【關鍵詞】粉噴樁設計施工質量控制檢測
　　【摘要】水泥粉噴攪拌樁地基處理方法以其廣泛的適用條件及特有的許多優(yōu)點在地基處理中應用越來越廣泛，本文就粉噴樁的設計、施工、質量控制及檢測等方面作一介紹,就規(guī)范中未提及的施工中應著重控制的幾個方面作一初步探討和總結。
　　水泥粉噴攪拌樁（簡稱粉噴樁）是粉體噴射攪拌樁的一種，這種樁通過攪拌機構將一定深度內的軟土攪碎,將水泥用壓縮氣體輸送到軟土地基中，然后通過攪拌使水泥粉體與軟土均勻拌和，水泥料與軟土發(fā)生一系列物理、化學反應，形成堅硬、連續(xù)、水穩(wěn)性好的樁體。粉噴樁又屬于深層攪拌樁的一種，深層攪拌樁按其固結料不同分為粉噴樁和水泥漿深層攪拌樁兩種。
　　粉噴樁施工方法是將部分原位土體攪拌形成水泥土樁，故其對環(huán)境和周圍土體破壞作用甚微，施工操作簡便，噪音低，無振動，無污染，對環(huán)境無不良影響，且這種方法造價低，質量可靠，施工期短。適用于在人口密集的城區(qū)使用，是飽和黃土軟弱地基處理的一種有效手段。
　　這種攪拌技術早在第二次世界大戰(zhàn)結束后就出現(xiàn)在美國，50——60年代日本引入這項技術用以加固高含水量軟弱地基。我國于70年代末對這項技術進行了開發(fā)和應用于工程實踐，曾先后在武漢、江蘇、浙江、福建、天津、上海、廣東、新疆等地應用，效果良好。在西安市老城區(qū)及其四周、南郊和東郊這種樁型普遍適用，可廣泛應用。
　　一.粉噴樁使用條件
　　軟土與水泥采用機械攪拌加固的基本原理，是基于水泥土的物理化學反應過程。在水泥加固土中，水泥的水解和水化反應完全是在具有一定活性的介質——土的圍繞下進行，所以硬化速度緩慢且作用復雜，水泥中的水硬性膠凝材料如CaO.SiO2、Al2O3、Fe2O3等與土中的水反應生成鋁酸三鈣、硅酸二鈣、鐵鋁酸四鈣等水化物，這些水化物凝結后硬化，從而提高水泥混合土的整體強度，并沿攪拌深度形成圓柱體堅固的水泥土樁體。
　　粉噴樁復合地基的強度與地基土的顆粒組成和含水量的高低密切相關,根據(jù)試驗,在對淤泥質土、粉質粘土和粉土分別按干土重的15.7%和21%摻入水泥攪拌后,其無側限抗壓強度以粉土為母土時最高,淤泥質土最低.這也說明粗顆粒土強度高于細顆粒土。
　　粉噴樁非常適合地下水位較淺，土的含水量高，軟土層厚度較大的地區(qū)。但同時根據(jù)一些資料反映來看，粉噴樁處理效果隨含水量降低而提高，建議以天然土的含水量為50％左右時使用為最佳。
　　二.粉噴樁設計中的幾個問題
　　1. 單樁承載力標準值
　　《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79－2002）中提出，單樁豎向承載力特征值應通過現(xiàn)場載荷試驗確定，初步設計時也可按規(guī)范提出的兩個單樁豎向承載力特征值初步計算公式計算，并取二者中較小值。
　　水泥土的無側限抗壓強度一般為300－4000Kpa，其變形特征與無側限抗壓強度的高低而不同，當無側限抗壓強度大于2000Kpa時，水泥土受力后無明顯屈服變形階段，達到強度后立即發(fā)生脆性破壞。而無側限抗壓強度≤2000Kpa的水泥土，則表現(xiàn)為塑性變形破壞。為了更充分地發(fā)揮樁土的共同作用，水泥土的無側限抗壓強度可控制在2000Kpa左右。
　　2. 復合地基承載力
　　復合地基承載力按下式進行計算
　　fspk=m*Ra/AP+β（1-m）fsk（1）
