粉噴樁在防洪堤建設工程施工中的應用

關鍵詞：粉噴樁；防洪堤建設工程；應用 

　　所謂的粉噴樁，屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，也叫加固土樁，是采用粉體狀固化劑來進行軟基攪拌處理的方法。隨著我國科學技術的發(fā)展，粉噴樁技術在沿海城市已經(jīng)被廣泛的應用于高層建筑深基坑止水和支護、市政工程、公路工程、工業(yè)與民用建筑等軟土地基加固工程，并逐漸應用到堤壩防滲墻和基礎加固工程中。本文就粉噴樁在防洪堤建設工程施工中的應用進行了探討，并結(jié)合了具體的工程實例對粉噴樁施工的有關方面作了詳細的分析研究，以期能為更好地將粉噴樁應用于防洪堤建設工程施工中而提供參考。 

　　1堤防地質(zhì)危害的基本情況 

　　某防洪堤，屬沖積平原，地質(zhì)情況較為復雜，常見的地質(zhì)分布除粘性土、砂性土、膨脹性土以外，還有大量的各種成因的軟弱土層（海相沉積土、湖相沉積土、河相或三角洲相沉積土），甚至還有淤泥、泥炭土等。當天然地基不能滿足建筑物對地基的要求時，需要對天然地基進行處理，形成人工地基以滿足建筑物對地基的要求。由于施工技術和工程造價方面的原因，傳統(tǒng)的施工方法如挖除置換（人工挖孔樁）、樁基穿越（鉆孔樁、靜壓樁）、人工加固（換土墊層）等措施已不能滿足日益復雜的工程需要，此時最佳的處理方法應是對軟土進行就地加固，最大限度地利用原狀土承載力和其他力學性能。混凝土防洪堤場地內(nèi)土層自上而下為填土、粉質(zhì)粘土、粘土、粉細砂等。該堤段堤身、堤基均由透水性強的土層組成，垂直滲透系數(shù)為（4.85～6.51）×10-3cm/s，水平滲透系數(shù)為4.91×10-7～10-3cm/s，土質(zhì)松散是汛期出現(xiàn)滲漏險情的主要原因。天然堤基土承載力值為75～94kPa，而堤防水工建筑物承載力標準值為110～190kPa，需進行加強處理。 

　　2粉噴樁施工技術的優(yōu)越性 

　　粉噴樁施工技術在軟體基礎加固和堤防防滲工程的實踐證明：采用該技術，設備體積小，機動靈活性強，適應性廣，施工工藝簡單，成樁速度快，施工效率高，工程成本低，防滲效果明顯，工程質(zhì)量可靠。施工時無振動、無污染、無噪音，對周圍環(huán)境及建筑物無不良影響。 

　　3粉噴樁復合地基設計概況 

　　a.根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)情況、土質(zhì)狀況不同，在7m×12m的混凝土防洪墻分縫塊上設計了布樁60根、72根和84根3種方案，樁徑為500mm，樁頂高出建基面50cm，并保證樁頂標高與地面至少有50cm的距離，樁身均要求進入砂礫石層50cm。 

　　b.水泥粉噴樁復合地基加固后，要求復合地基允許承載力不小于170kPa，單樁允許承載力不小于140kN。 

　　c.樁身采用32.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為12%～15%。 

　　d.施工時粉噴樁的垂直偏差度不得超過1.5%，樁徑偏差不得大于5cm。 

　　e.對于試樁達不到承載力要求的特殊地質(zhì)地段，采取加樁處理，形成長短樁復合地基。長短樁均為水泥粉噴樁，長短樁呈梅花狀交錯布置，短樁長度為建基面以下5m，且全程復攪。 

　　4施工工藝及質(zhì)量控制 

　　4.1施工設備 

　　粉體噴射攪拌采用下列施工設備： 

　　a.粉噴樁攪拌機。GPP—5型攪拌機，液壓步履結(jié)構，自行移動對位，鏈條傳動給進，正轉(zhuǎn)鉆進，反轉(zhuǎn)噴粉成樁。此外還有PH—5A型攪拌機等。 

　　b.空氣壓縮機。額定壓力0.7MPa，風量3m3/min，動力13kW。 

　　c.粉體發(fā)生器。YP—I型，容量1.3m3，額定壓力0.6MPa，動力2.6kW。 

　　d.電纜。3×25mm2。 

　　e.壓力膠管。2英寸，額定壓力0.7MPa。 

　　f.鉆桿。114mm×114mm型。 

　　g.鉆頭。雙頭，短螺距，直徑500mm。 

　　h.電焊機。15kW。 

　　4.2施工工藝流程 

　　4.2.1工藝參數(shù) 

　　粉體噴射攪拌法的工藝參數(shù)主要包括提升速度、單位時間噴粉量和噴粉壓力等。一般應根據(jù)試樁結(jié)果，確定各土層和各平面區(qū)域內(nèi)攪拌提升速度和噴灰量等。 

