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1、软土地基处理粉喷桩,中铁科工集团轨道交通装备有限公司技术开发部 2015.1.9,一、粉喷桩简介,粉喷桩定义,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。深层搅拌法是加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂(浆液状和粉体状)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地基。粉喷桩就是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法。,粉喷桩最适合于加固各种成因的饱和软粘土，目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土。,粉喷桩桩按材料喷射状态
2、可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度。但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。,1.1 特点 1.机理科学、费用低廉 （1）加固成本低。由于利用原土为原料，加入少量固化剂，一般为12-15%的土体重量。 （2）桩身质量好。由于桩体粉体与土拌和，化学反应充分 ，桩身强度相对较高。 （3）地基加固后其容量变化不大，仅比原容量增加5%， 故无附加荷载，含水量略低于原土，约减少3-7%，其抗压强度一般为1.6-2.0MPa，其主要与土的种类、含水量、粉体掺入量、养护龄期以及外加等因素有关,1.2.干法施工 （1
3、）施工不需水源，不需排污，故场地干净。 （2）桩体强度高。此方法是从地基中吸收一定的水份，工艺效果较好，提高了地基加固效果。 1.3.无侧向挤土问题 该工艺与打入桩或压入桩相比，由于成桩是将原位土体作为主要原料，使地基中几乎不增加体积，故不产生侧向挤土，所以粉体喷搅法施工时，对临近环境无影响，甚至可以紧贴相邻基础施工。,1.4.桩身强度可因需要加以控制 该工艺可按工程需要及地质条件，以不同掺入量来控制不同的桩身强度，也可在同一地基中不同层位控制不同桩身强度，满足工程上的需要。 1.5.施工机械简单、操作方便 粉喷法施工专用机械由成桩钻机、空压机、供料机三大件组成。设备简单，桩身体积小，移动方便
4、，成桩直径一般为500-700mm。桩长最深可达30m，施工效率较高，台班成桩10-15根。,1.6 适用范围 该工艺桩位平面布置灵活，可以组成多种形状，如柱状、壁状、格栅状等，主要用于工程建设中的多种地基改良加固，尤其以淤泥质软土改良效果较好。可作为支护体系，用于防止滑坡，防止流砂及止水围护等，还可以加固地基中的某个部位，故应用广泛。在住宅基础应用中单桩承载力可达300KN，复合地基承载力可达25Kpa.,水泥土搅拌桩的桩位平面布置形式 水泥土搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，抗压强度远大于抗拉强度。一般采用水泥土搅拌桩作围护结构以“重力式”挡墙为宜。,二、粉喷桩施工准备,技术准备,
5、材料准备,2.1技术准备,施工场地的工程地质报告 土工试验报告 室内配合比试验报告 粉喷桩设计桩位图 原地面高程数据表 加固深度与停灰面高程,2.2场地准备,场地平整，清除障碍物 如场地低洼，回填粘性土 施工场地不能满足机械行走时，需铺设砂土或碎石垫层 如地表承载力过低，应采取措施防止机械失稳,2.3原材料准备,水泥：425号普通硅酸盐水泥 水泥应有产品合格证 水泥各项性能进行室内检验 严禁使用受潮、结块变质的加固料,2.4 机械准备,钻机:主要成桩机械 粉体发送器：关键设备 空气压缩机：考虑加固工程地质条件和加固深度 搅拌钻头,计量装置,电脑记录仪等,2.5试桩工艺准备,试桩数量：5根 确定
