航道软基处理水泥深层搅拌桩施工控制

【摘要】内河航道整治的主要手段是通过建设护岸并对墙前土方进行水下疏浚来达到航道等级标准。护岸工程质量不仅与护岸本身的砌筑质量有关，其决定性更在于护岸的基础是否稳定。通过苏南运河镇江陵口先导段1标粉喷桩处理软土地基的成功实践，旨在介绍粉喷桩的施工过程中取得的经验和各种检测手段。

【关键词】软基；粉喷桩；施工控制

一、前言

苏南运河镇江陵口段作为苏南运河按照四级航道标准全面整治工程的先导段，作为世界银行贷款项目于1988

年至1992年期间整治完成。由于航运发展迅猛，随着船舶量急增，船舶大型化发展，加之该段土质条件特殊，呈现流砂土现象，历来是险工段，以致陵口段预制砼护坡毁坏严重，护坡多处土体被冲刷掏空，导致坍塌严重。为此江苏省航道局将此段作为苏南运河“四改三”工程的先导段，列入苏南运河整治的实施计划。

根据地质资料，本项目软弱土层为主要的不良地质层，可能发生砂土液化、流砂等现象。其中连续分布的1～2层（淤泥质粉质粘土、软粉质粘土）和1～5层（淤泥质粉质粘土、软粉质粘土）软状土为主要不良地质层。设计上采用粉体喷射搅拌桩（干法）处理软基，设计桩长5m，桩径50cm，通过粉喷桩的间距来提高基础的承载力和控制结构物的工后沉降。

二、施工原理

深层水泥搅拌桩采用作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。深层搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。这种方法适用于软土处理，处理效果显著，处理后可很快投入使用。

三、施工工艺

施工工艺：桩位放样——钻机就位——检验桩机、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——至设计顶高程以上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。

四、设计参数

一般水泥掺入比>15%，28天龄期取芯强度R28大于0.8Mpa、90天龄期取芯强度R90大于1.2Mpa。

五、配合比设计

为了经济合理地确定粉喷桩加固地基的技术参数，确定与地基土加固相适应的水泥品种、标号和掺入量，在施工前都必须根据设计文件提供的地质资料，选取典型地段钻探取样，进行室内配合比试验。

（一）原材料

水泥：宜選择购买信誉好、质量稳定的大型水泥厂家生产的符合设计要求的普通硅酸盐水泥。配合比设计时所用水泥品牌应与大规模施工时拟采用的品牌、标号一致。

试料土：在需要加固处理的软弱地基内，选择分别选取有代表性位置进行钻孔取不同层面的天然土样。对取出的土样进行物理性质的实验。

外掺剂：严格按设计要求的外掺剂种类或按指挥部要求选用。

（二）配合比设计

试料土制备：试料土制备时应除去土中所夹有的贝壳、树枝、草根等杂物。当采用湿法进行配合比设计时，应采取措施，保证土料的天然含水量；当采用干法进行配合比设计时，土料应粉碎、过5mm筛，室内加水至重新配制成相当于天然含水量的试料土，放置24小时，并防止水份蒸发。

水泥用量：水泥用量应按施工图设计文件要求，根据加固土的干密度换算成每延米喷灰量取中值，通过室内45kg/m 、50kg/m、55kg/m三种灰剂量的配比和试件抗压强度试验发现：随着水泥掺量的增加，试件的无侧限抗压强度明显增加（见图1）；且不同掺灰量的水泥随着龄期的增长，其无侧限抗压强度明显增加（见图2）。在保证质量、节约成本的前提下，选用50kg/m的掺灰量。

（三）通过室内配合比进行试桩

通过试桩来确定搅拌次数、喷灰量、下钻的速度、提升速度及水泥泵中水泥粉压力等参数。试桩一般不少于10根，且必须待试桩成功后方可进行大规模的粉喷桩施工，试桩后芯样的无侧限抗压强度作为桩身的标准强度。

试桩要求满足设计水泥喷入量的各种技术参数

1．钻进速度：V≤1.0m/分钟；

2．平均提升速度：VP≤0.8 m/分钟；

3．搅拌速度：V≈30转/分钟；

4．钻进、复搅与提升时管道压力0.1 Mpa≤P≤0.2 Mpa；

5．喷灰时管道压力：一般应≥0.5 Mpa

通过试桩应掌握下钻及提升的困难程度，确定钻头进入硬土层电流变化程度；确定合适的输灰泵的输灰量；掌握水泥干粉经输灰泵到达搅拌机喷灰口的时间；掌握预搅下钻速度、粉体搅拌桩机提升速度、复搅下沉、复搅

