粉喷桩在公路软基处理中的应用
刘春玲
（中铁十一局集团 工程有限公司，襄樊）
摘要：介绍了粉喷桩处理软土地基的适用范围及合理桩长，从施工中和质量检测两个方面分析了当前粉喷桩应用存在的主要问题，并针对性地提出了解决方案。
关键词：粉喷桩，软土地基，施工，检测
一、粉喷桩的发展及应用
粉体喷射搅拌法是深层搅拌法的一种, 粉喷桩是通过专用机械在地基深部就地将固化剂(水泥、石灰、粉煤灰、高炉矿渣、铝粉、石膏等)与原位土强制拌和, 利用水泥和土之间所产生的一系列物理、化学反应, 将混合土硬结成具有足够强度、变形模量和稳定性的水泥加固土桩体, 与桩间土一起形成复合地基, 从而起到加固地基的目的。粉喷技术作为一种具有广泛适用性的地基处理技术, 具有很高的推广价值和良好的发展前景。
二、粉喷桩处理的适用范围及合理桩长
2.1粉喷桩处理的适用范围
(1)适用于工业及民用建筑、市政、道路及港口、地下挡土结构等工程的软土地基处理。
(2)适用于淤泥、饱和粘土、亚粘土等地基加固。
(3)加固深度不超过20 In，加固土强度标准值取90 d龄期的无侧限抗压强度，一般可达到0．8—2．0 lVlPa。
(4)当地下水有侵蚀作用或加固的地基为泥碳土时，应通过试验确定其适应性。
2.2粉喷桩的合理桩长
粉喷桩与柔性碎石桩、砂桩和刚性的混凝土桩相比，属于一种过渡性质的桩体，兼有刚柔相济的双重性。在单桩承载力设计中，一般将其视为摩阻支承型桩。当桩身强度不控制时，单桩承载力按桩周摩阻力和桩端阻力计算。为了满足承载力的要求，人们往往增加粉喷桩的长度。国内有关文献从桩的长度、桩身刚度
与土体刚度的相对关系对粉喷桩的承载特性作了理论分析。认为粉喷桩入土深度的临界桩长不仅与桩径的大小有关，而且与桩身的抗压强度和刚度有关，超过临界桩长时桩端阻力为零。此时单桩承载力只靠桩周摩阻力。对于目前国内常用的桩径50 ClTI，桩长大于10 m 以上的粉碛桩，可以不考虑桩端阻力。从经济技术的角度考虑，在桩径不变的条件下，提高复合地基承载力的合理途径应是提高水泥标号和置换率，增加复合地基的抗压强度，而不是盲目地增加粉碛桩的长度。
三、施工现场问题的处理原则
(1)粉喷桩要穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层，并深入硬土层不小于50cm，持力层深度除根据地质资料外，还应根据钻进时电流表的读数值来确定，当钻杆钻进时电流表的读数明显上升，说明已进入硬土层，如能持续50cm以上则说明已进入持力层。如软土层厚度与设计桩长不相符时，应遵循以下原则:
a.如达到设计桩长软土层仍未穿透时，应继续钻进，直至深入下卧硬层50cm为止；
b．如未达到设计桩长在探明确已钻至硬土层的情况下，至少应深入硬层1.0m；
c．凡是施工桩长与设计桩长不符时，必须经驻地监理签认，并报业主认可，如出现大面积桩长不符时，应报设计院进行设计变更。
(2)在成桩过程中，如发生意外影响桩身质量时，应在12 h内采取补喷措施，补喷重叠长度以不小于1.0m为宜。特别困难时以电流表读数明显变化时为准，但在提升喷灰前要有等待送粉到达的时间，防止断桩，否则应重新打设，新桩距报废桩的距离不能大于桩距的15％，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认可。
四、粉喷桩在施工应用中存在的问题
4.1粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响
粉喷桩的施工资料及实践证明：当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层成为支承式时沉降量很少。若未打穿软土层，成为悬浮式时沉降较大。地基的过大沉降，说明桩尖下卧软土层的沉降还相当大。而且持续时间较长，将不得74q一重新进行处理甚至报废。如何来解决悬浮式问题。需要对下卧层软土的沉降有一个正确的评估，在设计理论上寻求突破．同时在实践中探索解决的方法。
4.2 粉喷桩复合地基承栽力和粉喷桩单桩承栽力的关系
粉喷桩复合地基平均允许承载力公式为[盯复合】=盯×[盯桩]+(1土叮1[盯土]式中：盯复合为复合地基的平均允许承载力； 为置换率：盯桩为搅拌桩的允许承载力；盯±为天然地基土的允许承载力。桩的强度将直接影响复合地基的强度，假设桩的强度不断增加而土的强度依然不变．按照公式的计算，复合地基的强度也会不断增加．然而实际情况并不如此。因为粉喷桩从本质上来讲是属摩擦桩类．当土的强度不变。而且饱和软粘土的强度很低时，在这种情况下，即使不断增加桩的强度，但总的复合地基强度也不会随之增加。
