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浅谈粉喷桩处理软基的处理与施工工学论文
摘要：结合路基软圭埋置厚度大于三米的软土路段粉喷桩处理实例，对软基加固的机理、地基设计、施工工艺流程以及效果检验加以探讨。
关键词：粉喷桩；处理；软土地基；施工工艺
1概述
路基不均匀沉降是造成水泥砼路面断裂破坏的主要因素之一。某路多处位于淤泥质粘土，土质松软，承载力极低。在这样的地质条件下修筑路堤，路基沉降量大，稳定性差。若不对其进行有效地整治，将来势必造成水泥混凝土路面破坏。某路勘察设计阶段勘探钻孔19个，人工挖孔7个，且孔点位置大都分布于桥位处，对线路的地质情况勘探极少。工程开工后，发现原路基软基段与施工设计图相差甚远。因此对该路基重新进行勘探，共钻孔96个，总进尺638米，基本掌握了软土路基的分层、埋深以及物理力学性质等。根据软土路基土的分布情况，经专家与设计代表共同讨论决定：软土埋置厚度小于3m处，采用“清淤换填透水性材料”；软土埋置厚度大于3m的深层软土地段，采用粉喷桩复合地基进行加固处理。这样，既消除了工程隐患，又缩短施工工期，保证了施工的正常进行。
2粉喷桩加固软基的机理
粉喷桩加固软土技术是利用水泥作为固化剂，通过专用的深层搅拌喷射机械，将粉状的胶凝材料喷入地层深部，凭借钻机回转钻头叶片与原位软土均匀搅拌混合并吸收地下水，经一系列的物理化学反应，随着时间的推移，形成具有整体性强、水稳性好和高强度的柱体（即粉喷桩）。使软粘土硬结形成具有一定的强度、压缩性和渗透性较低的水泥土固体，从而达到加固路基的目的。
当水泥和软土拌和后，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，形成水化物。这些水化物有的进一步硬化，形成能吸收大量自由水的水泥石骨料；有的则与周围具有一定活性的’软土颗粒发生反应，其中钙离子与软土矿物表面所带的钠离子、钾离子等进行离子交换，通过离子交换作用和团粒化作用使较小的土颗粒形成较大的土团粒。通过凝硬反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，从而使土的强度不断提高。
通过离子交换作用和碳酸化作用形成了一定范围的桩周土硬壳层，从而形成了刚度和强度相对较高的水泥土柱体。由于土和水泥水化物之间的物理化学反应过程进行缓慢，因此水泥土柱体的强度随时间增长而不断增加。
3粉喷桩复合地基设计
该路深层软土地基基础设计为粉喷桩复合地基，桩径D=500mm；相邻桩的净距1.3m，并采用梅花式布置，有效桩长平均约为5m(至持力层)；固化剂采用425#普通硅酸盐早强水泥，因地层中有机物含量和含水量较高，为保证桩身质量，经取样配方试验，拟定水泥掺合比为15%～18%（即58kg±5kg/m）；施工结束后进行动测试验，以检查桩的完整性和桩长；桩的抗压强度须满足825KPa（28天）或1100KPa（90天）。
4影响桩体强度的主要因素
影响桩体强度的主要因素有：水泥掺合比、水泥标号、龄期、土的含水量、土中有机质含量等。其中以龄期、水泥掺合比、土的含水量影响最为显著。
4.1水泥土的强度随龄期的增长而增长，其强度增长规律既不同于水泥砼，也不同于石灰土。水泥土的龄期在1～28天内，强度增长较快；超过28天后，强度仍有较大增长，但增长速度已明显减缓；90天龄期后强度略有增长，但长幅已很小。在实际工程中，一般以7天或28天龄期的无侧限抗压强度作为水泥土的强度设计标准值。
4.2水泥掺合比对水泥土的强度影响较大。施工前，应取所用水泥和有代表性的对水泥土强度影响最不利的软土，按设计要求进行水泥土标准试验，以求取最佳的掺合比。当实际掺合比小于最佳掺合比时，水泥土固化反应弱，水泥土比原状土强度增长甚微，加固效果不明显；当掺合比大幅超过最佳掺合比时，水泥土强度增长随掺合比增加增幅而减缓，费用与效果比不合理，导致成本加大，或产生浪费。规范规定的掺合比范围为7%≤aw≤15%。在实际工程中掺合比的选用还应根据土质和加固土的含水量，通过室内试验确定。本工程采用水泥掺合比为18%。
