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摘要：水泥粉喷法是利用喷粉桩机,将水泥干粉喷入软弱土层中,并在原位进行强制搅拌,通过水泥和土的一系列复杂的物理化学作用形成水泥土桩体，使桩体与桩间土共同作用形成复合地基,达到提高承载力和减少沉降的目的。本文功运用事例,结合工程实际重点介绍了设计应注意事项、施工工艺、质量控制和检测等,说明水泥粉喷桩在沿海淤泥地区的适用性和可行性。
关键词：水泥粉喷桩地基设计施工工艺检测措施
Abstract: the cement powder spray method is using powder-spraying pile machine, will cement powder spray into the soft soil layer, and in the in situ for compulsory mixing, through the cement and soil of a series of complicated physical and chemical role in the formation of pile soil water, make the pile and soil formation common between pile composite foundation, to improve the bearing capacity and decrease settlement purposes. This paper work using examples, combined with the engineering practice introduced the design should be the points for attention and the construction technology, quality control and inspection, and shows the cement pile in the coastal areas of the feasibility and applicability of silt.
Keywords: cement pile foundation design construction technology test measures
中图分类号：TU447文献标识码：A文章编号：
工程概况
该水闸工程属Ⅳ等小（1）型建筑物,是集供水灌溉、御成蓄淡、防洪为一体的综合性水利工程。工程主要由水闸和上交通桥等建筑物组成,基础为淤泥质土软基，需对其进行加固处理。据钻探资料,场地土层分布如下:第一层:淤泥质土，流塑,饱和、高压缩性,含水量52.5～97.2％,干重度12.7kN／m3,孔隙比1.793，液性指数1.22,天然地基承载力60kPa,厚约14.6～18.0m；第二层：粉质粘土,可塑,中压缩性,含水量19.0～35.7％,干重度16.6kN／m3,孔隙比0.642,液性指数0.27,天然地基承载力120kPa,该层厚7.1～12.2m；第三层:粉砂、淤泥质细砂,稍密,厚4.8～7.7m,天然地基承载力180kPa；第四层：砂质粘性土,硬塑,揭露层厚5.8～11.8m,天然地基承载力350kPa。地下水有两种类型,① 层地下水为潜水,水位高低主。要受大气降水、河水位影响，雨季稍高；③ 层以下地下水具有承压性,该层含水与河水不直接连通，地下水主要受潜水越流补给。
1 地基处理设计
1.1方案比选及确定重建的地面工程均座落于淤泥上,天然地基承载力仅60kPa,需采取加固措施:
① 采用塑料排板及铺砂砾垫层的排水固结方案；
② 采用土工布及鋪砂垫层；
③选用粉喷桩固结处理。经试验观测，①、②方案承载力达不到设计要求,沉降量大；
③ 方案承载力大于140kPa,沉降量较小。
综合比较认为水泥粉喷桩不仅可以提高地基承载力,抗渗性能好,而且造价低，施工速度快,只要严格按设计要求控制进尺与喷粉量,采用全程复搅使桩身均匀,同时解决好桩底水泥土与下卧粘土层的结合问题,该方案完全可以满足本工程的承载力和沉降要求。故本工程选用水泥粉喷桩法,设计总桩数3280条,设计桩长15～20m。