4.3 地基土含水量对粉喷桩质量的影响
粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺人粉体质量、施工工艺、地基土的性质有关．而且尤以含水量的关系甚为密切。当土的含水量小于30％ 时，土中的水分不足以使粉体进行水化作用；当土的含水量大于70％ 时。含水量过高的土壤往往空隙比较大，若按常规掺人粉体计算。由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度。这种情况下必须增加粉体的掺人量和采用复搅的施工工艺。否则通常会形成所谓的“掉桩”和“下沉”。
4.4 粉体喷入的计量
粉喷桩的质量与粉体掺人量的多少有直接的关系，如何计量粉体便成为关键。从理论上讲，气体和固体双相流的计量具有很大的难度，然而却非常重要，目前使用的灰罐体积测量法、电子秤称重法等均不是很理想的计量方法。如何解决气体和固体双相流的计量问题。还待在理论和实践中摸索。
4.5复搅和转速对桩强度的影响
大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用。促使桩体的充分形成。同时钻头喷出的粉体～ 般呈脉冲状，若不充分进行搅拌，粉体在桩中往往呈层状。形成一个“夹生”，对桩的强度不利。为了提高工效，粉喷钻机在下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升：否则将会
严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。
五、粉喷桩的质量检测
粉喷桩属于地下隐蔽工程，有效的质量检测方法是保证粉喷桩施工质量的重要措施。
5.1 现有检测方法
粉喷桩的强度是衡量桩体质量的一个重要指标，水泥和土的硬凝反应约需3个月才能充分完成，因此一般选择90 d龄期强度作为水泥土的标准强度。桩身水泥土90 d的强度一般为1．0 MPa 1．2MPa，在实际工况中，由于粉喷桩处于三相受力状态，其抗压强度应比室内无侧限抗压强度试验指标要高。目前主要采用的检测方法有轻型动力触探、挖桩检查法、钻孔取芯法、静载试验法等。
5.2 检测中存在的问题
(1)检测深度不够
轻便触探N10探测深度一般不超过4m，挖桩检查法只能对桩身上部(2 m～3 m)的质量进行检测。而桩体上部正是粉喷桩施工机械喷灰和复搅最易于保证质量的部分，且该部分往往位于地表硬壳层内而非软土层内，桩身成型及桩体强度很容易满足要求，相反对粉喷桩易出问题的下部则无法检测，故这两种方法的检测结果不能代表整桩的强度，且挖桩检查法对桩体及天然地层还有一定破坏作用。
(2)检测时间长、费用高
钻孔取芯法是目前粉喷桩质量检测中常用的方法，测定结果能较好地反映粉喷桩的整体质量，但该方法检测时间长、钻孔费用高，只能抽取少量的桩进行钻孑L取芯检测。静载试验法，是最准确 最有效的粉喷桩复合地基检测方法，能对地基承载力情况进行直观评价，也存在检测时间长、费用高的问题，只能对重要工程抽检少量。
(3)缺乏有效的早期检测方法
钻孔取芯及静载试验结果可靠，但检测时间一般需在成桩28 d以后；在成桩早期，缺乏有效的桩身全长检测措施，难以在施工中对粉喷桩质量实施动态控制。
5.3 解决办法
粉喷桩的检测措施应包括施工中、施工后的检测。通过施工中的早期检测，及时发现桩体的缺陷部位，便于在施工过程中对粉喷桩的质量进行动态跟踪控制；而通过施工后的检测可对成桩质量作出评价。
(1)施工中的早期检测可考虑采用轻型动力触探与瑞利波分析法结合的检测方法，用轻型动力触探(7 d内)对桩体上部质量进行检测，用瑞利波分析法对桩身全长质量进行检测。瑞利波分析法能快速无损测试土的参数，可检测地基处理后的整体效果，具有测试速度快、费用低、可大面积检测、可在施工中检测的优点。
(2)对于施工结束后的质量检测，全桩钻孔取芯法及载荷试验法是行之有效的方法。另外，小应变动测法在粉喷桩检测中也得到了一定的应用，它的优点是快速、经济，目前还需进一步进行比对试验研究，积累更多的经验。
六、结语
目前粉喷桩的施工普遍存在质量问题，主要原因是施工工艺、质量检测两个方面。要解决这些问题，必须加强对地质资料的认识，加强施工管理，改进不合理的施工工艺，建立粉喷桩质量综合评定体系，研究推广快速评价桩身全长质量的检测方法，将施工工艺和质量控制结合起来。施工质量提高的同时，粉喷桩在工程建设中也将得到更多、更广的应用。
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