粉喷桩在城市道路软土地基处理方法

探讨粉喷桩在城市道路软土地基处理方法
摘要：软土，广泛分布在我国沿江、沿海的城市，即多分别在经济发达的城市，不可置否地，经济越发达的地区对道路质量的要求越来越高，对城市道路网的完善也有着迫切的需要，但这些软土的存在，给城市道路带来了不同程度的危害，比如桥涵通道处跳车、路面不平等问题，本文拟探讨的粉喷桩正好是解决软土地基的有效手段之一，因其能够较好地改善地基的受力状况，并可充分发挥桩侧基土的承载潜力而广受施工者的青睐。

笔者拟结合自己经验和所学理论，从粉喷桩的历史、现状及加固原理、设计等方面探讨一下粉喷桩在道路软地基处理中的应用，为各位提供一些参考。

关键词：城市道路粉喷桩软基处理应用
中图分类号：u41 文献标识码：a 文章编号：
粉喷桩，目前我国常用的一种软土深层加固技术，又被称为深层搅拌法，属于深层搅拌桩的范畴，是利用钻机将粉体固化剂喷入软土地基中，然后通过对软土与固化剂的强制搅拌，利用二者之间所产生的反应，使软土变硬，共同形成具有整体性、水稳性和一定强度的优质复合地基，从而增加路基强度的一种软土处理技术。

多被用于处理表层厚度大于3～4m的软土地基，常适用的土类有淤泥质土、粉土以及软粘土含水量较高的部分。

1、粉喷桩的历史与现状
二十世纪六十年代后期，瑞典bpa建筑公司采用生石灰与原位软粘土搅拌成石灰柱，标志着粉喷桩技术的问世，接着在欧美国家掀
起了一阵广泛使用的浪潮。

我国引入此项技术是在二十世纪七十年代末，由我国冶金建筑研究总院和交通部水运规划设计院引进，并在1980年应用于实践，之后即在我国沿海地区和长江中下游地区得到广泛应用，取得了良好的效益。

经过三十多年的反复实践，在设计科研、工程应用、施工机械、质量检验等方面都积累了丰富的经验。

2、粉喷桩的加固原理
水解、水化反应
当水泥与粘土两者结合时，粘土中的水就会和水泥中的矿物发生水解和水化反应，生成含水硅酸钙、氢氧化钙及含水铁酸钙等化合物，如图1。

这些化合物迅速在水中溶解，就会导致水泥颗粒表面再一次暴露出来，重新与水发生反应，逐渐使其周围的水溶液达到饱和状态。

饱和后，新生物仅能以细分散状态的胶体析出，悬浮起来形成胶体，而不能再进行溶解。

（图1）
硬凝反应
在水泥水化的反应过程中，粘土矿物中的一氧化硅及二氧化一铝与溶液中析出的钙离子发生化学反应，从而生成不溶于水的稳定的结晶化合物。

如图2：
（图2）
这些化合物生成后，会逐渐在水和空气中硬化，从而增大水泥土
的强度。

此外，这些物质的结构十分密实，水分侵入困难，因此还能使水泥粘土具有很好的防水性。

离子交换和团粒化
当粘土中含量最高的二氧化硅遇水后，就会形成硅酸胶体微粒，此种微粒的表面带有钠离子或钾离子，和水泥水化生成的物质进行等量吸附交换，最终聚集较小的土颗粒从而形成较大的土团粒，起到提高土体强度的作用；此外，水泥水化生成的凝胶粒子的表面积也会比原来大接近一千倍，能产生极大的表面能，强烈吸附土团粒进一步结合起来，形成水泥蜂窝结构，同时封闭土团粒之间的空隙。

碳酸化
水泥水化物中游离的氢氧化钙，在吸收水和空气中的二氧化碳后，与之发生碳酸化反应，从而生成不溶于水的碳酸钙。

如图3：（图3）
这种反应的功效就是加强水泥土的强度，但其也有所缺憾，即：增长速度较慢、增长的幅度较小。

3、粉喷桩在道路软土地基处理中的应用
加固道路软土地基
粉喷桩用于加固道路软土地基，是利用本身和桩间土的共同作用形成水泥土桩复合地基，水泥与土互相结合，在经过化学作用后，其强度和变形模量即可比原来提高数十甚至数百倍，因而有效地提高地基的承载力，同时还能减少地基上所置建筑物的沉降。