1.2 设计计算根据搅拌桩的作用机理可知,所形成的水泥土桩体与桩周土组成复合地基共同承担建筑物荷载,由于二者刚度相差较大，桩体与桩间土如何分担建筑物荷载是较为复杂的问题,目前,可按下列经验公式计算：
fspk=Rk•m／Ap+β(1-m)fsk•Espk=［l+m(n-1)］•Esk
通过计算,水闸底板及交通桥等地段桩土置换率分别为0.196、0.348和0.40,均采用正方形布置,桩径0.5m,桩距依次为1.0、0.75和0.70m。考虑到水闸岸墙及引堤超载影响,为减少岸墙后引堤超载引起的后仰沉降量，岸墙后另布置三排护桩,其他结构底板轮廓外布置一排护桩。
2 工艺性试桩实验
如何保证施工质量是该闸地基加固处理的关键所在,在正式施工前进行工艺性试桩是保证工程质量的关键一环。
本工程按设计确定的初步施工工艺共布置了10根工艺性试桩,两根为一组,分别以进入第二层粘土层0.5m和1.0m,半程复搅和全程复搅,不同的钻进速度和提升速度、喷灰时间、钻机电流等参数成桩。试桩7天内,在搅拌桩d/4位置钻孔取芯,重点观察桩底与粘土层结合面、桩进入粘土层质量、桩身的均匀性。通过比较,最后确定了详细的成桩工艺：① 桩身进入下卧粘土层0.5m,此时钻机电流约65A；② 钻进和提升速度不大干1米/分钟；③ 成桩采用全程复搅；④ 钻头到桩底时原地旋转1分钟,开启灰罐,再间隔10秒后,钻杆提升。工艺性试桩所确定的参数,为施工、监理单位提供了操作性很强的量比指标,为保证工程质量提供了可靠的依据。
3 施工工艺
3.1工艺流程深层搅拌桩一般采用“两喷四搅 的施工工艺,结合本工程实际情况采用“控制水泥总用量,少量多次喷浆”的工艺,重点处理淤泥部分。
3.2 施工参数选定针对本工程基础淤泥层厚、抗剪强度低,含水量较大等特点，并根据设计要求和现场试桩情况,选取如下参数(详见表1)进行粉喷桩施工。
表1 水泥粉喷桩施工参数
3.3施工质量控制
粉喷桩的质量除科学的设计作为保证之外,关键还在于施工质量,本水闸为I级建筑物工程,保证工程质量是建设、设计、监理的共同目标,各参建单位领导也高度重视。在整个实施过程中,监理单位全程旁站监理,设计单位长驻工地配合,施工单位成立了以项目经理为组长的地基处理领导小组,制定了如下施工细则：粉喷桩施工下沉钻头钻进时,应根据土质软硬选择挡次,注意电流的变化,及时换挡；提升喷粉搅拌时不能使用快挡,不论设计喷粉量的大小,均宜选择慢挡提升,保证搅拌均匀。要求每提升15mm,搅拌轴转动不小于1周；为使深层搅拌桩基本垂直于地面,要注意保证机架和钻杆的垂直度,严格控制桩的垂直度,偏差不超过1.0％桩长,施工中采用经纬仪双向观测每根桩的垂直度,及时发现及时调整机架；在桩顶和桩底喷粉时,要复搅或复喷。在喷粉口达到桩顶和桩底时,宜停止提升或下沉,原位搅拌30秒；对地下水位以上的桩身,可在地面上浇水后再进行施工或施工后在地面浇水,以使水泥水解水化反应完全。喷粉必须连续,一旦因故停喷,再进行施工时搅拌头必须下沉到停喷点以下1.0m,再喷粉提升。
并严格按照工艺桩所确定的各种参数有序施工，在将近50天时间内顺利完成了3280根粉喷桩施工,施工质量满足设计要求,达到了预期目的。
4 质量检测
为了保证桩体质量,粉喷桩施工结束后,对桩体进行了各种检测和试验,如轻便触探(N10)、抽芯抗压强度试验、基桩反射波法检测桩体均匀性试验、现场静载试验等,结果如下：
4.1 轻便触探根据轻便触探击数(N10)与水泥土强度对比关系来看,当桩身7h龄期30cm贯入度的击数N10大于10击时,可以认为强度已能满足设计要求。在总共73根桩试验中,其锤击数N10均在10～210击之间(表2),满足规定要求。
表2 轻便触探检测结果统计表
4.2 抽芯设计要求90天龄期抽芯试件抗压强度为1.0Mpa,实际桩体抽芯样抗压强度(28天)1.14MPa>1.0Mpa (表3),粉喷桩桩身强度满足设计要求。
表3 抽芯抗压强度试验结果统计表
龄期
(天) 桩数
(根) 抗压试验组数
(组) 试验结果
最小 最大
28-32 24 71 1.14Mpa(7組) 4.2Mpa