提升等施工参数。

六、施工前的准备

（一）原材料

粉喷桩加固材料一般选用42.5级普通硅酸盐袋装水泥，对水泥的采购、贮存及使用应统一管理。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，应及时按频率抽检，检测水泥各种物理性能。

（二）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。

（三）场地整平

搅拌桩施工的场地应事先平整，清除地上、地下一切障碍物（包括大块石、树根和生活垃圾）；对原有的沟塘进行必要回填、整平、压实（压实度达到80%），不得回填杂土。

（四）施工放样

在粉喷桩施工前，根据基础宽度和设计参数在施工平面画布桩图。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。

（五）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，应采用24小时全过程轮班旁站，随时检查，按标志牌的内容与现场进行核对。

七、施工控制

1．应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，主机塔架上标每m的刻度线（要求有反光标志），以便掌握钻入深度、复搅深度、复搅速度。

2. 为保证施工完桩体的竖直度能满足设计或规范要求，在主机塔架两侧悬挂重锤，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。

3．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。

4．现场施工控制：

（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换回慢速钻进，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。

（2）提升喷粉搅拌。在确认水泥粉喷至孔底后，应在底部停留30秒，进行磨桩端，然后以1.08m/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30秒，在桩顶部磨桩头。

（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1.08m/min。

5．现场施工应注意事项：

（1）严禁没有粉体电子计量和施工参数自动打印装置的粉喷桩机投入使用；

（2）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。否则应重新打设，新桩距报废的净距离不能大于桩距的15%，宜紧贴或重叠1/3桩径，并填报在事故记录中备查，所有接桩及补桩都必须报现场监理批准并做好记录；

（3）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。应在全桩长范围内重复搅拌一次，以增加水泥土均匀性，复搅宜一次完成；

（4）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；

（5）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；

（6）钻头经过一段时间施工后，应卸下来检查其尺寸，其直径磨耗量不大于10mm；保证打出的桩体的尺寸能满足规范要求，否则将予以更换；

（7）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；

（8）现场施工技术人员、施工人员应严把喷粉量、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。

八、质量检验

1．质量检验方法：粉喷桩的强度介于刚性桩与柔性桩之间，可从以下几个方面对加固质量进行检验：

（1）原始报表检查：施工原始报表应详尽、完善、如實地记录施工时间和工艺参数，完整地反映施工全过程。

（2）人工开挖验桩：是检验粉喷桩质量（桩体外观质量和整体性）和桩间距最简单、最直观的一种方法。一般在每个段落最后一根桩完成一周后进行，开挖时对桩头必须小心处理，不准用重锤敲击。

（3）对1对成桩7d的粉喷桩，随机按规定频率进行如下几项检测：

第一，破去桩头0.3m~0.5m表层水泥，进行外观检测，主要检测其桩体外观是否圆顺，水泥土搅拌是否均匀；

第二，用轻便触探仪对开挖出来的桩头进行强度检测，根据N10贯入10cm的锤击次数或N10的连续贯入30cm的锤击次数来判定桩头强度是否合格。不合格的桩，在成桩28d后进行进行钻芯取样检测；

第三，对成桩28d的粉喷桩，随机按规定频率或对有怀疑的桩进行钻芯取样检测，主要有两个方面：首先，检测桩体粉喷是否均匀，桩体有无断粉现象，桩长是否达到设计要求；其次，对粉喷桩的芯样进行加工，磨制成等高试件做无侧限抗压强度，应尽可能在芯样上、中、下三个部位各磨一组，一组三个试件，用三个试件的代表值评定强度。

根据以上的检测结果确定单桩的质量等级。

九、结语

粉喷桩是一项比较难以控制的施工工艺，我公司在苏南运河镇江陵口先导段1标7万延米粉喷桩施工中，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，我标所有的粉喷桩工程均达到优良工程。

【参考文献】

[1]粉体喷搅法加固软弱土层技术规范（TB10113-95）

[2]软土地基搅拌桩加固法技术规程（YBJ22）

【作者简介】朱为民（1972- ），男，江苏省镇江市天顺交通工程有限公司工程师，研究方向：港口航道整治工程。