浅谈粉体喷射搅拌桩

粉体喷射搅拌桩是利用专用的喷粉搅拌钻机将水泥粉等粉体固化剂喷入软土地基中, 并将软土与固化剂强制搅拌, 利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理和化学反应, 使软土结成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基的一种施工方法。由有粉体喷射搅拌桩具有提高地基承载能力, 节约工程造价和缩短工期优点, 目前在工程建设中得到较为广泛的应用。我们在丰县邵园小区粉喷桩处理软基施工过程中采取了有针对性的质量控制措施, 有力的保证了施工的质量和处理效果, 达到了预期的目的。

1 机械设备及操作人员配置

(1) 50KW以上发电机一台, 向系统提供动力。

(2) 钻机。

钻机是粉体喷射搅拌法施工的主要机械, 它必须满足: (1) 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; (2) 具有正向钻进, 反转提升的功能; (3) 具有反转提升时能匀速提升、均匀搅拌、匀速喷粉等功能; (3) 钻机直径的磨损量不得大于10mm。

(3) 粉体发送器一台, 向钻机提供气粉混合物。

(4) 空气压缩机一台, 作为风源。

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, 平常采用的空气压缩机压力不大一般为:0.3MPa其风量一般为:1.7m3。

(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、电子称、各种压力表、电压表读数等。一般为50k W以上的发电机即可满足动力设备要求。

(6) 钻机工1名——正确操纵搅拌钻机的定位、下钻、提升喷化粉体等工序观察检查机械运转情况和维修保养。

(7) 送灰工1名——负责喷粉机的操作保养, 掌握正确喷粉。

(8) 机械工程师1名——整套机械设备的运转和维修。

2 施工工艺及质量控制

粉喷桩的主要施工顺序为:施工准备→钻机就位→钻进→提升喷粉搅拌→升到设计标高后再复钻→提升复拌→升到设计标高后停机→下一桩循环施工。

(1) 桩基就位: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, 以防打斜桩, 影响桩基承载力。

(2) 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, 减小负载扭距。随着钻进, 准备被加固的土体在原位受到搅动。

(3) 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。在钻体提升时要根据地质情况, 决定提升速度, 以得到较均匀的水泥土桩, 提升速度根据试桩参数确定。

(4) 提升结束: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。一般在设计桩顶预加50cm桩长作为破除桩头用。

(5) 复拌:停止喷粉, 钻头边旋转边钻进, 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, 水泥粉被均匀地分散在桩土中, 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, 施工中应严格按照设计要求复拌以保证质量, 并采取“二喷三搅”的施工工艺。

3 质量标准、检测及验收

(1) 基本要求。

水泥的标号要符合设计要求, 要按成桩试验所确定的技术参数进行施工;严格控制喷粉时间、停粉时间及水泥喷入量, 确保粉喷桩的长度;桩体上部1/3的桩长范围内必须进行2次搅拌, 确保桩体质量;发现喷粉量不足时, 应整桩复打;喷粉中断时复打的重叠孔段应大于1米。

(2) 桩体质量检验及质量分析。

由于粉喷桩施工量大面广, 且是隐蔽工程, 现有粉喷桩施工机具无法自动地、准确地控制粉喷桩施工质量。因此, 如何对粉喷桩施工质量进行检测, 实施粉喷桩施工过程中质量的有效控制, 是软基处理工程没有解决而迫切需要解决的问题, 也是广大工程技术人员一直在探索和研究的问题。

我国检测粉喷桩施工质量常用的检测方法有目测法、截取桩段试压法、轻便触探法、钻孔取芯法、应力波反射法和静载试验法等6种。在目前尚没有公认的有效且经济的粉喷桩质量检测方法的情况下, 建议采用静载试验法是在现场直接通过加载检测单桩及复合地基承载力的方法, 最接近单桩或复合地基在工程实际中的受力状况, 以对粉喷桩质量进行动态控制, 防止用户秋后算帐, 用该法检测的结果最能反映单桩和复合地基的实际承载力。这样可以较好地保证粉喷桩质量在有效的控制之中, 确保粉喷桩处理软基的效果。

为了简要说明质量分析情况:本文以取芯和轻便触探联合检测, 前者为甲方抽检, 频率为2%, 后者为施工单位自检, 频率为5%。从取芯的结果得:原状土为含水量大的软弱淤泥时, 桩体胶结较差, 且为松散可塑到硬塑状, 桩体强度低;若原状土为粗砂层或细砂层时, 桩体胶结好, 强度高;若原状土为粉砂、淤泥质粘土时, 桩体胶结介于二者之间。根据地质性质, 确定提升搅拌速度是控制整桩质量的关键。

由于粉喷桩处理软基, 其最终使复合地基的整体承载力比天然地基提高1.5~2倍, 粉喷桩在软土地基处理中越来越广泛的应用, 因此, 在水泥粉喷桩的施工过程中应注意以下几点。

(1) 施工前应检查水泥及外掺剂的质量、桩位、喷粉设备工作性能及各种计量设备完好程度 (主要是水泥计量装置) 。水泥粉喷桩对水泥压入量要求比较高, 必须在施工机械上配置流量控制仪表, 以保证一定的水泥用量。

(2) 施工中应检查钻头的提升速度、水泥注入量、粉喷桩的长度及标高。

(3) 施工结束后, 应检查桩体强度、桩体直径及地基承载力。桩体强度及地基承载力必须达到设计要求的标准。桩体直径允许偏差为<0.04D。

(4) 进行强度检验时, 水泥粉体喷射搅拌桩检验试件龄期的选择, 应根据桩体的不同用途而确定。

4 结语

粉体喷射搅拌桩处理软土地基与其他软土地基处治方案一样, 是一项复杂的设计、科研工作。这种软土地基处理方法对于加固软粘土特别是淤泥类土, 加固效果较显著, 加固后可很快投入使用, 适应快速施工的要求。但是也存在着许多不足之处, 对于天然含水量大于85%的软土地, 使用此种软土地基其效果并不很理想;一般地段软土地基常含有机质和腐植质, 对于有机质含量较高的软粘土, 用粉喷桩加固后的强度一般较低;目前国内生产的粉喷桩机械处理层最深达17米, 处理效果明显的应在15米以内;若粉喷桩未穿透软土层会造成未处理部分软土层的沉降量增加, 沉降速度变慢。这些都有待于进一步研究和探索, 今后水泥粉喷桩及其复合地基将越来越受到人们的重视, 朝着力求设计合理、方案科学、施工可行、安全可靠的方向发展。

摘要：粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称, 就是利用专用的喷粉搅拌钻机将水泥等粉体固化剂喷入软土地基中, 并将软土与固化剂强制搅拌, 利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应, 使软土结成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基的一种施工方法。

关键词：粉体喷射搅拌桩