4.3静载试验为更加直观的检验粉喷桩的加固效果,抽样进行了单桩复合地基竖向承载力试验。龄期为28天的静载试验结果为：设计复合地基承载力80kPa(桩身龄期90天),试验28天龄期承载力>140kPa,换算成90天龄期时承载力1.33×140=186．2kPa(是设计承载力的2．34倍)，回弹系数67.71％，最大沉降量13．52mm <15mm(表4),整个复合地基在沉降要求和承载力方面符合设计要求。
表4 静载试验结果统计表
5 出现的问题及处理措施
5.1桩体粉喷不均匀水泥粉喷桩最大的施工难点是桩体的喷粉均匀度控制。为解决这个问题，现场在每台桩机上安装一台PJ4-1型喷粉记录仪，桩体施工时,喷粉量显示在电脑屏上，首次喷粉每米的喷粉量均从0开始累进,复喷时同一序号内各桩段的喷粉量自动累计加入相应段的原始记录中,操作者在观察粉喷量的过程中及时对工艺(如送灰器转速,灰罐压力,转换提速)进行调整,确保每米的水泥喷入量及桩体的均匀性达到设计要求。 。
5.2桩体出现空桩桩机搅拌头下沉至设计标高后,开始喷水泥粉,但水泥粉白灰罐输送至搅拌头需一定的时间,若此时提升钻头,势必造成桩头一定长度桩无水泥粉,造成桩底空桩。桩机搅拌头此时必须在原地搅动喷粉约30秒,待水泥粉到达钻头时方可提升搅拌头。
5.3 空洞桩处理本工程基础淤泥含水量大,部分区域淤泥．含水量超过70％，且淤泥呈流塑～软塑状态,粉喷成桩过程中,由于喷粉时的气体压力作用,使桩顶数米淤泥被吹出地面,在桩顶形成最深约8m的孔洞,严重影响成桩质量。后来采用“加盖”．施工方法,即对含水量较大的淤泥区域的桩,先施工桩顶上部5—8m段的桩身，形成水泥桩盖,然后再施工盖子下面桩身,效果很好。
5.4 桩身超长处理采用3m3/min的空压机解决桩身超长,空气压入量不足的问题，保证了气体量及气压恒定。
结束语
粉喷桩是一种高效、经济和安全的地基处理技术,不仅可用于一般工民建和交通工程,也可用于各型水利工程。采用粉喷桩加固地基,节省成本,且具有方法简单优质的特点,用粉喷法施工应加强环境保护措施,避免水泥粉的空气污染。粉喷法加固基础最适合沿海滩涂地区，特别是PJ4—1型记录仪的诞生更增添了粉喷法加固地基的前景。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：水泥粉喷桩地基设计施工工艺检测措施
Abstract: the cement powder spray method is using powder-spraying pile machine, will cement powder spray into the soft soil layer, and in the in situ for compulsory mixing, through the cement and soil of a series of complicated physical and chemical role in the formation of pile soil water, make the pile and soil formation common between pile composite foundation, to improve the bearing capacity and decrease settlement purposes. This paper work using examples, combined with the engineering practice introduced the design should be the points for attention and the construction technology, quality control and inspection, and shows the cement pile in the coastal areas of the feasibility and applicability of silt.
