水泥粉喷桩加固软土地基施工技术

1 前言
　　软土地基具有高含水量、大孔隙比、高压缩性的特点。承载力低，强度极差。80年代以来，在高等级公路建设中，因路面的工后沉降控制要求较高，处理软土地基一般采用超载预压，砂井、塑料板排水固结预压。90年代以来，搅拌桩（水泥浆、水泥粉体）、高填土路基稳定、管涵施工避免二次开挖等问题。
　　2 粉喷桩桩体特征
　　粉喷桩是粉体喷射搅拌加固软土技术的简称，是通过各种深层搅拌机将粉状加固材料以压缩空气为输送动力，喷入软土地基中，与原位土进行强制搅拌混合，使土与加固材料产生化学反应，在改善土质性状的同时，提高其强度，从而达到提高软基承载能力，减少软基沉降的目的。
　　3 施工工艺流程
　　一般施工工艺流程为：施工准备———钻机就位———钻进———提升喷粉搅拌———升到设计标高后再复钻———提升复拌———升到设计标高后停机———下一桩循环施工
　　4 工艺参数
　　钻地速度V=0.5-0.8m/min 提升速度V=0.5-0.8m/min 搅拌速度R=50r/min 气体流量Q=20L/S 空气压力P=0.2-0.4Mpa 灰罐压力P=0.4Mpa
　　5 施工设备
　　水泥粉喷桩的施工机械设备主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和发电机组等。
　　1）钻机。钻机是粉体喷射搅拌法施工的主要机械，它必须满足：①动力大、扭矩大和符合大直径钻头成桩要求，钻头直径一般与水泥粉喷桩的直径相同；②具有正向钻进，反转提升的功能；③具有反转提升时能匀速提升、均匀搅拌匀速喷粉等功能。
　　2）粉体发送器。粉体发送器是定时发送粉体材料的设备，它是粉体喷射搅拌法加固施工机械中的关键设备，其工作原理为：由空气压缩机送来的压缩空气，通过节流阀调节风量大小，压缩空气进入“气水分离器”使压缩空气中气水分离，然后“干风”送到粉体发送器喉管与“转鼓”里输出的粉体混合，成为气粉混合体，进入钻机的旋转龙头，经空心钻杆由钻头喷出，使水泥粉经钻叶与软土拌和。
　　粉体的定量输出，由转鼓转速控制。施工时根据配合比确定掺入比和钻头提升速度及钻机的转速，并选定合适的粉体发送量（确定转鼓转速）。
　　每根桩水泥总量喷入多少，由灰罐电子秤控制。喷粉过程中认真做好粉量记录，确保掺入量符合设计要求，一般掺入量采用l5％～16％。
　　3）空气压缩机。粉喷桩水泥的喷出，是以空气压缩机作为风源。空气压缩机的选定主要由加固工程的地质条件及加固深度所决定，但平常采用的空气压缩机压力不大，为0.2～0.4MPa，其风量也不宜太大，一般为1.6～2.0m3.
　　4）搅拌钻头。粉体喷射搅拌法凭借钻头叶片的搅拌作用将使灰粉与软土混合，因此，搅拌钻头的形状直接影响灰、土的搅拌效果。搅拌钻头的形状要保证在反向旋转提升时，对桩中土体有压密作用，而不是将灰、土向地面翻升而降低桩体质量。
　　5）计量装置及动力设备。
　　计量装置在粉喷桩施工过程中起到质量监测的作用，施工前必须标定，施工过程中要有专人监控记录。施工过程中监测一般包括深度计、电子秤、各种压力表、电压表读数等。电压表、电流表主要反映钻头钻进过程中的受力情况，从中可判别钻头经过地层的情况。一般为75kw的发电机组即可满足动力设备要求，也可使用市电。动力设备与桩机为一一配置。
　　6 施工中的质量控制
　　1）检测技术现场采集要加固的土样及施工用的固化剂送至实验室，按拟定的配合比和操作程序制作试块，试块成形后1～2d拆模，称重后送入养护室进行各龄期养护，达到规定龄期后称重，作无侧限抗压强度试验，选定灰比。在桩身不同部位切取试块，比较相同龄期室内试块与桩身切取的试块的强度。
　　2）质量控制措施开工前组织施工人员进行技术交底，施工中根据工程要求召开质量管理专题会，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。控制钻头下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度都得到充分搅拌。随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定。对不合格的桩，根据具体情况采取补救措施。选取一定数量的桩体进行开挖，检查桩的外观质量、搭接质量和整体性。具体控制要点如下：
　　（1）机身调平以钻杆是否垂直为依据，实际操作时可用铅锤吊线。
　　（2）喷粉或喷气时，当气压达到0.45Mpa时，管路可能堵塞，此时应停止喷粉，将钻头提升至地面，切断空压机电源，停止送气。查明堵塞原因，予以排除。
　　（3）钻头钻至设计深度，应有一定的滞留时间，以保证加固粉料到达桩底。一般在开工前通过观察确定滞留时间。当用30m送料管时，滞留时间为2～4分钟。
　　（4）整个制桩过程一定要保证边喷粉、边提升连续作业。在提升过程喷粉搅拌，通过粉体发送器将水泥粉喷射入搅拌的土体中，使土体和水泥沿深度方向充分拌和。要根据地质情况，决定提升速度，以得到较均匀的水泥土桩，提升速度根据试桩参数确定。
　　（5）粉喷桩搅拌下沉时尽量不用水冲下沉。当遇较硬土层下沉太慢时，方可适量冲水。
　　（6）桩顶设计标高与地面标高接近时，地面以下1m范围内喷粉、搅拌、提升宜用慢速，当喷粉即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒钟，以保证桩头均匀密实。
　　（7）喷粉开始时，应将电子秤显示屏置零，使喷粉过程在电子计量显示下进行。喷粉搅拌时，记录人员应随时观察电子秤的变化显示，以保证各段（通常以1m为一个单位）喷粉均匀。
　　（8）粉体固化剂入罐时必须过筛，以保证入罐固化剂粒径不超过0.5cm，没有纸屑、石块等杂物。水泥可采用不同品种水泥，标号一般采用425#或525#，掺入比为7％～15％，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度qu约增加20％～30％。
　　7 质量标准及验收
　　1）基本要求。
　　水泥的标号要符合设计要求。要按成桩试验所确定的技术参数进行施工；严格控制喷粉时间、停粉时间及水泥喷入量，确保粉喷桩的长度；桩体上部l／3的桩长范围内必须进行两次搅拌，确保桩体质量；发现喷粉量不足时，应整桩复打；喷粉中断时复打的重叠孔段应大于1米。
　　2）桩体质量检验及质量分析。
　　桩长及强度检测应以取芯为准，以取芯和轻便触探联合检测，前者为甲方抽检，频率为2％，后者为施工单位自检，频率为5％。
　　从取芯结果看，原状土为含水量大的软弱淤泥时，桩体胶结较差，且为松散可塑硬塑状，桩体强度低；若原状土为粗砂层或细砂层时，桩体胶结好，强度高；若原状土为粉砂、淤泥质粘土时，桩体胶结介于二者之间。