6、钻进速度：V1.0m/min 确定提升速度: V0.8m/min 确定搅拌速度:30r/min 确定喷气压力:0.5MPa 确定单位时间喷粉量 确定钻进与提升时管道压力： 0.10.2MPa(具体数值不同工地有差异),三 、粉喷桩施工-工艺流程,粉喷桩施工工艺分为就位、钻入、预搅下沉、喷搅提升、复搅下沉、复搅喷粉提升、成桩等过程。见图1。,材料要求 喷粉使用的粉体固化剂为425号普通水泥，要求新鲜无结块，入罐时应经筛网过滤，最大粒度不超过5mm，不得含有纸屑、塑料布、石子等杂质；石灰用磨细生石灰，最大粒径小于0.2mm，要求质地纯净无杂质，含氧化钙和氧化镁的总和应不少于85%，其中氧化钙的含量
7、不低于80%。,3.1粉喷桩施工流程,粉喷桩机就位,预搅下沉,喷粉提升搅拌至设计桩顶标高以上50cm,重复搅拌下沉,重复喷粉搅拌,提升至桩顶标高以上50cm,关闭喷粉机械,提升至孔口关闭搅拌机械,1、桩体就位：移动钻机、使钻头对准桩位，分别以经纬仪、水平尺在钻杆及转盘的两个正交方向校正垂直度及水平度。 2、上水泥等粉灰：打开粉喷机料罐上盖，按（设计有效桩长+余桩长）每m用料，计算出水泥等粉灰用量，并进行过筛，加料入罐，第一罐多加50kg水泥等粉灰。 3、关闭粉喷机灰路蝶阀、球阀，打开气路蝶阀。 4、钻进：启动钻机和空压机，并缓慢打开气路调压阀，对钻机供气，视地质及地下障碍情况采用不同转速正转下
8、钻，宜用慢档先试钻。 5、压差控制：随钻杆下钻压力增大而调节压差，使喷粉压力(灰罐压力)管道压力(只喷空气下钻时的最大反压)大0.2MPa左右的压差。,6、喷搅提升：钻头钻至设计桩长底标高，关闭气路蝶阀，并开启灰路蝶阀，反转提升，打开调速电机，视地质情况调整转速，喷灰成桩。 7、钻机正转下钻复搅，反转提钻复喷。根据地质情况及余灰情况重复数次，保证桩体灰土搅拌均匀。 8、钻头提升至桩顶标高下0.5m，关闭调速电机，停止供灰，充分利用管内余灰喷搅。 9、原位旋转钻具2min，脱开减速箱、离合器将钻头提离地面0.2 m。 10、打开球阀，减压放气。打开料罐上盖，检查罐内余灰，并记录喷灰量。 11、钻
9、机移位，进入下一个成桩桩位。,3.2施工机具 施工机具主要由成桩钻机、配套水泥罐和贮灰罐及喷粉系统、空气压缩机三大系统组成。喷粉桩机由液压步履式底架、井架和导向加减压机构、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。目前使用的机械有：GPF-5、GPF-7、PH-5及PH-8型钻机、YP-1粉体喷射机、3N-1.6/1.0空气压缩机各1台；C-2储气罐、配电箱各一只；电缆、压力胶管、车若干。施工设备布置见图2。,施工机械,1、粉喷桩：可采用PH-5B、PH-5D系列搅拌桩机械施工,搅拌桩,全景,输灰灌,PH-5D型,PH-5B型,搅拌桩施工机械,粉体喷射机 空气压缩机,湿喷用泥
10、浆泵(右),喷粉钻头,喷浆钻头,喷浆后配套,喷粉小灰罐,喷粉后配套,喷浆用水龙头,3.3）施工工艺要点: （1）施工前进行场地平整，桩位放线，组装架立喷粉桩机。检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、喷粉系统各部分安装试调情况及灰罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，进料口应加盖密封。 （2）成桩时，先用喷粉桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后，将钻头以1.0-1.2m/min速度边旋转边提升，同时通过粉喷系统将水泥（或石灰粉）通过钻杆端喷嘴定时，定量向搅动的土体喷粉，使土体和水泥（或石灰）进行充分搅拌混合。,（3）桩体喷粉要求一气呵成，不得中断，每根桩装一次灰
11、并搅喷完。喷粉深度在钻杆上标线控制，喷粉压力控制在0.5-0.8MPa。 （4）单位桩长喷粉量是控制成桩质量的关键，喷粉量随桩体强度而定，一般为45-50Kg/m，工程的喷粉量应一次大体调定。喷粉先里排后外排，可由一端向另端进行。 （5）当钻头提升到高于桩顶面约500mm，喷粉系统停止向孔内喷射水泥（或石灰粉）时，桩体即告完成。为保证质量，上部1.5-2.5米可复钻孔喷粉一次。 （6）喷桩桩自然养护14天以上始可挖土，以免在水平力作用下造成断桩。,粉喷桩施工现场,粉喷桩桩机,施工现场,深层粉喷搅拌桩施工现场,3.4操作要点 1、施工前应准确测放轴线和桩位，并用竹签或钢筋标定。 2、施工现场要求
