中铁十九局集团第五工程有限公司     屈振学   

一、前言

国家重点公路天津至汕尾线大高至鲁冀界段高速公路线路所经区域属第三系块断盆地，第三纪以前与华北地区一样，沉积了寒武系、奥陶系等古生界和中生界。中生代末期的燕山运动，促使华北地区地台解体，形成了许多块断盆地。本地区均为黄泛冲击平原，松散层厚度达300～400m，多为砂土、亚砂土，地下水位高，在地震波的作用下，容易液化，使桥梁基础减载、失载或路基以下地基强度丧失。结构物与台后路基的不均匀沉降是导致桥头跳车的主要原因，为减少不均匀沉降，根据设计意图，对填土高度大于等于5.0米的大中桥桥头过渡段地基采用了粉喷桩处理，粉喷桩桩径为50cm呈三角形排列，桩间桩距为1.8m,桩长为8～12m。桥头路基填筑完成后经沉降观测，沉降量均在10cm以内，为以后在其他工程地基上的应用积累了宝贵的经验。现对该技术加以总结和提高，形成本工法。

二、工法特点

1、粉喷桩施工对周围环境影响小，文明施工。

2、施工设备简单，方便组织施工。

3、施工过程中对地基及周边建筑物扰动小。

4、工期短，效果显著，降低造价。

三、适用范围

1、本工法适用于桥头路基过渡段、涵洞基底、码头、城市高层建筑等工程的软土地基加固和沉降量要求较小的客运专线路基基底加固施工。

2、适用于淤泥、淤泥质土、砂土、亚砂土、人工填土，地下水位高，容液化且含水量大于35%的软弱地基。

四、施工工艺

（一）工艺原理

水泥粉喷桩多用于软土层较厚的地基加固处理工程中，其基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，可通过专用机械设备将固化剂灌入需处理的软土地层内，并在灌注过程中上下搅拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反应，生成水泥水化物并形成凝胶体，将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体，这就是水泥骨架作用，同时，水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子进行离子交换作用，生成稳定的钙离子，从面进一步提高土体的强度，水泥与地基土拌和后经上述的化学反应形成坚硬桩体，同时桩间土也有少量的改善，从而构成桩与土复合地基，提高地基承载力，减少了地基的沉降。

（二）工艺流程

粉体喷射搅拌桩法的基本施工流程为：首先确认粉喷机主体的位置和搅拌轴的垂直度性，然后边旋转搅拌轴，边钻至加固深度。此时不喷射加固材料，但是为了不使喷口堵塞，需连续不断喷出压缩空气，钻进到预定加固深度后，边提升边喷射加固材料，其施工流程详见图2。

（三）操作要点

1、施工准备：

①、施工前进行加固土室内试验,根据设计要求的无侧限抗强度值选用水泥掺入比参考值48～50kg/m,按天然土体加入水泥后的密度,采用静力压实法制作试件,进行标准养生，按7天龄期的试验成果求出合适的掺入比。

②、施工场地平整，先清除桩位处地上、地下障碍物。如桥头有水坑、土坑，要先将水抽干。场地用粘土回填，整平压实，平整后的地面应高出桩顶标高50cm。

③、修筑施工便道，用于运送水泥和机械设计进场。做好施工用水、用电准备工作。

2、测量定位：根据施工图要求用全站仪放定出边界处的桩位，打上木桩作为控制桩用。然后用长钢尺量出每排桩的桩位，打上竹片桩并用消石灰标示出竹片桩所在位置。桩位放完后要统一进行编号，以便于施工过程记录和控制。同时注意把桥台桩位一并测量定位，作出明显标识，保证水泥搅拌桩与桥台桩两者不发生重叠。

