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1、粉体喷搅法加固软土地基施工技术摘 要 介绍了用粉体喷搅法加固软土地基作用原理及施工技术，详细说明了施工过程技术指标控制。关键词 粉体喷搅法 加固 软土地基 技术1 前言粉体喷搅法是在软土地基中利用空气输入粉体加固材料,通过和原位地基土强制性的充分的搅拌混合,使地基土和加固材料发生化学反应而硬结，从而增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡稳定性的方法。此方法施工方便，工期短，安全可靠，较之砂井类预压固结的软基处理方法造价偏高，但加固施工完成后即可接续下道工序施工并一次完成，对自然环境影响小，具有显著的时间效益。随着施工搅拌机械的进步和工后检测方法的日趋完善，在时间就是效益的今天必将得到更加
2、广泛的应用。粉体喷搅法加固软土地基一般适用于含水量高的淤泥质土，粉性土和粘性土，当地基土PH小于4或天然含水量大于70%时不宜采用。加固深度一般不超过15米。我单位承建的新（沂）长（兴）铁路九标段位于江苏省大丰市境内，由于地处平原水网地区，涵渠等构造物密集（平均每公里达6座）。本地区为海积平原软土区，地层为第四系全新统海相沉积层，表层为砂粘土硬壳层，褐黄色，软塑为主，局部硬塑，厚度约0.3米，地基承载力110120Kpa，其下为淤泥质砂粘土，淤泥质粘砂土，局部有深度不等的粉细砂夹层，地基承载力5080Kpa。涵渠地基承载力明显不足，对于提高软土地基承载力的方法很多，为加快工期，减少因结构物的修
3、建对既有水利系统的影响，本着经济合理的原则，本标段的涵渠地基广泛地采用了粉体喷搅法加固软土地基技术，从九八年八月至九九年三月，共计完成粉喷桩14.5万延米，从工程实践看，有效地提高了地基承载力，效果良好。2 粉喷桩设计粉体喷搅法形成的粉喷桩按受力方式可分为端承桩和摩擦桩两种方式。对于软土层较薄（一般小于10米），粉喷桩穿过软弱土层达到硬土层（持力层）后形成端承桩，靠桩本身强度及硬土层的支承力与桩周围土一起组成复合地基。对于软土层较厚（一般大于10米），通过粉体喷搅法形成摩擦桩，依靠桩与软弱土层的摩擦力来与周围土一起组成复合地基，从而提高地基承载力。粉体喷搅法加固软土地基的设计主要工作为：选定加
4、固材料，确定加固范围，计算粉喷桩长度、根数及布置，控制沉降量等。2.1加固材料的选择粉体喷搅法加固材料一般采用水泥或石灰。石灰加固料一般适用于粘土颗粒含量大于20%，粉粒及粘粒量之和大于35%，粘土的塑性指数大于10，液性指数大于0.7，PH值为48，有机物含量小于11%，土的天然含水量大于30%的偏酸性土质。水泥加固料一般用于淤泥质土、粘性土、粉土、素填土、杂填土，饱和黄土、中粗砂等偏碱性的地基加固。本标段采用矿渣水泥做为加固材料。2.2粉喷桩的强度确定2.2.1单桩承载力的计算：单桩承载力有两种估算公式式(1)： P1=nPtApP1单桩允许承载力（KN）；n桩身强度折减系数，一般取0.3
5、0.4；Pt桩身强度（Kpa）；Ap桩的面积（M2）；式(2)： P2=UpFiLi+ApQpP2单桩允许承载力（KN）；Up桩的周长（m）；Fi桩周围第i层土的摩擦力(Kpa)，淤泥58Kpa，淤泥质砂粘土可取1012Kpa；Li桩周围第i层土的厚度（m）；桩尖天然地基土的承载力折减系数可取0.40.6；Qp桩尖天然地基土的承载力（Kpa）；2.2.2粉喷桩的强度上述公式(1)中P1值为桩本身强度所确定的承载力，式（2）中P2值为土对桩的支承力，显然，本着经济合理的原则，两者存在以下关系：P1最好略大于P2；根据实际测得的Qp值，确定Up值，可计算出P2；然后根据P1和P2的关系推算桩身强度
