浅析水泥粉喷桩加固软土地基施工技术
2015-05-29
1 房建地基设计的主要依据和基本要求
1.1设计时的主要依据
影响高层建筑地基设计的因素有很多，很复杂，如结构上的作用、岩土工程勘察资料、抗震设防要求。
上部结构类型、地下室层数、建筑竖向布置和水平布置（主楼与裙房）等，要依据这些因素全面分析地基设计的安全性、合理性及经济性。特别应该强点的是，岩石工程的勘察报告必须真实可靠。
1.2设计时的基本要求
高层建筑地基设计的要求比较严格、复杂，涉及的问题很多，如地基的稳定性，结构的整体稳定性，结构的整体抗倾覆能力，结构抗滑移能力，天然地基的竖向承载力，桩基的竖向承载力和抗震水平承载力，天然地基的变形计算、桩基的沉降计算和水平变位的设计，基础结构的承载力计算，基础结构的变形、抗裂、裂缝宽度的计算。特别要强调的是这些设计要求，一方面要在定性设计及概念设计方面满足要求，另一方面需要进行复杂的精确计算满足承载力和变形的要求，在计算广泛应用的今天，以变形控制设计地基是完全有可能的。
2 施工设备及质量控制
用水泥粉喷桩加固软土地基，系采用喷射桩机成孔，运用粉体喷射搅拌法原理，用压缩气体将水泥输送到桩头，并以雾状喷入加固地基的土层中，并借钻头的叶片旋转加以搅拌，使其充分的混合，形成水泥土桩体，与原地基构成复合地基，以提高软基承载力，减少沉降从而达到加固软弱地基的目的。
水泥粉喷桩的施工机械设备主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和动力设备（发电机组）等。
2.1 钻机
钻机是粉体喷射搅拌法施工的主要机械，它必须满足：动力大、扭矩大和符合大直径钻头成桩要求，钻头直径一般与水泥粉喷桩的直径相同；具有正向钻进，反向提升的功能；具有反转提升时能均匀提升、均匀搅拌、匀速喷粉等功能。
本例钻机由武汉工程机械研究所制造的的PH-5A型钻机，采用液压蛙步移动，液压调平，有钻进深度计和电流电压检测表，它能很方便地控制粉喷桩的施工质量，包括入土深度、地层阻力、压缩空气压力及其流量等。
2.2 粉体发送器
粉体发送器是定时发送粉体材料的设备，它是粉体喷射搅拌法加固施工机械中的关键设备，其工作原理为：由空气压缩机送来的压缩空气，通过节流阀调节风量大小，压缩空气进入“气水分离器”使压缩空气中气水分离，然后“干风”送到粉体发送器喉管与“转鼓”里输出的粉体混合，成为气粉混合体，进入钻机的旋转龙头，经空心钻杆由钻头喷出，使水泥粉经钻叶与软土拌合。
粉体的定量输出，由转鼓转速控制。施工时根据配合比确定掺入比和钻头提升速度及钻机的速度，并选定合适的粉体发送量（确定转鼓转速）。
每根桩水泥总量喷入多少，由灰罐电子秤控制。粉喷过程中认真做好粉量记录，确保掺入量符合设计要求，一般掺入量采用15%～16%。
2.3 空气压缩机
粉喷桩水泥的喷出，是以空气压缩机作为风源。空气压缩机的选定主要由加固工程的地质条件及加固深度所决定，但平常采用的空气压缩机压力不大，为0.2～0.4MPa，其风量也不宜太大，一般为1.6～2.0m3。
2.4 搅拌钻头
粉体喷射搅拌法借钻头叶片的搅拌作用将使灰粉与软土混合，因此，搅拌钻头的形状直接影响灰、土的搅拌效果。搅拌钻头的形状要保证在反向旋转提升时，对桩中土体有压密作用，而不是将灰、土向地面翻升而降低桩体质量。
2.5 计量装置及动力设备
计量装置在粉喷桩施工过程中起到质量监测的作用，施工前必须标定，施工过程中要有专人监控记录。施工过程中监测一般包括深度计、电子秤、各种压力表、电压表读数等。电压表、电流表主要反映钻头钻进过程中的受力情况，从中可判别经过土层的情况。
一般为75kW的发电机组即可满足动力设备要求，也可使用市电。动力设备与桩机为一一配置。