加固边坡，形成水泥土支挡结构物
为了确保墙自身的安全、提高加固的效果，在加固道路软土边坡时多采用高标号的水泥作固化剂，粉喷桩之间的搭接宽度应控制在10cm左右，才不会导致墙体强度和稳定性不够，更不会造成桩身材料的浪费。

同时，档墙可作为防渗帷幕，具有良好的经济、社会效益。

形成道路防渗帷幕
以水泥作为固化剂的粉喷桩是比较密实的水泥土体，相对于原来的土体，渗透系数明显降低，比如某一粘土渗透系数加固前为1×10-8cm/s，提高水泥掺量140 kg/m3的加固后，则变成大约1×
10-10cm/s的样子。

可见，水泥土体的渗透性很小，即具有很好的防渗水能力。

正因为此，粉喷桩在近几年的道路工程中被广泛应用。

粉喷桩应用的限制
第一，它主要适用于天然含水量不低于30%的淤泥质土、粘性土和粉性土地基，当软土地基的ph值小于4，或者当软土地基的天然含水量大70%时均不宜采用；第二，因桩有一定的柔性，太长加固不能保证效果，所粉喷桩的加固深度不宜大于15m，但也不能太短，否则起不到加固作用。

成桩质量的不足
在实践中，一般施工文件中都只规定做一定比例的大桩头足尺试验，没有规定其他要求更高的检测方法，这在一定程度上导致了一些施工单位的少数桩只注重浅处数米的施工质量，保证了浅部的喷粉量，甚至在浅部的喷粉量大大超过了强度要求，但在深部则敷衍
了事，没有达到质量要求；此外，同样压力下的喷粉工作，由于复土压力的存在，使得深部喷粉阻力增大，最终导致桩含灰量、强度不均，其下部含灰量通常不如中、上部。

虽然在设计文件中对每米喷粉量均有规定，但根据抽查的部分桩的统计资料来看，整体含灰且强度全部达标的桩少之又少。

4、施工方法及注意事项
4.1施工方法
粉喷桩的施工程序：整平原地面→钻机定位→钻杆下沉钻进→上提喷粉强制搅拌→复搅拌→提升出孔→钻机移位(如图4所示)。

（图4）
将钻机移至桩位，调整钻机机身，将钻头对准桩位，分别用经纬仪、水平尺来校对，以保证钻杆的垂直度；
打开送料阀门，按计算出来的水泥用量进行过筛、加料，第一罐多加一包水泥；
关闭粉喷机灰阀、球阀，打开气阀；
启动搅拌机及空压机，接着缓缓打开气路调压阀，对钻机进行供气，用慢档试钻后再根据具体情况采用不同转速正转下钻，做到钻头边旋转边下钻；
不定时观察压力表读数，视情况调节压差，使后阀较前阀大
0.02-0.05 mpa压差；
钻头提升到设计高程时，关掉送料阀，停止喷粉，但空压机不停机，打开送气阀，在原位转动两分钟，以保证桩头均匀密实；
将搅拌钻头再钻到设计桩底的深度，进行第二次搅拌；
复搅结束后将搅拌钻头提出地面，主电机、空压机停止运转，填写施工记录表；
开启液压步履，进入下一个成桩桩位。

4.2注意事项
切忌使用没有粉体计量装置的喷粉机；
小心控制下钻深度、喷粉高程以及停灰面，一定要确保粉喷桩的长度；
应定时检查成桩直径及搅拌均匀程度；
使用过的钻头要定期进行复核检查，确保其直径磨耗量不大于两毫米；
当钻头提升至地面以下0.5m 时，应立即停止喷粉；
储灰罐容量应至少为一根桩的用灰量再加上50kg，若储量不足则禁止对下一根桩开钻施工；
当遇到故障停止喷粉后，在第二次喷粉接桩时的喷粉重叠长度至少为一米；
泵送水泥必须连续，并应记录材料的用量、时间，确保其用量误差不得大于±1％；
按时检查起吊设备的平整度以及导向架对地面的垂直度，每工作班至少进行两次，确保垂直度偏差不大于1％；
提升的速度和次数必须符合施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间都要有专人负责记录，力求深度达到设计标准，时间误差
低于5 秒。

另外，施工前应丈量钻杆长度，并标上明显标志，以便掌握钻入深度和复搅深度；
最后，施工中出现问题应及时处理、做好记录、及时解决。

总而言之，我们应该利用好粉喷桩技术来解决道路软土问题，只要我们严格按照粉喷桩的施工工艺，及时更新自己的工程技术知识，就能够将它运用自如，充分发挥粉喷桩技术在有需要的地区的应用的有效性。

参考文献
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