌。 

　　4.3固化剂 

　　粉喷桩施工采用的固化剂主要是水泥，而水泥本身质量、掺入量及水泥品种决定了桩体质量的优劣。 

　　4.3.1水泥质量 

　　水泥质量主要体现在水泥强度和安定性两个方面。安定性不合格水泥构成的水泥土易疏松开裂；强度不够的水泥构成的水泥土桩体强度达不到设计要求。水泥品种和标号应满足设计要求，不同品种水泥不得混用。水泥品种、标号及其附加剂的选择，应先做室内和现场试验，得出合理参数后再确定。 

　　4.3.2水泥掺入量 

　　水泥掺入量决定着水泥土强度的高低。从理论上讲，水泥土应该和被加固土的桩周摩擦力和桩端承载力相近才经济。应先取被加固土，在室内对所选水泥品种进行不同掺入比的水泥土试验，测试出不同掺入比的抗压强度及其有关其他指标，选择较为接近但大于经济掺入比的水泥掺入量，作为设计掺入量。实际应用中掺入比往往大于经济掺入比。实践表明：水泥掺入量小于12%（按湿土比重计，下同）时，质量较差，且强度离散性大；掺入比大于15%则不够经济。因此，水泥掺入比一般取12%～15%。但对于淤泥及孔隙比较大的软土则除外。 

　　5水泥粉喷桩复合地基的检测 

　　质量检测是检验采用粉喷桩施工技术后的复合地基是否能达到设计质量要求，这是决定能否进行下一道工序施工的一个关键环节。根据工程重要性与复杂程度，可选择下列1～3种方法进行质量检验。 

　　5.1抽水试验 

　　对起防渗作用的粉喷桩基础来说，一般采用全孔综合抽水，为多孔完整井稳定流抽水试验，连续3次降深，降深顺序由小到大，定时同步观测涌水量和降深，求出渗透系数。 

　　5.2取样检验 

　　检验不同龄期水泥土试块，测定其无侧限抗压强度。 

　　5.3动测检测 

　　当搅拌桩达到28天龄期后，宜采用动测方法随机抽查10%的桩数，确定是否出现断裂、蜂窝状结构及夹泥等缺陷。 

　　5.4静载荷试验 

　　对工程地质条件复杂、重点地段或大中型工程基础，宜采用单桩或多桩复合地基静载荷试验及单桩竖向载荷试验方法。载荷试验应在28天龄期后进行，检验点数每个场地不得少于3个，如试验值不符合设计要求，应增加检验孔的数量。混凝土防洪堤2005年度工程分三段进行了检测，其中，某堤段共进行了4组静载试验，丹洲隔堤进行了7组静载试验，盐关段进行了1组检测，均能满足设计要求。 

　　5.5开挖检验 

　　根据设计要求，选择一定数量的桩体进行开挖，检查加固柱体的外观质量、搭接质量和整体性等，用打击物冲击检查坚实程度，发现出现搭接不好的情况后及时进行加桩处理。 

　　6工程实施过程中遇到的问题探讨 

　　a.由于工程沿线较长，地质条件千变万化，对于布桩的形式确定，特别是长短桩复合地基实施，完全依靠施工单位技术人员和监理工程师的直觉判断，随意性较强，对工程质量和投资控制较为不利。 

　　b.由于原状土在各个堤段及各个高程均不一致，又无法每处都做实验配比，水泥的掺入量无法准确得出，在施工时往往靠经验加以判断，从整个实施过程来看，水泥浪费较为严重。 

　　c.复合地基检测。由于南方防洪工程受季节限制，一般每年10月1日以后才能动工，次年的4月1日前防洪堤需合拢，只有短短的5个月施工时间。而桩身检测强度是以90天龄期为其强度标准值的，该工程静载试验一般仅取28天左右龄期强度作为推算90天龄期强度的依据，且试验点偏少，导致检测结果有一定的偶然性。 

　　d.水泥土搅拌桩复合地基承载力和水泥土搅拌桩单桩承载力的关系。水泥土搅拌桩地基的平均允许承载力经验公式为 

　　[p复合]=m[p桩]+（1-m）[p土] 

　　式中[p复合]——复合地基的平均允许承载力； 

　　m—置换率； 

　　[p桩]—搅拌桩的允许承载力； 

　　[p土]—天然地基土的允许承载力。 

　　根据以上经验公式，桩的强度将直接影响复合地基的强度，假设桩的强度不断增加而土的强度依然不变，按照以上公式计算，复合地基的强度也会不断增加，然而实际情况并非如此。因为粉喷桩属摩擦桩类，当土的强度不变、而且饱和软粘土的强度很低时，即使不断增加桩的强度，总的复合地基强度也不会随之增加，类似于钢筋插在浆糊里的情况。只有当天然土的强度也增强时，整个复合地基的强度才会增加，所以桩的强度应和天然土的强度相互匹配。 

　　7结语 

　　综上所述，粉喷桩具有施工工艺简单，机械化程度高，无污染，无噪音，进度快，质量好等优点，在高层建筑深基坑止水和支护、市政工程、堤防加固工程等各种工程中都得到了应用。当然，在粉喷桩的施工过程中，也要注意控制它的施工质量，并采取先进的技术措施加以利用，从而大大节约工程投资，取得很好的经济效益和社会效益。 

　　参考文献： 

　　[1] 黄丽香.论某工程防洪堤设计与施工[J].城市建设理论研究.2012（19）. 

　　[2] 许果林.水泥粉喷桩在水利工程地基处理中的应用[J].城市建设理论研究.2012（15）.