3 施工工艺及质量控制
3.1 施工顺序及施工工艺
水泥粉喷桩的主要施工顺序为：施工准备→放线定桩位→钻桩就位→钻装孔至设计深度→边搅拌、喷粉，边提升钻杆→至桩顶以上50cm停止搅拌、喷粉→全程或局部复搅（复喷）一次，提升至地面→移至下一桩位继续施工。
3.2 施工质量控制
3.2.1 施工准备。施工准备主要是进场道路准备、施工作业面准备和备料准备。
3.2.2 工艺性试桩。粉喷桩正式施工前要先施工3～6桩进行工艺性试桩，以确定：要穿过软土层的实际深度；了解各软土的阻力，以确定钻进及提升速度和喷粉量。在实际工作中根据其抽芯质量情况发现，对含水量较大的软土，提升速度要慢，风量要大才能保证成桩质量；对砂层、特别是粗砂层，提升速度应较淤泥层快，风量应较淤泥层的小。
3.2.3 各主要工序的质量控制要点：
桩机就位：根据设计，确定加固放置机体位置的基础（即加垫砂层），使搅拌桩机机轴保持垂直，以防桩打斜，影响桩基承载力。
下钻：启动搅拌桩机，钻头边旋转边钻进。为不致于堵塞喷射口，此时并不喷射加固材料，而是喷射压缩空气，可使钻进顺利，减小负载扭矩。随着钻进，准备被加固的土体在原位受到搅动。
提升钻头并反转：在提升过程喷粉搅拌，通过粉体发送器将水泥粉喷射入搅拌的土体中，使土体和水泥沿深度方向充分拌和。要根据地质情况，决定提升速度，以得到较均匀的水泥土桩，提升速度应根据试桩参数确定。
提升速度：当钻头提升到距地面30～50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，成桩结束。这时由于装置的回路是封闭的，粉体不会向空中喷射和飞散。在向土体喷射过程中的最后阶段，在搅拌钻头距地面30cm处停止喷粉，粉粒不会溢出地面。一般在设计桩桩长作为破除桩头用。 复拌：停止喷粉，钻头边搅拌边钻进，直至设计深度的1/3处，再边提升边反向旋转，使土体和粉体充分拌和，土体被充分粉碎，水泥粉被均匀分散在桩土中，复拌的深度一般为设计桩长的1/3，复拌是保证成桩均匀和提高桩体强度的有效措施。
4 质量标准
4.1 施工前应检查水泥及外掺剂的质量、桩位、搅拌机工作性能及各种计量设备完好程度并定期标定。
4.2 水泥粉喷桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持全程的施工监理，施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定，检查重点是：水泥喷入量、搅拌桩的长度及标高，搅拌头转速和提升速度，复搅次数和复搅深度等。
4.3 粉喷桩成桩7d内，可用轻型动力触探检查每米桩身的均匀性和判断桩身强度，检验数量为施工总桩数的2%，贯入桩体深度不少于1.0m且每贯入100mm的N10≥30时，可以停止贯入。
4.4 施工结束后，应检查桩体强度，桩体直径及地基承载力。进行强度检验时，对承重粉喷桩应取90d以后的试件，试件可钻孔取芯或按其他规定方法取样。
4.5 成桩7d后，可采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，检查数量为总桩数的5%。对相邻桩搭接要求严格的工程，应在成桩15d后选取数根桩进行开挖，检查搭接情况。
4.6 基槽开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合设计要求，应采用有效的补救措施。
5 结束语
用粉喷桩加固软土地基，形成了复合地基，明显提高了软土地基强度，可加快路基填土速率，铺筑路面后的沉降量能得到有效控制，保证了工程质量。由于粉喷桩软土处理施工方便，速度快，效果好，对环境影响小，与其他类型桩基相比较具有造价低等优点，受到了广泛好评。