Keywords: cement pile foundation design construction technology test measures
中图分类号：TU447文献标识码：A文章编号：
工程概况
该水闸工程属Ⅳ等小（1）型建筑物,是集供水灌溉、御成蓄淡、防洪为一体的综合性水利工程。工程主要由水闸和上交通桥等建筑物组成,基础为淤泥质土软基，需对其进行加固处理。据钻探资料,场地土层分布如下:第一层:淤泥质土，流塑,饱和、高压缩性,含水量52.5～97.2％,干重度12.7kN／m3,孔隙比1.793，液性指数1.22,天然地基承载力60kPa,厚约14.6～18.0m；第二层：粉质粘土,可塑,中压缩性,含水量19.0～35.7％,干重度16.6kN／m3,孔隙比0.642,液性指数0.27,天然地基承载力120kPa,该层厚7.1～12.2m；第三层:粉砂、淤泥质细砂,稍密,厚4.8～7.7m,天然地基承载力180kPa；第四层：砂质粘性土,硬塑,揭露层厚5.8～11.8m,天然地基承载力350kPa。地下水有两种类型,① 层地下水为潜水,水位高低主。要受大气降水、河水位影响，雨季稍高；③ 层以下地下水具有承压性,该层含水与河水不直接连通，地下水主要受潜水越流补给。
1 地基处理设计
1.1方案比选及确定重建的地面工程均座落于淤泥上,天然地基承载力仅60kPa,需采取加固措施:
① 采用塑料排板及铺砂砾垫层的排水固结方案；
② 采用土工布及鋪砂垫层；
③选用粉喷桩固结处理。经试验观测，①、②方案承载力达不到设计要求,沉降量大；
③ 方案承载力大于140kPa,沉降量较小。
综合比较认为水泥粉喷桩不仅可以提高地基承载力,抗渗性能好,而且造价低，施工速度快,只要严格按设计要求控制进尺与喷粉量,采用全程复搅使桩身均匀,同时解决好桩底水泥土与下卧粘土层的结合问题,该方案完全可以满足本工程的承载力和沉降要求。故本工程选用水泥粉喷桩法,设计总桩数3280条,设计桩长15～20m。
1.2 设计计算根据搅拌桩的作用机理可知,所形成的水泥土桩体与桩周土组成复合地基共同承担建筑物荷载,由于二者刚度相差较大，桩体与桩间土如何分担建筑物荷载是较为复杂的问题,目前,可按下列经验公式计算：
fspk=Rk•m／Ap+β(1-m)fsk•Espk=［l+m(n-1)］•Esk
通过计算,水闸底板及交通桥等地段桩土置换率分别为0.196、0.348和0.40,均采用正方形布置,桩径0.5m,桩距依次为1.0、0.75和0.70m。考虑到水闸岸墙及引堤超载影响,为减少岸墙后引堤超载引起的后仰沉降量，岸墙后另布置三排护桩,其他结构底板轮廓外布置一排护桩。
2 工艺性试桩实验
如何保证施工质量是该闸地基加固处理的关键所在,在正式施工前进行工艺性试桩是保证工程质量的关键一环。
本工程按设计确定的初步施工工艺共布置了10根工艺性试桩,两根为一组,分别以进入第二层粘土层0.5m和1.0m,半程复搅和全程复搅,不同的钻进速度和提升速度、喷灰时间、钻机电流等参数成桩。试桩7天内,在搅拌桩d/4位置钻孔取芯,重点观察桩底与粘土层结合面、桩进入粘土层质量、桩身的均匀性。通过比较,最后确定了详细的成桩工艺：① 桩身进入下卧粘土层0.5m,此时钻机电流约65A；② 钻进和提升速度不大干1米/分钟；③ 成桩采用全程复搅；④ 钻头到桩底时原地旋转1分钟,开启灰罐,再间隔10秒后,钻杆提升。工艺性试桩所确定的参数,为施工、监理单位提供了操作性很强的量比指标,为保证工程质量提供了可靠的依据。
3 施工工艺
3.1工艺流程深层搅拌桩一般采用“两喷四搅 的施工工艺,结合本工程实际情况采用“控制水泥总用量,少量多次喷浆”的工艺,重点处理淤泥部分。
3.2 施工参数选定针对本工程基础淤泥层厚、抗剪强度低,含水量较大等特点，并根据设计要求和现场试桩情况,选取如下参数(详见表1)进行粉喷桩施工。
表1 水泥粉喷桩施工参数
3.3施工质量控制
