粉喷桩处理软土路基

粉喷桩处理软土路基在具体工程中的运用

一、前言

粉体喷射搅拌桩是利用水泥、石灰以及水泥掺入20％左右的粉煤灰等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械将粉状固化剂喷入软土地基中强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、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桩体，并与桩间土共同作用组成复合地基。这种方法适用于加固软土，特别是淤泥类土。经过处理后的土体压缩性明显减小，抗侧向变形能力有所提高，经粉体喷射搅拌桩加固处理，可明显防止软土的侧向挤压作用。而且软土的固化时间较短，沉降稳定所需时间较少，适应于快速施工要求。

粉体喷射搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、无流动地下水的饱和松散砂土且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土。其中当地基土的天然含水量小于30％（黄土含水量小于25％）、大于70％或地下水的PH值小于4时不宜采用干法。水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数I p大于25的粘土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，必须通过现场试验确定期适用性。被处理的软土地基天然含水量在35～70％。在喷粉量相同时，其强度随土的天然含水量的降低而增大。大量试验证明，地基土的含水量在50～85％范围内变化时，含水量每降低10％，强度可提高30％以上。

粉喷桩常用的固化剂为水泥，对于有机质含量高的软土，有机质会使土层具有较大的水容量和塑性、较大的膨胀性和低渗透性，并使土层具有一定的酸性，这些都阻碍水泥水化反应的进行，从而影响水泥土强度增长。对于有机质含量较高的软粘土，用粉体喷射搅拌桩处理的软土地基的强度较低，且沉降量一般也比较大，应慎重对待。

粉体喷射搅拌桩是将水泥用机械拌入软粘土中，当水泥拌入软粘土遇到土中的水，即发水化和水解反应。水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生离子交换、团粒化

作用、硬凝反应和碳酸化反应，生成新的化合物，从而提高桩土的强度，因此要求有一定的水泥喷入量。而随着土质与施工条件的差异，掺入比提高与桩土强度增加的百分比是不完全一致的。当掺入比小于5％时水泥与土的反应过弱，固化程度偏低，强度就不能满足设计要求，因而在实际工程中水泥掺入量大于5％才能取得处治的效果。粉体喷射搅拌桩所使用的机械其加固深度为15～17米，但通常的机械在15米以上时依靠空压很难将水泥压入桩体尖端，从而造成桩体尖喷粉量的不足和原状土的扰动，使软基处理与设计要求不符。还应当注意的是用粉喷桩处理软土层时，若桩未穿透软土层，会造成未处理部分软土层的沉降量增加，沉降速度变慢。因此，用粉体喷射搅拌桩处理软土地基应将整个软土层穿透。粉喷桩处理软土地基的软弱层埋深不应大于15米以上。

二、适用工程

目前的粉体喷射搅拌桩多用于以下一些类型的工程：

(1)组成水泥（或石灰）土桩复合地基，提高地基承载力、增大变形模量减少沉降量。将固化机（水泥或石灰）与软土充分搅拌后形成水泥（石灰土），其抗压强度比天然软土提高几十倍至几百倍，变形模量也增加数十到数百倍。因此由水泥（石灰土）桩和周围天然土层组成的复合地基能较大的提高承载力、减少沉降。

(2)形成水泥土（石灰土）支挡结构物。在软土层中的基坑开挖、管沟开挖或河道开挖的边帮支护和防止底部管涌、隆起。

(3)形成防渗止水帷幕。由于水泥土结构致密，其渗透系数可以小于1×10-9～1×10-11m/s,因此可用于软土地基基坑开挖和其他工程的防渗帷幕。

(4)进行大面积加固后可以防止码头岸壁的滑动，减少软土中的地下构筑物的沉降和振动下沉，防止液化。

三、在实际工程中的运用

粉喷桩运用于白沙洲大桥引桥道路工程中，主要用于处理道路的软土地基，使软土形成复合地基提高软土的承载能力、增大变形模量减少沉降。工程中选用水泥为桩体的固化剂。

1.工程概况及地质资料

白沙洲大桥工程引桥道路部分为大桥两岸汉阳、武昌接线道路工程。汉阳岸起点于318国道的升官渡号0＋012.5于318国道顺接；止点于汉阳引桥落点相接，桩号4＋805，全长4793.214m。