　　4.2.2施工工藝 

　　a.根據(jù)地質(zhì)資料和試樁情況，結(jié)合設計要求，選擇最佳水泥摻入比，確定單位時間內(nèi)的噴粉量。噴粉壓力一般控制在0.25～0.40MPa之間。 

　　b.施工前應準備測放軸線和樁位，并用竹簽或鋼筋做標記。 

　　c.樁機對位，誤差不應大于50mm。調(diào)節(jié)鉆機支腿油缸，使導向架和攪拌軸垂直度偏差度不超過1%。 

　　d.將水泥過篩入罐，用壓縮空氣送至水泥罐稱重。罐內(nèi)水泥量不能小于單樁使用量。 

　　e.關閉粉噴機灰路閥門，打開氣路閥門。 

　　f.開動鉆機，啟動空壓機并緩緩打開氣路閥，對鉆機供氣，鉆機逐漸加速，正轉(zhuǎn)預攪下沉，鉆至接近設計深度時，應用低速慢鉆，鉆機原位轉(zhuǎn)動1～2min。 

　　g.提升噴粉攪拌。確認粉料已噴到孔底時，一般以0.5m/min左右的速度反轉(zhuǎn)提升；當提升到設計�；覙烁吆螅瑧�慢速原地攪拌1～2min。 

　　h.重復攪拌。為保證粉體材料與地基土攪拌均勻，可采用復噴與復攪。 

　　i.當提升噴粉距地面0.5m時，應立即停止噴粉，利用管道內(nèi)余灰量噴入土中，防止粉塵污染環(huán)境。同時要求在孔口加設噴粉防護裝置。 

　　j.原位移動1～2min后，將鉆頭提離地面約0.2m，減壓放氣，打開灰罐上蓋，檢查罐內(nèi)灰余量。 

　　k.當施工過程中出現(xiàn)停噴現(xiàn)象時，必須在停噴以下1.5m處重新噴粉攪拌。 　　l.施工結(jié)束后，樁機移位對孔，施工下一根樁。 

　　4.2.3施工要點 

　　a.施工場地要求平整，并挖除含磚、瓦、碎石等雜物的表面雜土，回填素土。清除地下障礙物，對無法清除的障礙物應探明其準確位置。 

　　b.樁體噴粉要求一氣完成，不得中斷。 

　　c.施工時，為避免鉆機移動和管路過長，施工次序宜先中軸后邊軸、先里排后外排。鉆機移動最長距離不超過50m。 

　　d.施工中應經(jīng)常測量電壓，檢查鉆具、流量計、水氣分離器、送粉閥門、空壓機和膠管灰路工作情況。 

　　e.施工中要注意防止因管內(nèi)水泥結(jié)塊造成堵管，遇堵管時宜拆洗管路或向上提升再打。第二次復打時要保證至少重復1.0m以上，以防止發(fā)生斷樁。 

　　f.設計要求搭接的樁體，必須連續(xù)施工。一般相鄰樁的施工間隔不超過8h。 

　　g.送灰過程中，如發(fā)現(xiàn)壓力突然下降、灰罐加不上壓力等現(xiàn)象，應停止提升，原地攪拌，及時查明原因。如由灰罐內(nèi)水泥粉體已噴完成或容器、管道漏氣所致，應重新加灰重打，并保證1.0m以上的重疊。 

　　h.控制好單樁的噴粉量，每米實際噴粉量與設計要求誤差不超過5kg。 

　　4.2.4施工中常見問題與處理方法 

　　a.噴粉堵塞。應防止水泥受潮，并過篩；操作噴粉閥門，反復開關。 

　　b.樁體疏松。攪拌時可適當注水或改用噴漿法施工，增加噴攪次數(shù)。 

　　c.夾層斷樁。施工中經(jīng)常檢查氣壓，堵塞時應將鉆頭提出并在原位復噴，控制噴粉與提升速度，應先噴1～2min，再提升攪拌。 

　　4.3固化劑 

　　粉噴樁施工采用的固化劑主要是水泥，而水泥本身質(zhì)量、摻入量及水泥品種決定了樁體質(zhì)量的優(yōu)劣。 

　　4.3.1水泥質(zhì)量 

　　水泥質(zhì)量主要體現(xiàn)在水泥強度和安定性兩個方面。安定性不合格水泥構成的水泥土易疏松開裂；強度不夠的水泥構成的水泥土樁體強度達不到設計要求。水泥品種和標號應滿足設計要求，不同品種水泥不得混用。水泥品種、標號及其附加劑的選擇，應先做室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，得出合理參數(shù)后再確定。 

　　4.3.2水泥摻入量 

　　水泥摻入量決定著水泥土強度的高低。從理論上講，水泥土應該和被加固土的樁周摩擦力和樁端承載力相近才經(jīng)濟。應先取被加固土，在室內(nèi)對所選水泥品種進行不同摻入比的水泥土試驗，測試出不同摻入比的抗壓強度及其有關其他指標，選擇較為接近但大于經(jīng)濟摻入比的水泥摻入量，作為設計摻入量。實際應用中摻入比往往大于經(jīng)濟摻入比。實踐表明：水泥摻入量小于12%（按濕土比重計，下同）時，質(zhì)量較差，且強度離散性大；摻入比大于15%則不夠經(jīng)濟。因此，水泥摻入比一般取12%～15%。但對于淤泥及孔隙比較大的軟土則除外。 