12、平整，施工前彻底清除地下一切障碍物。 3、正式打桩前宜按设计要求施打工艺试桩，以确定各地层和平面区域内钻杆提升速度和喷灰速度、喷灰量等。 4、粉体喷射机灰罐应按理论计算量投一次料，打一根桩，以确保成桩质量。 5、喷射机内压力要保持稳定，压力要足够。 6、钻机提升速度控制于0.45-0.8m/min。 7、钻机预搅下沉，应尽量不用冲水下钻，当遇较硬土层太慢时，方可适量冲水。,3.5 施工注意事项 1、每一根桩开钻后必须连续施工，严格控制喷灰及停灰时间，不得间断。严禁在尚未喷灰的情况下进行钻杆提升作用，以确保粉喷桩质量和长度。 2、如遇停电，机械故障等原因而喷粉中断，应及时记录中断深度，待恢复正常
13、后进行复打，复打重叠段不应小于1m。 3、钻杆下沉前，应用经纬仪检查或垂线量测钻杆的倾斜度，使倾斜度值不大于1.5%。 4、深层搅拌机喷灰提升至原地面以下50cm时，应关闭空压机，防止固化剂喷入大气层。 5、在桩径变更时应对直径进行复核，对使用过的钻头须随时检查，且磨损量不得大于1cm。,3.6技术经济比较 大量工程实践证明，水泥粉喷桩工艺具有施工快、建筑材料省、造价低、强度高等优点。 （1）施工周期短，每台班可完成300-400m左右。 （2）加固体强度相当于浆液搅拌法的2倍。 （3）材料成本低，每延长米仅10元左右，工程造价比浆液搅拌低1/3。,3.7水泥湿喷搅拌工艺,合适的配方还需采用合
14、适的机具和工艺流程才能保证水泥土达到设计强度。如果机具和工艺不适用，或重心不稳，或搅拌的功率和喷浆力不足，常常造成只搅拌不喷浆，只转动不搅拌，土体呈同心圆转动或摆动，其后果是泥浆、泥块、水泥浆分离，拌和不匀，上下不均一，强度差异悬殊，总强度很低。因此，对不同土类、不同深度的加固体应分别采用不同的机具和工艺流程，包括：搅拌机的功率，搅拌头的类型，喷浆的压力和搅拌的流程等。,对于打入深度在812m的搅拌桩，搅拌机的功率可用35 45kW和轴杆直径mm的单轴和双轴搅拌头。对于深度超过20m的搅拌桩，搅拌机的功率应增大至5560kW，搅拌头的直径，喷射压力也相应增大。一般采用的工艺流程如图所示,如打入
15、深度较大的搅拌体，应采取自上而下，或自下而上分段搅拌，先贯入下沉喷浆搅拌第一段，再下沉提升搅拌第二段，这样有利于搅拌均匀。其中要注意控制提升的速度和转速，一般每分钟提升0.61.0m，每分钟转速为2040转。,四、粉喷桩施工控制要点,(1)加强对施工机械设备的检验 桩机配置可以控制桩身每米喷粉量的记录器; 桩机上的气压表、转速表、电流表、电子称必须经过标定,不合格的仪表必须更换; 桩机钻架相互垂直两面上分别设置两个0.5 kg重的吊线锤,并画上垂直线 在桩机的钻架上画上钻进刻度线,标写醒目的深度; 钻头直径的磨损量不得大于1cm。,(2)加强对原材料的检验。 粉喷桩所用材料必须经过检验,满足规
16、范、设计的要求。 粉体固化剂入罐时必须过筛,以保证入罐固化剂粒径符合要求,没有纸屑、石块等杂物。,(3)施工前进行工艺试桩 工艺性试桩,试桩数量不少于5根。 试桩的目的:提供满足设计喷粉量的各种操作参数(如管道压力、灰罐压力、钻机提升速度、钻进速度、搅拌速度等);验证搅拌均匀程度及成桩直径;确定符合质量要求的合理掺灰量和合理的工艺流程;确定进入持力层的判别方法。,(4)严格计算桩孔间距,做好桩机对中、调平工作。 机身调平以钻杆是否垂直为依据,钻杆垂直度应严格控制,采用先进的控制办法进行控制,必要时可在机身设置激光对中仪进行控制。,(5)控制喷粉工艺 a.喷粉直接关系着成桩的质量,要求迅速连贯,一气呵成。 b.钻头钻至设计深度,应有一定的滞留时间,以保证粉料到达桩底。一般在开工前通过观察确定滞留时间。 c.提升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,应对粉料进行加压。喷粉过程应随时观察粉体计量的变化,以保证各段(通常以1m为一个单位)喷粉均匀。如出现断粉,应及时补喷,