根据已有的9个钻探孔的地质资料；K0＋640～K1＋300为北太子湖残留段，水深1.4～1.8m。土层主要为灰色粉质粘土，最深处达15m左右。下卧层为老粘土，北段中表层有1～3m左右深淤。K1＋300～K3＋620段为北太子湖湖积区段，鱼塘菜地相间，地表0.5～0.7m多为松散耕植土，地面下13m左右为淤泥质粘土层，下卧层为老粘土，层面有起伏K2＋745～K4＋810左右。地表为粉质粘土或人工填土层，层厚多在1.0～3.0m之间，其下距地面16.0m左右为灰黄色淤泥质粘土层。其中距地面6.0～9.0m左右夹有一层灰黄色粘土层、淤泥质土层以及老粘土，层面起伏。

在不同地段，不同深度，各土层物理、力学性质差异很大，各土层主要物理力学性质指标见表：

综合以上地质勘察情况，本区段有水深、水多、淤泥厚、淤泥质粘土层深、天然含水量大等特点。依据地质资料中的地质参数，结合地基处理规范，本地区设计选用水泥土搅拌桩的施工。

2.具体施工

在本次粉喷桩加固处理软地基工程中设计要求粉喷桩桩径500mm。采取梅花形布置（如图），桩距(y×x)为1.5×1.3m，1.15×1.3m，1.0×1.3m，1.25×1.3m，1.4×1. 3m，2.0×1.3m等几种形式。固化剂采用硅酸盐水泥，标号425＃，水泥掺入量为每延米50kg，桩长分别为3m到13m。

工程中主要运用的是PH-5B、PH-5两种钻机，其主要参数如下［2］：

在开钻之前要做好施工准备，首先进行围堰、排水、清除淤泥，然后填土，以使钻机能够行走，工作。准备完毕才能进入正规施工，其程序如下：

在实际操作过程中必须严格按照成型程序，严格控制各项指标要求，并做好每一项记录，以保证粉喷桩的成桩质量。

通过操作工艺可知，以电流的变化值可较好的控制钻进过程中所遇到的情况。以较小扭矩实施钻进，在一定的小扭矩钻进过程中所遇阻力小时，电流（A）值小；反之，所遇阻力大时，电流（A）值大。启动主电动机，选取合适档位，正转预搅下沉进入淤泥层后，以Ⅴ档钻进并保持不断送入高压空气，以免出灰孔堵塞。在淤泥层中钻进时，电流值一般在35～45A左右，基本平稳；进入淤泥与粘土交界层面处时，电流值跳动较大，波动幅度大于5～15A；进入粘土层后，电流值一般在50～65A左右。这时的电流跳动值钻进操作人应做好记录，确定钻入粘土后中止下沉，并原位转动1～2分钟，记录其桩长。在实际操作过程中，有时钻进到设计深度，电流值仍在45A左右波动，或没有达到设计深度，电流值已经达65A以上，这些都是因为地形起伏变化的原因。如果已经到设计桩长电流值仍没有很大变化时，继续钻进1m，看有无变化，无变化，就要请现场管理人员或监理认可后提升。如果没达到设计桩长，电流值已超过65A，就要将档调低下钻，电流如果到达80A 后可以提升，并对这些桩的下钻电流、深度作好特殊记录。

下钻后就开始送灰，由喷灰操作手下达指令给钻机手开始反转提升，提升速度始用Ⅲ档，当在淤泥质粘土层中，喷灰时达不到48kg（设计者50kg）或在粘土层中喷灰时达不到25kg时可用Ⅱ档，喷灰操作手应控制电子称所显示喷灰量以达到设计要求。要严密监视气压表使喷灰时胶管内的气压控制在0.3～0.35MPa，灰罐的气压为0.32～0.4MPa之间。喷灰过程中有时会发生气压很小，但是只要一开控制水泥的阀门，水泥就大量进入淤泥，很难控制，这是因为此处淤泥的含水量高，空隙比大，遇此情况可以加快钻杆提升速度；另一种情况是水泥罐的气压已经很大了，但是喷灰量很小，这可能是因为钻头正处在硬质土中水泥很难进入土体，遇到这种情况可以相应放慢提升速度以保证喷出灰量；还有一种情况是水泥罐的气压已经大大超过正常喷灰时气压，但喷灰量却无明显增加，这种情况很危险，很大可能是由于水泥中有结块，或有杂物发生的堵管现象，必须立刻泄压，并迅速提升钻头检查，解决问题后继续下钻。下钻到刚才停灰面以下1m处开始喷灰，喷灰过程到离地面还有50cm时停止，喷灰完成后为了使水泥和淤泥能均匀混合，必须进行重复搅拌。喷灰后，钻头在钻进和提升过程中对水泥土体有很大的压密作用，这样使重复搅拌时钻进和提升过程中的阻力增大，但是为保证工程质量，力争实现全桩长的重复搅拌，确保实现在地面以下1/2～1/3