4.3加固土含水量对水泥土的强度有明显影响，含水量愈小，无侧限抗压强度愈大，反之则愈小。当含水量达到一定值后，按规范推荐的最大掺合比已不能保证达到设计强度要求，因此，从经济、合理、有效的角度，在保证水泥土桩强度满足设计、规范要求的前提下，对于含水量较小的软土可适当降低掺合比；而对软土含水量过大的地段宜增大掺合比。具体掺合比的选用应根据试验确定。
5施工流程
5.1做好粉喷桩开工前的施工组织设计，机械、人员、原材料必须准时到位，对技术人员、机械操作人员进行上岗前培训，设计人员进行技术交底，对水泥批量进行抽查试验合格后才能使用，制定操作机手的岗位职责及操作规程。
5.2施工前应做好场地的平整工作。该路软土地基加固区皆为稻田或洼地，且部分已开挖，场地很软，自重10T的桩机在其上施工会导致陷机，严重影响施工进度，故施工前应在场地表面回填50cm厚稳定性好的砂砾土。复核好测量基线、复测桩位高程。为准确控制钻杆深度，应在基台上做控制深度标尺，以便施工中进行观测、记录。 5.3做好工艺性试验桩（不少于10根），桩的位置在有代表性的软土段。通过试验桩掌握机械性能、地层情况、钻机下钻和提升速度、各操作手的配合、下钻和提升遇到的阻力、单位时间喷灰量、复搅工艺等因素对成桩质量特别是桩强度均匀性的影响，通过检测认可后确定其技术参数，作为正式施工依据。
5.4采用Ph-5型（2台）粉喷桩机施工，配有喷灰机和两台空压机。喷灰机和空压机应根据场地的施工要求，尽量放在便于钻机行走作业、便于上灰加料、便于设备安装及操作的平坦位置。喷灰机和空压机一定要安平牢靠，尤其空压机为克服其振动影响应在其底座下垫木且将风管卡牢，以防脱落。
5.5为了喷灰量的均匀性和搅拌均匀必须恒压喷灰，提钻喷灰应用慢挡（0.5m/min）,钻进和复搅用中速档（不大于0.8m/min）。
5.6严格控制喷灰时间和停灰时间，不得中断喷灰，严禁在尚未喷灰的情况下进行钻杆提升作业。如遇机械故障等原因，喷灰中断时必须复打，复打重叠孔段应大于1m。
5.7本工程粉喷桩加固地段软土厚度均在5m以内，为确保质量，设计要求粉喷桩必须打穿软土层，桩底置于持力层基岩上，并要求整桩复搅。
5.8水泥粉喷桩掺灰量沿桩长都应均匀并达到设计要求，必须坚持每延米计灰，如发现某延米喷灰量少于设计喷灰量时，为保证桩身强度，应及时补喷灰，补喷灰后，其灰量应不小于设计喷灰量，搭接长度不小于50cm。灰量计量装置应经常检查，确保计量精度。
5.9试验表明，当土层含水量较低时，水泥粉喷桩桩身呈疏松状态，其强度较低。因此，对较干土层（如硬壳层），施工时要适当加水，使其含水量控制在45%≤W≤60%范围内，以利于成桩均匀，保证桩身强度。含水量较大的土层，水泥土强度会降低，因此要适当增加掺灰量。
5.10水泥粉喷桩桩头必须按设计要求处理，砍桩头后（长度约为50cm），桩头不平部分应用10#水泥砂浆调平；若桩头砍后低于设计标高，应用15#细粒料砼调整；若桩头强度满足设计要求，并且桩顶标高与设计标高误差不超过±5cm，可不砍桩头。
5.11为提高地基承载力和协调地基变形，我们在粉喷桩上加铺设两层土工格栅。先在桩顶上铺筑50cm厚的砂，调平后铺设土工格栅。土工格栅铺设要求平整，不能褶叠。
5.12考虑到水泥粉喷桩实际成桩直径要比设计直径（50cm）大（在较软土层中，实际成桩直径约为60cm）。为保证桩身设计强度，喷灰量应以实际桩径计算，实际喷灰量不得小于该计算值。
5.13水泥粉喷桩施工质量保证体系必须健全，坚持在没有质量旁站人员情况下不准施工的原则，以保证施工质量。
6加固效果检验
桩体取样强度试验。在粉喷桩完成后28天内，在水泥土桩身有代表性的部位连续取芯，进行无侧限抗压强度试验，与同龄期的室内无侧限抗压强度进行比较，以检验现场搅拌质量。取芯时要注意不要把试样压碎，以免影响强度，芯样的外径以5cm≤Ф≤10cm为宜。
结束语
从该路软土路基加固处理的工程实例来看，要确保粉喷桩加固软土路基的工程质量，就必须按设计要求施工，施工前做好施工组织设计，施工时认真执行有关技术操作规程，方可取得良好的施工效果。
参考文献
[1]JTJ017-96，公路软土基路堤设计与施工技术规范[S].
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