6、Pt值。本标段粉喷桩直径统一采用50cm，综合全段地质软土层均厚10.2米，淤泥层厚度平均为2.3米，Fi取6.5Kpa；淤泥质砂粉土厚度平均为6.9m，Fi取10Kpa；由于P1P2 计算得Pt1695Kpa，Pt即粉喷桩的强度，取2000Kpa；2.2.3加固材料掺量经试验采用425#矿渣水泥，每延米掺量5961kg即能达到强度要求。2.3复合地基的强度用粉体喷搅法加固软土地基技术形成的复合地基强度可用下面公式计算：sp=Asp(1As)s必须满足条件：0sp式中：sp复合地基容许承载力（Kpa） s桩间土天然地基容许承载力（Kpa）； p桩身容许承载力（KPa）； 桩间土承载力折减系数，
7、当桩间为软弱土层时可取0.51.0，当桩尖为硬土层时可取0.10.4； As置换率； 0结构物在地基上的平均接触应力。2.4粉喷桩的平面布置根据地基上部荷载确定复合地基要求达到的强度，分别计算出个别工点的置换率As，得出粉喷桩的根数、深度、加固区范围等技术参数。本标段粉喷桩平面采用正方形布置，另沿涵渠轮廓外加设一排粉喷桩以提高地基的整体稳定性。2.5沉降量计算加固的软土地基沉降量(S)可分为被加固体的局部沉降（S1）和被加固体下部未加固土的沉降（S2）两部分，即：S=S1+S2S1根据地基上部施加的荷载大小，桩轴向是否达到徐变极限分别计算。荷载较小时，根据置换率对桩和桩间土的弹性模量加权平均值
8、按弹性变形进行估算；当荷载达到徐变极限时，用分层总和法计算。S2按分层总和法计算。3 粉喷桩施工施工前认真做好各项施工准备工作。3.1施工工艺本标段采用PHSA型粉喷桩机施工，施工工艺见流程框图。3.2操作方法3.2.1 对正桩位，调平机身，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。3.3.2 钻到设计深度时，停止钻进，钻头反钻，但不提升，现场实际施工中钻进深度D由深度尺盘按D=H+A1+A2确定，其中H为设计加固深度；A1为搅拌钻头喷射口与地面平行时深度尺盘的读数，可以事先调整为A1=0；A2为机身调平后，桩机横移槽距离地面的高度。3.2.3 打开送料阀
9、门关闭送气阀门，喷送加固料。3.2.4 确认加固料已到桩底后，提升搅拌钻头，为控制成桩质量，不得使用档提升。3.2.5 提升到设计标高时，停止喷粉，停止喷粉深度应结合搅拌提升的速度确定。3.2.6 搅拌钻头再下钻3m，然后提升，提升时进行复喷，达到设计标高时停止喷粉，将钻头提出地面。3.2.7 搅拌钻头再钻至设计深度，进行第二次搅拌，不喷粉，只搅拌，将钻头粉体喷搅法施工工艺流程框图测量放样桩机移动就位对正桩位、调平机身启动空压机钻进启动主电机送气钻进至设计深度、反钻检查管路堵塞否开送料阀闭送气阀启动喷粉机检查喷料正常否提钻到停粉标高停粉、不停钻第二次下钻至桩顶标高下3米开送料阀闭送气阀启动喷粉
