软基处理粉喷桩施工控制

中铁一局桥梁处宜万铁路W14标项目部 李军

摘要：针对软土地基高填方路填土沉降难以控制，本文结合宜万铁路W14标DK216+140.69～+430段粉喷桩处理软土地基的成功试验，旨在介绍粉喷桩的施工过程中取得的施工控制经验和各种检测手段。

关键词：铁路路基；软基处理；粉喷桩；施工、控制

1 概况

宜昌～万州铁路经湖北省和重庆市所辖的三地市的九县区，线路东起宜昌市伍家岗区花艳站，途径长阳土家族自治县，巴东县、恩施市、利川市，终于重庆万州区万州站，线路全长377公里。沿线多跨越池塘、稻田地，软土层厚度变化大，地质条件复杂。

1.1 工程地质及水文地质概况

宜万铁路W14标DK216+140.69～+430段地形地貌：剥蚀丘坡区与谷地区。丘坡自然坡度约10～35°，植被较发育，局部辟为旱地；谷地较平，分布农田。地质岩性：谷底表层为第四系洪积坡积Qpl+dl之粉质黏土，褐黄色，软塑，II，厚约1.9m，下伏粉质黏土，灰色，软塑偏流，II，厚约1.5m；丘坡表层为第四系残积坡积Qel+dl之粉质黏土，浅黄色，硬塑，III，厚度约为0.5～2m，下伏基岩为白垩系上统正阳组砖红色块钙质泥质胶结之细砂岩，胶结较松散，岩层较破碎，全风化。水文地质条件：丘坡地下水不发育;谷底潜水发育，地下水埋深约0.2～0.5m。

1.2 设计依据

1.2.1 软土路堤稳定和沉降计算采用的物理力学指标： 填料:γ=19kN/m,Cu=20kPa,Φu=25º 。

粉质黏土:γ=18kN/m,Cu=35kPa,Φu=10°,Φcu =28.5°,Es=4.3Mpa，Ch=1.1×10cm/s。 淤泥质粉质黏土:γ=17.518kN/m3,Cu=11kPa,Φu=8°,Φcu=18°,Es=1.4Mpa，Ch=1.1×10cm/s。

1.2.2 软土路堤加固检算按稳定及沉降控制：

有荷时稳定系数不小于1.10，填土施工期不少于6个月，一般路堤工后沉降控制标准为0.2m；涵洞通道结构物处工后沉降的控制标准为0.2 m；桥台桥头段工后沉降的控制标准为0.1m。

1.2.3 强度参数：

粉喷桩桩身强度Pf=1160kPa，单桩承载力Ra≮60kN，复合地基fspk不小于100kPa。

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2 施工原理

2.1 原地基结构

原地基的结构表明：天然含水量、天然孔隙比的偏大，使得天然土的承载力偏低。通过粉喷桩处理以便提高地基的整体承载力。桩体中的水泥土表明：水泥土强度与水泥水化物中的水化硅酸等

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水化物（CSH）的生量成正相关关系，CSH在水泥土中的作用是胶结作用，从而达到减少原天然土孔隙比的效果，同时水泥土含水量比掺灰前天然土的含水量要降低4%—8%。

2.2 粉喷桩施工

粉喷桩施工是通过带三叶片的涡轮钻头将水泥粉和粘土进行强制拌和，从而达到提高地基承载力的目的。

3 施工工艺

现场采用武汉中铁机械厂生产的粉喷桩专用机械设备，打深能力不少于18m，成桩直径50cm，施工工艺：施工准备—桩位放样—钻机就位—整平机体—高压气打开喷粉孔—钻进到设计深度—反转提钻并喷水泥粉—至原地面以下30cm停止喷粉—重复搅拌—反转提升至地表—成桩结束—施工下一根桩。

4 施工前的准备

4.1 原材料

粉喷桩加固材料选用业主指定的32.5级普通硅酸盐袋装水泥，项目部对水泥的采购、贮存及使用统一管理。水泥进入工地后存放在水泥棚中，为了避免水泥在棚中受潮，在地面上搁置木板支架作支垫。水泥入库、出库后严格登记水泥台帐，以便在施工时能及时核对每天完成的喷粉桩数量和水泥用量是否相符。每批水泥进场后，项目部实验室及时按频率抽检，检测水泥各种物理性能，并且及时送总监办抽检，以便尽早投入使用。