3、钻机就位：移动钻机，准确对中，对准桩孔位置误差不大于5cm，利用支腿液压缸调平钻机，钻机主轴垂直度误差不大于1.5%。

施工准备

减压计量

水泥装罐

准备喷粉

测量定位

喷  粉

移动钻机就位

钻  进

转移下一桩位

提钻、复搅

复喷、成桩

送  风

送粉提钻

停止空压机工作

启动空压机

送风料斗

图2  施工流程图

4、钻进：启动主电动机，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档逐级加速的顺序，正转预搅下沉，钻机接近地面时，空压机开始送气。钻头入土时应采用Ⅰ档转速钻进，入土认为无障碍时，根据土层软硬情况，可以提高钻进速度。钻到设计高程时，应在原位旋转2min后，打开送料阀门，关闭送气阀门，确定加固粉料已喷送至孔底时，以0.5m/min的速度反转提升，同时进行送粉做到钻杆提升时边喷粉边搅拌，边提升的连续作业法，当钻头提升到地面以下不足50cm 时，送灰器应停止喷灰，并用人工回填粘性土压实。

5、复搅、复喷：桩身根据设计要求在一定深度即在地面以下1/2桩长并不小于5m的范围内必须进行二次重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和。施工中，发现喷粉量不足，要整桩复拌，复拌的喷粉量不小于设计用量。复拌重叠孔段大于1m。

6、钻机移位：一根桩完成后，将钻机等设备移动到下一个桩位。并做好施工新桩的准备工作。

五、劳动力组织（见表1）

表1   劳动力组织

序号         工种         人数          分    工            序号        工种        人数         分    工   

1      施工负责人          1       现场指挥协调              7        普   工       4   搬运、装水泥和打杂   

2      施工技术员          3       技术指导、放线 、记录     8      机械调度         1      机械使用管理

3      质检工程师          1       施工质量检验              9       汽车司机        2      工地运输材料   

4      试  验  员          1       检测                      10     推土机司机       2         场地推平  

5      安  全  员          1       负责现场做业安全          11     粉喷桩机司机     4    机械操作、仪表监控

6      机修工              3       机械修理、维护            12     压路机司机       4          碾压场地 

六、机具设备（见表2）

表2   机具设备

序号        名称         型号           数量            序号         名称         型号          数量

    1        粉喷桩机       PH-5A           2套             4      轮胎式压路机        18T          1台

    2        推土机      山推140           1台              5     生活指挥车     北京现代皮卡车     1台             

    3       自卸汽车      8T           2台              6     全站仪         徕卡TC702         1套                      

七、质量控制

（一）质量检查

检查内容：粉喷搅拌桩施工完成后，必须对地基进行静载测试和抽芯取样测试，用以检验粉喷搅拌桩施工质量。检验频率按设计及规范要求执行。静载荷试验方法进行工程加固效果检验，所得到承载能力应符合设计要求。桩体钻孔取芯方法进行检验，应在桩体三等分段各钻取芯样一个，一根桩取三个试块进行强度测试。必须达到设计要求。粉喷桩施工质量检查项目及标准（见表3）

表3  粉喷桩施工质量检查项目及标准

序号             检查项目                    允许偏差                    检查方法

1                 桩距                         ±10cm                  抽查2%

2                 桩径                      不小于设计值50cm           抽查2%

3                 桩长                      不小于设计值               查施工记录

4                坚直度                       1.5%                     查施工记录

5                单桩粉喷量                不小于设计值50kg/m          查施工记录 

6                 强度                     不低于设计值                 抽查5%                     

（二）质量控制措施

1、所用水泥要符合国家规定，对受潮变质不符合设计要求过期水泥一分律不准使用。

2、粉喷桩施工前必须进行试桩，以确定合理的搅拌机的输灰量、喷灰时间、预搅下沉及提升速度等参数。粉喷桩施工根据成桩试验确定的技术参数进行，由专职施工技术人员，跟班检查并做好详细原始记录，包括压力、喷粉量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。