10、机、复喷提钻到停粉标高停粉提钻到地表以上填写施工记录停空压机、主电机移动桩机进行下一循环作业提升到地面后，停止主电机，空压机，填写施工记录。3.2.8 移动桩机进入下一循环施工。3.3施工注意事项3.3.1 为保证喷粉时刻在监控状态下进行，粉喷桩机安置电子自动计量装置，在喷粉过程中，操作人员随时观测电子秤的变化，调整压力、提速、钻速等，保证喷粉的均匀、搅拌的均匀。3.3.2 控制钻机下钻深度，粉喷调和及停灰面，保证粉喷桩的长度。3.3.3 加固料入罐时，过筛滤除粒径大于0.5cm的颗粒和杂物。3.3.4 钻头钻到设计深度时，停留2分钟时间，以保证加固料到达桩底。3.3.5 定期检查粉喷桩的成桩
11、直径及搅拌均匀度，对使用的钻头定期检查，其直径磨耗量不得大于20mm。3.3.6 粉喷桩长大于10米时，其底部阻力较大，适当减慢钻机的提升速度，以保证水泥的喷入量。3.3.7 制桩过程要连续作业，出现断粉，及时补喷，补喷重叠长度大于0.5m。3.3.8 达到桩顶调和而接近地面时，慢速提升，当钻头即将出地面时，停止提升，停止喷粉，搅拌数秒钟，防止污染环境。3.3.9 粉体喷搅法施工的一般规定：桩轴线偏移100mm，钻杆倾斜度1%，桩长不小于设计规定，桩体无侧限抗压强度不小于设计规定4 施工质量的检查在粉体喷搅法施工全过程中不断地进行质量检查，发现问题及时采取措施，保证粉喷桩的施工质量。4.1强度
12、检查粉喷桩本体强度以90d龄期的无侧限抗压强度为标准强度，由于标准强度的龄期较长，为便于施工期间能随时进行跟踪检查、预测，针对本标段的地质特点，通过试验统计分析，得出粉喷桩的7d、28d、90d三个龄期的强度Qu具有如下的关系：Qu(28d)1.49Qu(7d) Qu(90d)1.97Qu(7d) Qu(90d)1.32Qu(28d)检查时根据7d、28d强度及各龄期间的关系对90d的标准强度进行预测。4.1.1 成桩7d强度，由于无法采集试件，采用轻便触探仪检查。4.1.2 成桩28d及90d强度，均利用现场截取的标准试件做无侧限抗压强度检查。4.2成桩检查目前成桩检查方法不是非常成熟有待进
13、一步完善，施工时做了如下检查。4.2.1 采用小应变动测法进行桩体的整体性、均匀性等的定性检查。4.2.2 选取部分桩深挖，对桩的直径、连续性、倾斜度及喷粉均匀性等检查。4.3沉降观测 在涵洞底板和顶板设置观测点。由于该线未正常运营，未达到设计荷载，沉降还未最终完成，但从近一年来的观测结果看，沉降已初步稳定，已达到加固目的，5 结束语5.1 粉体喷搅法加固软土地基施工方便，工期短，安全可靠，干扰小，无污染，劳动条件好，劳动强度低，此法是一种较好的软土加固技术。5.2 粉体喷搅法施工完毕经必要的养生时间后即可进行下道工序施工，争取了时间，较之砂井类处理方法加快了整体工程的施工进度，取得了显著的时
14、间效益。5.3 本标段涵渠基础采用粉体喷搅法加固软土地基施工，提高了地基承载力，达到了预期目的。通过近一年来连续的沉降观测发现，沉降已初步稳定。有个别涵洞沉降整体上存在差异，在涵洞主体施工时，考虑到此问题，涵段间已采取连接措施，能够满足要求。5.4 粉喷桩属于地下隐蔽工程施工质量受人为影响的因素很多，事后检测较困难，因此，在施工时必须随时进行检查，以保证每道工序的质量。同时，在今后的工作中还须进一步探索完善工后检测方法，使之从定性分析逐步走向定量分析，使施工质量做到万无一失。5.5 施工中随着加固深度的增加喷粉变得困难，在今后实践中需进一步改进施工机械使加固深度不断提高。粉体喷搅法加固软土地基施工技术白凤林 包立新 李守德中铁第十三工程局第四工程处二年四月7