4.2 掺灰量配比确定

实验室在室内根据试验掺入比为15%，即桩径为50cm时水泥粉的喷入量为50kg/m，且通过试桩来确定搅拌次数、喷灰量、气体流量、下钻的速度、提升速度、复搅深度及桩距等。因此，在施工前必须进行工艺试桩并对上述各项参数做好标定。本段试桩共25根，且必须待试桩成功后方可进行大规模的粉喷桩施工，一般情况下，各项施工参数的变化范围如下：

钻进速度：0.5～0.8m/min；提升速度：0.5～0.8m/min；搅拌速度：30～50r/min；气体流量：20L/s；空气压力：0.2～0.4MPa。

根据试验结果，粉喷桩施工时喷灰量在桩底部可适当减少喷灰量，在桩顶1/3桩长适当增加喷灰量。

4.3 检测机具

施工之前应先检测粉喷桩钻机上的计量器和打印设备的完好性、准确性。电脑计量器必须送往市以上的计量单位标定、校核，贴标签进行密封后方可施工。

4.4 场地整平

本段粉喷桩均处于沟塘处，为了保证施工设备在施工现场能顺利施工，整平场地十分重要，对原有的沟塘进行必要回填、整平。

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4.5 配备相应的标志牌

如施工技术参数标志牌，施工责任牌等。粉喷桩在施工过程中，项目部技术人员采用24小时全过程轮班旁站，业主和总监办24小时随时检查，按标志牌的内容与现场进行核对。

5 施工控制

5.1 施工放样

在粉喷桩施工前，根据路基宽度和设计参数绘制粉喷桩施工平面布置图。依布桩图放出施工区域大样，在每区域按设计桩距进行桩位放样。

5.2 现场控制

项目部派专人负责粉喷桩的施工，要求粉喷桩施工进行24小时全过程旁站，且所有施工人员（包括技术员、施工员、机长）要求挂牌上岗，施工设备要求进行编号，主机塔架上标出每m的刻度线，以便掌握钻入深度、复搅深度、复搅速度。为保证施工完桩体的竖直度能满足设计或规范要求，在主机塔架上挂一重锤，通过钻机支腿的升降来调整主机塔架的竖直度，从而确保钻杆和桩体的竖直度。

5.3 检查机具

现场施工人员开钻前检查钻机的计量器和打印机的完好性、准确性。随时检查施工完每根桩打印出的电脑小票的各项技术参数，对不符合设计要求的桩体及时采取补救措施。

5.4 现场施工控制 5.4.1控制钻机速度

钻机以慢速启动钻进，正常后换中速钻进，当钻头接近设计深度时挽回慢速钻进，钻头在原位转动1min。为保证钻杆中送粉通道的干燥，从钻进开始到喷粉期间应连续输送压缩空气。

5.4.2提升喷粉搅拌

在确认水泥粉喷至孔底后，以0.8m/min的速度反转提升，在提升的同时连续喷粉。当提升到设计停灰标高后，应慢速在原地搅拌1～2min。

5.4.3重复搅拌

为保证桩体中水泥粉更均匀，须再次将钻头下钻到设计深度，提升复搅时，速度仍控制在0.8m/min。

5.5现场施工应注意事项

5.5.1每根桩完成后，及时检查电脑小票中的各种技术参数。如出现桩体中喷粉量不足时，应及时整桩复打，复打的喷灰量应不小于设计喷灰量。如出现机械故障喷粉中断时，必须复打，复打重叠应超过1m。

5.5.2严格控制喷粉提升时的速度和复搅速度，严禁尚未喷粉的情况下提升钻杆作业。 5.5.3贮灰罐容量应超过一根桩的灰量加50kg，当贮灰量不足时，不得对下一根桩进行施工。

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5.5.4施工过程中复搅时可能会出现卡钻头现象，因为经喷过粉的粘土与钻头的磨擦阻力增大，从而出现卡钻现象。可以采用复搅时沿钻杆加水减少磨擦阻力，以满足整桩复搅的需要。

