水泥粉喷桩加固软土地基

水泥粉喷桩加固软土地基

前言

粉喷桩即从不断回转的专用钻机的钻头向周围已被搅松的土中喷出水泥或生石灰粉，经叶片搅拌形成的桩体。粉喷桩的桩身无侧限抗压强度可达780～2000kPa。采用粉喷桩处理后的复合地基承载力可达160～180kPa，甚至更高。与钢筋混凝土桩相比，可节

约大量的钢材，从而降低了造价，缩短了工期，具有良好的技术经济效果。经整理形成工法，以便推广应用。

一、工法特点

1、在软基中采用钻头搅拌钻孔成桩，对地基及周围建筑物扰动小，地表下沉得到控制，施工中振动小、噪声低，具有良好的社会效益。

2、无下沉坍落，作业安全可靠。

3、施工作业简便，机械设备容易解决。

4、以较小的投入即可达到理想的加固效果，成本低、效益高。

二、适用范围及条件

1、本工法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。

2、适用于淤泥、饱和粘土、亚粘土等地基加固。

3、加固深度为20m，加固土强度标准值取90d龄期的无侧限抗压强度，一般可达到0.8～2.0Mpa。

4、当地下水有侵蚀作用或加固的地基为泥碳土时，应通过试验确定其适应性，冬季施工应注意低温对加固效果的影响。

三、工艺原理

粉喷桩是用改制的螺旋钻机，将钻杆钻至设计要求的土层深度，钻头到达下部持力层

后，用压缩空气将水泥粉或生石灰粉经钻杆内孔输送至钻头上特制的喷嘴，随同钻头旋转向四周土体喷射，同时钻杆以一定的速度提升。钻头上的叶片将其四周一定范围内的土体自下而上不断切割，使之疏松，并与水泥或生石灰粉搅拌混合胶结，硬化后即可形成一定

直径的强度高于原土层的固结体。

水泥加固软土是基于水泥与加固土的物理化学反应。水泥颗粒表面矿物很快与土体中

的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙等。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，有的与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团之间的孔隙，形成坚硬的联结体。拌入水泥七天后，土颗粒周围充满水泥凝胶体，一个月后，充填到颗粒间的孔隙中，形成网状结构，五个月后，纤维状结晶辐射向外伸展，产生分叉，并相互连接形成空间网状结构，增加土体强度。

四、施工设备

（一）粉喷桩机

该机主要由液压步履式底架、井架和导向加减压机构以及钻机传动系统、钻具、液压系统、喷粉系统、电气系统等部分组成，其结构外形见图1。

（二）其它机具设备

粉喷桩施工需用的机具设备见表1。

表1 主要机具设备

序号名称规格、型号单位数量

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1 粉喷桩桩机 PH-SA型或其它型号台 1

2 喷粉机 1.3m

3 台 1

3 空压机 16m3/min 台 1

4 翻斗车 1t 台 2

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五、施工工艺

（一）施工程序见图2。

（二）关键技术及操作方法

1、关键技术

本工法的关键技术是喷粉，即将粉体成桩固化剂用压缩空气输送到钻头并射到土层中

去。喷粉直接关系着成桩的质量。

喷粉一般在喷气后进行，其操作程序是：开通喷粉球阀和蝶阀、关闭喷气阀，按下无

级变速器电机启动按钮，使旋转供料器运到喷射管，喷入土层。以上操作要求迅速连贯，一气呵成。

2、操作方法

（1）对正桩位，调平桩机机身，保证桩的垂直度，启动主电机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气。继续钻进。

表2 停止喷粉深度

提升挡位 I II III

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设计停喷深度/m 0.55 0.60 0.65

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图2 水泥粉喷桩施工工艺流程图(略)

（6）打开送气阀，关闭送料阀，但空压机不要停机，搅拌钻头提升到桩顶时，停止提升，在原位转动两分钟，以保证桩头均匀密实。

（7）搅拌钻头再钻至设计桩底深度，进行第二次搅拌。

（8）将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，填写施工记录。

（9）移动桩机到下一个桩位。

3、操作要点

（1）机身调平以钻杆是否垂直为依据，实际操作时可用铅锤吊线，必要时可在机身设置激光对中仪进行控制。

（2）喷粉或喷气时，当气压达到0.45Mpa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，将钻头提升至地面，切断空压机电源，停止送气。查明堵塞原因，予以排除。

（3）钻头钻至设计深度，应有一定的滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。一般在开工前通过观察确定滞留时间。当用30m送料管时，滞留时间为2～4分钟。

（4）整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业。在空气湿度大、粉体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷粉量大时，应开通灰罐进气球阀，以对罐料加压。如出现断粉，应及时补喷。补喷重叠长度不得小于0.5m。

（5）粉喷桩搅拌下沉时尽量不用水冲下沉。当遇较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水。采用水冲下沉时，喷粉提升前必须将喷粉管内的水排净，同时，还应考虑冲水成桩时对桩强度的影响（土层含水量增加10%，水泥土的强度降低10%～15%）。

（6）桩顶设计标高与地面标高接近时，地面以下1m范围内喷粉、搅拌、提升宜用慢速，当喷粉即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒钟，以保证桩头均匀密实。

（7）喷粉开始时，应将电子秤显示屏置零，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉搅拌时，记录人员应随时观察电子秤的变化显示，以保证各段（通常以1m为一个单位）喷粉均匀。

（8）粉体固化剂入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径最大不超过0.5cm，没有纸屑、石块等杂物。水泥可采用不同品种水泥，标号一般采用425#或525#，掺入比为7%～15%，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度qu约增加20%～30%。

六、劳动力组织

本工法的劳动力组织见表3

表3 劳动力组织

序号工种人数工作内容

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1 班长 1 负责指挥协调各工序操作，控制加固质量，排除施工

中的各种障碍

2 操作员 2~

3 按设计施工工艺正确操纵钻头的钻进和提升，检查维

修机械，负责使用联络信号

3 司泵 1 统计材料用量，记录泵送时间，清洗输送管道。