　　fspk——復合地基承載力特征值（Kpa）；
　　m——面積置換率；m=n*Ap/A（2）
　　其中n——樁根數(shù)；
　　A——加固總面積（m2）。
　　β——樁間土承載力折減系數(shù)。
　　AP——樁的截面積（m2）；
　　Ra——單樁豎向承載力特征值（KN）；
　　fsk——處理后樁間土的承載力特征值（Kpa）。
　　β是反映樁與土共同作用參數(shù)，除與樁端土的軟硬有關外，還與樁身強度有關，對民用建筑，允許有較大的相對沉降，如樁端為軟土時，可視各樁和樁間土均能發(fā)揮各自的作用，故取大值。對沉降有嚴格要求的工程，β取小值。
　　另一方面折減系數(shù)β還可能考慮到施工中對樁間土的擾動造成樁間土的強度下降。而黃土地區(qū)的施工經(jīng)驗，粉噴樁施工中對樁間土的擾動甚微，樁間土強度不但不會降低，反而因水泥固化時吸收了部分樁間土的水分，其強度還有所改善，因而，當樁間未進入硬土層內時，黃土地區(qū)的β值可取1.0。
　　3. 樁長的確定
　　《技術規(guī)范》上提出樁長不宜大于15m，設計時樁長以穿越軟弱土層，抵達或接近土質較好土層即可，另外由于樁頂部的強度較低，實際施工樁長，宜較設計樁長場0.2m，施工墊層時，將0.2m樁頭削去。
　　關于樁底進入硬土層的深度問題，由規(guī)范的有關規(guī)定可知，復合地基承載力計算公式中的樁間土折減系數(shù)與樁底土軟硬有關，為軟土時折減率最小，甚至不折減，為硬土時，折減比例大，甚至接近于不考慮樁間土的作用。粉噴樁的優(yōu)越性在于復合地基的作用，不考慮樁間土的作用，就不是復合地基，單純?yōu)闃兜淖饔�，這與粉噴樁的目的不相符。因此粉噴樁底不應進入硬土層過深，否則經(jīng)濟上不合算且偏于不安全。在置換率相同的條件下，樁長增加，樁身軸向應力呈衰減變化，深部地基所提供的摩擦阻力和端承力不能充分發(fā)揮，因此粉噴樁設計一般不宜過長。
　　4. 樁數(shù)的確定
　　樁數(shù)np按下式確定
　　np＝mA/Ap
　　式中A------地基加固面積；
　　Ap---------單樁截面積；
　　另一種估算方法，先根據(jù)置換率m的大小確定布樁幾何形狀和中心距，然后按樁的中心距計算出每根樁代表的復合地基面積A。當按正方形布樁時A＝S2(S為樁心距)；按正三角形布樁時A＝3×S2/2,并按np=A/A0計算出樁數(shù)。
　　5. 水泥摻入比
　　水泥土的強度與水泥摻入比（aw<5%時）成正比，由于水泥與土反應過弱，水泥土固化程度低，強度離散性也較大，在實際工程中，aw不宜小于7％。水泥用量可采用變參數(shù)設計，即在樁身上部1/3-1/2樁長部分的摻入比下段增加一倍。施工時上部進行兩次復攪，兩次噴粉，下部一次噴粉。
　　三.粉噴樁施工常用機械
　　粉噴攪拌機械一般由攪拌主機、粉體固化材料供給機、空壓機、攪拌頭和動力部分組成。
　　攪拌主機常用的有鐵道部武漢工程機械研究所生產的PH-5型、上海探礦機械廠生產的GPF-5型等噴粉樁機。
　　常用的粉體固化供給機為國產YP—1型粉體噴射機，其最大送粉壓力0.5Mpa；最大送粉量100kg/min。這里特別值得提出的是對加固料的計量經(jīng)過以往的“體積法”計量和采用“電子稱”計量，進而發(fā)展到今天采用的計算機計量系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要由檢測管、變送器、微型機算機、顯示器及打印記錄儀等五部分組成。通過這套系統(tǒng)，使樁體每米的送粉量一目了然，使施工質量得到了有效控制。