5.5.5钻头经过一段时间施工后，应卸下来检查其尺寸，保证打出的桩体的尺寸能满足规范要求，否则将予以更换。

5.5.6粉喷桩固化剂是水泥粉。为防止喷粉时堵管，不仅要保证水泥不受潮，还应该在储灰罐进口处设滤网，防止结块的水泥或杂物进入储灰罐。

5.6现场技术人员、施工人员的职责：

现场施工技术人员，施工人员严把喷粉量、提升速度及风压三个参数关、以确保粉喷桩的成桩质量。并做好现场记录，及时整理资料并核对电脑小票中的各项技术参数，并确保桩距和数量均满足设计要求。

6 完成桩体的质量检验

6.1对成桩7天的粉喷桩检测

对成桩7天的粉喷桩，随机按规定频率进行以下几项检测：

6.1.1外观检测：破去桩头0.5 m表层水泥土，进行外观检测，检测外观是否圆顺、水泥土是否密实、搅拌是否均匀。

6.1.2用N10轻便触探仪进行强度检测：触探部位距桩头标高以下10cm且在桩径方向1/4处开始触探，每10cm触探击数应大于30击，连续触探30cm，累计不少于100cm，对达不到触探击数要求的粉喷桩，待28天龄期进行钻芯取样检测。

6.2 28天龄期的粉喷桩钻芯取样检测

6.2.1通过钻取的芯样检测桩体喷粉和搅拌是否均匀、桩体有没有断粉现象，桩长是否达到设计要求。

6.2.2对芯样进行加工、磨制成等高试件做无侧限抗压强度，尽可能在芯样上、中、下三个部位各磨制一组，一组三个试件，根据三个试件的代表值评定桩体强度。

6.3 单桩和复合地基承载力检验

通过28天钻芯取样检测评定不合格的施工面，将采用静荷载试验，检验复合地基承载力或单桩承载力。静荷载试验每施工面不小于3点，取三点的代表值确定其是否满设计要求。

7 现场采集数据及结果分析

7.1成桩7天的粉喷桩检测结果

根据开挖后现场对桩基外观检测得到其垂直度、灰土均匀程度及密实度均符合设计、施工规范要求，并且通过对50根粉喷桩进行轻型动力触探结果其强度均大于400千帕。

7.2 经检测部门做28天的取芯检测

芯样光洁、连续、无断桩现象，桩长均能满足设计要求，芯样磨制出的试件做抗压试验均能满

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足设计要求见下表

现场强度检测数据表(单位:kpa)

龄期 7天 桩号 DK216+165 DK216+200 DK216+250 DK216+280 DK216+300 DK216+335 备注 400，450，500 410，430，460 490，510，420 470，520，430 410，400，510 440，500，460 触探仪检测 650，680，700 0，660，610 610，670，710 630，690，610 700，620，710 620，680，650 触探仪检测 2100，2000，1800 1700，1850，1850 1850，1600，1500 10，1560，1600 1520，1850，2000 1510，1570，10 芯样抗压试验 14天 28天 8 几点体会

1、软基处理是路基施工的一个关键环节，地基处理的成败直接关系到工程本身的使用性能，应当引起我们的高度重视，从地质勘察、设计到沉降观测都应合理安排，尤其是施工中的质量控制和沉降观测对施工组织、工期起着重大作用。

2、加强粉喷桩施工质量管理控制，尤其是有效桩长、桩身质量和桩底高程控制是施工关键。 3、粉喷桩是一项比较难以控制的施工工艺，但我项目部经过宜万铁路W14标DK216+140.69～+430段近2万延米粉喷桩施工中，严格按照上述控制方法进行施工，通过质检部门的检测评定，所有的粉喷桩工程均达到优良工程，故而为我项目部大面积粉喷桩施工确保质量一次成优奠定了坚实的基础。

4、粉喷桩是一种节约时间、造价高的地基处理方案，采用时要极为谨慎，使用此方案时要和地质情况相结合，克服盲目性，在时间容许的情况下尽可能采用经济的安全感处理方案（固结排水加等载或超载预压法）。

参考文献:

1、《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003） 2、《粉体喷射法加固软弱土层技术规范》（TB10113-96） 3、《建筑地基处理技术规范》（J220-2002） 4、中国建筑工业出版社《地基处理手册》

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