　　5水泥粉噴樁復合地基的檢測 

　　質(zhì)量檢測是檢驗采用粉噴樁施工技術后的復合地基是否能達到設計質(zhì)量要求，這是決定能否進行下一道工序施工的一個關鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)工程重要性與復雜程度，可選擇下列1～3種方法進行質(zhì)量檢驗。 

　　5.1抽水試驗 

　　對起防滲作用的粉噴樁基礎來說，一般采用全孔綜合抽水，為多孔完整井穩(wěn)定流抽水試驗，連續(xù)3次降深，降深順序由小到大，定時同步觀測涌水量和降深，求出滲透系數(shù)。 

　　5.2取樣檢驗 

　　檢驗不同齡期水泥土試塊，測定其無側(cè)限抗壓強度。 

　　5.3動測檢測 

　　當攪拌樁達到28天齡期后，宜采用動測方法隨機抽查10%的樁數(shù)，確定是否出現(xiàn)斷裂、蜂窩狀結(jié)構及夾泥等缺陷。 

　　5.4靜載荷試驗 

　　對工程地質(zhì)條件復雜、重點地段或大中型工程基礎，宜采用單樁或多樁復合地基靜載荷試驗及單樁豎向載荷試驗方法。載荷試驗應在28天齡期后進行，檢驗點數(shù)每個場地不得少于3個，如試驗值不符合設計要求，應增加檢驗孔的數(shù)量。混凝土防洪堤2005年度工程分三段進行了檢測，其中，某堤段共進行了4組靜載試驗，丹洲隔堤進行了7組靜載試驗，鹽關段進行了1組檢測，均能滿足設計要求。 

　　5.5開挖檢驗 

　　根據(jù)設計要求，選擇一定數(shù)量的樁體進行開挖，檢查加固柱體的外觀質(zhì)量、搭接質(zhì)量和整體性等，用打擊物沖擊檢查堅實程度，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)搭接不好的情況后及時進行加樁處理。 

　　6工程實施過程中遇到的問題探討 

　　a.由于工程沿線較長，地質(zhì)條件千變?nèi)f化，對于布樁的形式確定，特別是長短樁復合地基實施，完全依靠施工單位技術人員和監(jiān)理工程師的直覺判斷，隨意性較強，對工程質(zhì)量和投資控制較為不利。 

　　b.由于原狀土在各個堤段及各個高程均不一致，又無法每處都做實驗配比，水泥的摻入量無法準確得出，在施工時往往靠經(jīng)驗加以判斷，從整個實施過程來看，水泥浪費較為嚴重。 

　　c.復合地基檢測。由于南方防洪工程受季節(jié)限制，一般每年10月1日以后才能動工，次年的4月1日前防洪堤需合攏，只有短短的5個月施工時間。而樁身檢測強度是以90天齡期為其強度標準值的，該工程靜載試驗一般僅取28天左右齡期強度作為推算90天齡期強度的依據(jù)，且試驗點偏少，導致檢測結(jié)果有一定的偶然性。 

　　d.水泥土攪拌樁復合地基承載力和水泥土攪拌樁單樁承載力的關系。水泥土攪拌樁地基的平均允許承載力經(jīng)驗公式為 

　　[p復合]=m[p樁]+（1-m）[p土] 

　　式中[p復合]——復合地基的平均允許承載力； 

　　m—置換率； 

　　[p樁]—攪拌樁的允許承載力； 

　　[p土]—天然地基土的允許承載力。 

　　根據(jù)以上經(jīng)驗公式，樁的強度將直接影響復合地基的強度，假設樁的強度不斷增加而土的強度依然不變，按照以上公式計算，復合地基的強度也會不斷增加，然而實際情況并非如此。因為粉噴樁屬摩擦樁類，當土的強度不變、而且飽和軟粘土的強度很低時，即使不斷增加樁的強度，總的復合地基強度也不會隨之增加，類似于鋼筋插在漿糊里的情況。只有當天然土的強度也增強時，整個復合地基的強度才會增加，所以樁的強度應和天然土的強度相互匹配。 

　　7結(jié)語 

　　綜上所述，粉噴樁具有施工工藝簡單，機械化程度高，無污染，無噪音，進度快，質(zhì)量好等優(yōu)點，在高層建筑深基坑止水和支護、市政工程、堤防加固工程等各種工程中都得到了應用。當然，在粉噴樁的施工過程中，也要注意控制它的施工質(zhì)量，并采取先進的技術措施加以利用，從而大大節(jié)約工程投資，取得很好的經(jīng)濟效益和社會效益。 

　　參考文獻： 

　　[1] 黃麗香.論某工程防洪堤設計與施工[J].城市建設理論研究.2012（19）. 

　　[2] 許果林.水泥粉噴樁在水利工程地基處理中的應用[J].城市建設理論研究.2012（15）.