3、控制好桩基垂直度、桩顶高程、桩长等制桩偏差。

4、对漏喷、断喷的桩必须进行补喷和复喷，复喷的重叠长度符合设计要求。

5、严格控制制桩时粉喷机的关闭时间，保证桩顶至桩尖的质量，从而确保成桩质量。

6、做好施工记录，交时要做交换工作手续，防止脱节。

7、经常检查施工记录和水泥用量情况，及粉喷桩的制桩质量。

8、施工机具设备的粉体发送器必须配置粉料计量装置，并记录水泥的瞬时喷入量和累计喷入量。严禁无粉料喷入计量装置的粉体发送器投入使用。储灰缸容易应不小于一根桩的用灰量加50kg；当储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。钻头直径的磨损量不得大于1cm。

八、安全措施

1、建立健全各级安全施工管理组织机构，分工明确，责任到人。

2、加强安全工作的宣传、教育力度，使施工操作人员树立安全第一的思想。

3、该机械以电力为主，所以必须注意安全用电，电源进线装好配电和触电保护器，施工时要有电工专人负责。

4、机械操作人员必须进行岗前安全培训，熟练掌握操作规程和操作程序，并作好施工一线人员的安全技术交底工作。

5、操作人员要集中精力，听从指挥，不能擅自离开操作岗位，当发现问题时做好联系，及进解决；

6、钻机移机对位时，步履下要平整，钻头离地面高度不得小于15cm，当地面有坑时，要用枕木垫平后行走，确保机械行走安全；

7、因料斗罐、空气压缩机、压力表等为压力容器，操作人员要熟练掌握压力容器的操作顺序，防止造成高压引起危险。当遇到高压时必须先切断空气压缩机的电源，打开排气阀和安全阀，降低压力，然后检查压力容器、管道及时处理；

8、机械发生故障时，先切断电源，关闭空压机，打开气阀，放出管内水泥，确认无电无空气压力后，才能处理发生的故障；

9、严禁高速转动和运转时挂档，严禁强行挂档。不能钻进时要及时提钻，防止超负荷钻进造成设备损坏；

10、钻进时发生卡钻要停止钻进，先提升钻杆后用慢速档试钻，仍不能钻进时，要及时提钻，防止超负荷钻进造成设备损坏；

11、下班时要把钻机停在坚实平整的地面上或垫实的枕木上，断开电源，收好临时用电线，锁好电箱、料库防止意外发生；

12、进入工地必须带好安全帽，施工现场要设置施工警戒线。

九、效益分析

1、与振冲碎石桩和水泥拌搅桩加固软基的方法相比，现场不需要泥浆池和进行水泥浆搅拌等工作，对环境污染小。施工过程简便，质量更容易控制，可降低成本15%。

2、与最常用的软土地基处治方法预压土法相比，工后沉降量小，均在10cm以内。在较短时间内即可达到稳定，不影响路面施工。大大提高施工进度，缩短工期三分之一，社会效益显著。

十、工程实例

    国家重点公路天津至汕尾线大高至鲁冀界段高速公路第三合同段K22+866  8孔20m大桥桥头路基过渡段为黄泛冲击平原，松散层厚度达300～400m，多为砂土、亚砂土，地下水位高，在地震波的作用下，容易液化，使桥梁基础减载、失载或路基以下地基强度丧失。结构物与台后路基的不均匀沉降是导致桥头跳车的主要原因，为减少不均匀沉降，根据设计意图，对此桥桥头过渡段地基采用了粉喷桩处理，粉喷桩桩径为50cm呈三角形排列，桩间距为1.8m,桩长为8～12m。我们组织技术人员对此段软土地基路堤施工时进行了观测填筑过程和以后的地基变形动态分析，对路堤施工实行动态观测发现，竣工6个月后被观测路基已趋于稳定，总的沉降量均在10cm以内。经监理工程师、质检站和业主对路基各项指标进行检测，均符合设计要求。提前半年交工，受到了监理、业主和社会的好评。下载本文