　　四.噴粉攪拌的施工
　　一般情況下，粉噴樁施

　　粉噴樁的施工順序為將攪拌鉆頭對準樁位后，啟動鉆機邊正向旋轉邊鉆進，至設計標高時停止鉆進，使攪拌鉆頭反向旋轉，同時啟動粉體發(fā)送器送粉，一邊緩慢提升，不斷噴射水泥粉與土體拌和均勻，直至樁頂設計標高為止。在整個下鉆與上拔的過程中空壓機沿鉆桿中心同時送風(鉆桿為空心)。一般來說，成一根7米的樁也就只需要20分鐘左右。
　　五.質量控制要點
　　粉噴樁的施工方法簡單但我們必須非常重視這種樁的過程質量控制，理解這種樁的成樁機理與控制要點，否則，就可能出現(xiàn)不合格的工程質量。
　　《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79－2002）提出了粉噴樁單樁及復合地基承載力計算公式，根據(jù)公式可以分析得出，提高粉噴樁復合地基承載力，應從提高樁面積置換率、樁周土的摩擦力、樁長、樁端天然地基土承載力標準值等四個方面入手。有條件時，設計前應進行試樁，以確定該地層情況下的單樁承載力及復合地基承載力。
　　粉噴樁一般按三角和正方形整片布置，置換率根據(jù)試驗及計算確定，規(guī)范要求置換率不宜低于11.6%（樁間距1.4米）。一般設計取置換率參數(shù)為10%—20%。
　　樁周土的摩擦力與各地層的土質密切相關，水泥一般適用于淤泥質土、粘性土、粉土、素填土、雜填土、飽和黃土、中粗砂、沙礫等地基加固。選用這種加固方案前，應提取詳細的工程地質勘察資料，重點注意土的含水量、粘粒含量、持力層的工程性質。當?shù)鼗�土PH值小于4或天然含水量大于70%時不宜采用粉噴樁加固。
　　粉噴樁的長度在滿足強度計算要求的同時，尚應滿足變形計算要求。增加樁長對變形是有利的，粉噴樁穿透軟弱土層到達強度高的持力層，則沉降量很小，但對穩(wěn)定性來說，樁長應由危險滑弧的位置決定。原則上樁長應穿透軟弱土層到達下臥強度較高之土層。受機械設備的限制，加固深度大于15米時噴粉量難以保證，故加固深度一般不大于15米。
　�。ǘ�）在施工過程中，我們應從以下幾個方面對質量進行控制。
　　1. 垂直度
　　規(guī)范要求粉噴樁垂直度允許偏差1%，施工中采用十字交叉方法控制,垂直
　　于鉆機方向用吊線錘方法控制；平行與鉆機方向采用水平尺控制（用這種方法控制后我們用經(jīng)緯儀對其進行了校驗，7米鉆桿誤差不大于2cm，可以滿足設計要求）。
　　2. 噴粉量
　　固結料噴粉量可以從電腦顯示儀器上顯示出來，電腦顯示儀上顯示每
　　10cm的噴粉量，但固結料噴灑的均勻程度與人工操作有很大關系，應確保每米水泥量噴灑均勻，從而保證成樁質量均勻。
　　3. 深度
　　粉噴樁成樁深度從電腦記錄儀及深度記錄儀均可顯示，但這里應強調指出的是記錄儀記錄深度是以鉆桿開始轉動的一瞬間開始的，施工中鉆頭距地面有一定的距離，從而使記錄儀顯示的不是實際樁長，而是實際樁長加上鉆頭與地面距離之和。施工中為了消除這種誤差，一種方法是采取鉆頭挨地以后，先將記錄儀復位至以地面為零點開始記錄；另一種方法是測出地面與鉆頭之間距離，加在成樁深度記錄中，使深度記錄加長，從而保證樁長。
　　4. 含水量