粉喷桩的质量除科学的设计作为保证之外,关键还在于施工质量,本水闸为I级建筑物工程,保证工程质量是建设、设计、监理的共同目标,各参建单位领导也高度重视。在整个实施过程中,监理单位全程旁站监理,设计单位长驻工地配合,施工单位成立了以项目经理为组长的地基处理领导小组,制定了如下施工细则：粉喷桩施工下沉钻头钻进时,应根据土质软硬选择挡次,注意电流的变化,及时换挡；提升喷粉搅拌时不能使用快挡,不论设计喷粉量的大小,均宜选择慢挡提升,保证搅拌均匀。要求每提升15mm,搅拌轴转动不小于1周；为使深层搅拌桩基本垂直于地面,要注意保证机架和钻杆的垂直度,严格控制桩的垂直度,偏差不超过1.0％桩长,施工中采用经纬仪双向观测每根桩的垂直度,及时发现及时调整机架；在桩顶和桩底喷粉时,要复搅或复喷。在喷粉口达到桩顶和桩底时,宜停止提升或下沉,原位搅拌30秒；对地下水位以上的桩身,可在地面上浇水后再进行施工或施工后在地面浇水,以使水泥水解水化反应完全。喷粉必须连续,一旦因故停喷,再进行施工时搅拌头必须下沉到停喷点以下1.0m,再喷粉提升。
并严格按照工艺桩所确定的各种参数有序施工，在将近50天时间内顺利完成了3280根粉喷桩施工,施工质量满足设计要求,达到了预期目的。
4 质量检测
为了保证桩体质量,粉喷桩施工结束后,对桩体进行了各种检测和试验,如轻便触探(N10)、抽芯抗压强度试验、基桩反射波法检测桩体均匀性试验、现场静载试验等,结果如下：
4.1 轻便触探根据轻便触探击数(N10)与水泥土强度对比关系来看,当桩身7h龄期30cm贯入度的击数N10大于10击时,可以认为强度已能满足设计要求。在总共73根桩试验中,其锤击数N10均在10～210击之间(表2),满足规定要求。
表2 轻便触探检测结果统计表
4.2 抽芯设计要求90天龄期抽芯试件抗压强度为1.0Mpa,实际桩体抽芯样抗压强度(28天)1.14MPa>1.0Mpa (表3),粉喷桩桩身强度满足设计要求。
表3 抽芯抗压强度试验结果统计表
龄期
(天) 桩数
(根) 抗压试验组数
(组) 试验结果
最小 最大
28-32 24 71 1.14Mpa(7組) 4.2Mpa
4.3静载试验为更加直观的检验粉喷桩的加固效果,抽样进行了单桩复合地基竖向承载力试验。龄期为28天的静载试验结果为：设计复合地基承载力80kPa(桩身龄期90天),试验28天龄期承载力>140kPa,换算成90天龄期时承载力1.33×140=186．2kPa(是设计承载力的2．34倍)，回弹系数67.71％，最大沉降量13．52mm <15mm(表4),整个复合地基在沉降要求和承载力方面符合设计要求。
表4 静载试验结果统计表
5 出现的问题及处理措施
5.1桩体粉喷不均匀水泥粉喷桩最大的施工难点是桩体的喷粉均匀度控制。为解决这个问题，现场在每台桩机上安装一台PJ4-1型喷粉记录仪，桩体施工时,喷粉量显示在电脑屏上，首次喷粉每米的喷粉量均从0开始累进,复喷时同一序号内各桩段的喷粉量自动累计加入相应段的原始记录中,操作者在观察粉喷量的过程中及时对工艺(如送灰器转速,灰罐压力,转换提速)进行调整,确保每米的水泥喷入量及桩体的均匀性达到设计要求。 。
5.2桩体出现空桩桩机搅拌头下沉至设计标高后,开始喷水泥粉,但水泥粉白灰罐输送至搅拌头需一定的时间,若此时提升钻头,势必造成桩头一定长度桩无水泥粉,造成桩底空桩。桩机搅拌头此时必须在原地搅动喷粉约30秒,待水泥粉到达钻头时方可提升搅拌头。
5.3 空洞桩处理本工程基础淤泥含水量大,部分区域淤泥．含水量超过70％，且淤泥呈流塑～软塑状态,粉喷成桩过程中,由于喷粉时的气体压力作用,使桩顶数米淤泥被吹出地面,在桩顶形成最深约8m的孔洞,严重影响成桩质量。后来采用“加盖”．施工方法,即对含水量较大的淤泥区域的桩,先施工桩顶上部5—8m段的桩身，形成水泥桩盖,然后再施工盖子下面桩身,效果很好。
5.4 桩身超长处理采用3m3/min的空压机解决桩身超长,空气压入量不足的问题，保证了气体量及气压恒定。
结束语
粉喷桩是一种高效、经济和安全的地基处理技术,不仅可用于一般工民建和交通工程,也可用于各型水利工程。采用粉喷桩加固地基,节省成本,且具有方法简单优质的特点,用粉喷法施工应加强环境保护措施,避免水泥粉的空气污染。粉喷法加固基础最适合沿海滩涂地区，特别是PJ4—1型记录仪的诞生更增添了粉喷法加固地基的前景。
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