　　粉噴樁適用條件為含水量不小于30%的地層，一般情況下地表附近含水量較低，這時就應該在成樁過程中加水。施工中采用的加水方法一般是用水管沿鉆桿外壁加水。一般施工人員在復攪下鉆時才加水，認為其他時候由于有空壓機送風，使水從地下溢出而加不進去水，我們認為這時雖有水溢出，但畢竟是少量的，還是應該全過程加水。
　　5. 復攪深度
　　規(guī)范規(guī)定粉噴樁成樁后上部1/3深度（且不小于3米）應予以重新攪拌，這樣做有利于提高上部樁體水泥土的均勻程度，從而提高樁身承載力。
　　6. 拔鉆速度
　　規(guī)范規(guī)定鉆桿上拔速度為50——80cm/min,一般來說，太快了水泥噴灑不
　　勻，樁身質量不能保證；太慢了鉆頭對土體的切削力又減小，達不到攪拌的目的。施工中常采用3檔上拔（一般提速為60——75cm/min）。
　　7. 輕便觸探試驗
　　粉噴樁成樁3天后，樁頭已難以用鐵锨鏟動，這時可用輕便觸探測試樁
　　頭和淺層樁身強度。輕便觸探一般在成樁3天后7天前進行，一般以30擊的下沉量不超過10cm為合格，觸探點應選在1/4樁徑處。同時，我們這時應測量樁體直徑，看其是否滿足設計要求。這里應強調指出的是應經(jīng)常對鉆頭直徑進行檢查，磨損后及時進行修補。
　　8. 水泥土室內試驗
　　對水泥的摻入比，規(guī)范要求應為10%—15%。在滿足規(guī)范和設計要求的
　　基礎上，現(xiàn)場施工前應采集施工地點土層中的最差土樣及施工所用水泥送試驗室作室內配合比試驗檢測其7天的水泥土無側限抗壓強度。
　　六.常見故障及處理方法
　　粉噴樁施工過程中常會出現(xiàn)部分機械故障，影響了成樁效率，其出現(xiàn)故障常有：
　　1.堵管
　　其原因之一在于提鉆速度太慢，噴灰孔阻力太大而堵塞；原因之二在于水
　　泥太濕，顆粒之間摩擦力大；還有就是鉆桿進水泥處卡脖，送風受阻而堵塞。
　　預防措施：施工時拔鉆用合適檔位；下雨時，水泥要有保護措施，天晴后及時晾曬。
　　解決故障措施：鉆桿頂部拆開捅開鉆桿；鉆頭清凈后用鐵絲捅開灰孔；卸掉鉆頭清理鉆桿孔。
　　2.卡鉆桿
　　鉆桿上拔時，鉆桿周圍的補心軸將鉆桿卡死而不能上拔，其原因在于鉆桿磨損嚴重，與補心軸間隙太大；或補心軸磨損嚴重，使鉆桿棱角卡在補心軸中。
　　預防措施：及時檢查鉆桿及補心軸，磨損時及時修理或換掉。
　　解決故障措施：拆開補心軸，將鉆桿從補心軸間拔開。
　　七.需要說明的問題
　　在粉噴樁作輕便觸探試驗時，規(guī)范指出觸探點應在1/4樁徑處，這是因
　　為樁中心鉆頭噴不到水泥且無法攪拌，所以強度極低，甚至我們有時說這種樁是“空心樁”。這就要求我們一方面要降低拔鉆速度；另一方面，對含水量較低的土層要全施工過程加水，以促進樁體中心強度的提高。
　　對樁體水泥摻量也不必拘泥于沿樁長均勻摻加，按荷載隨深度增加而擴散的道理，樁頂部位可適當提高水泥量，樁體中下部水泥摻量可適當減小10%左右。
　　參考文獻
　　（1） 《工業(yè)與民用建筑地基基礎設計規(guī)范》（TJ2005-2002）
　�。�2） 《建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50202－2002）
　�。�3） 《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79－2002）

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