浅谈粉喷桩施工技术在奥体中心立交土建工程中的应用

洪江生

摘要：随着建筑规模的逐渐增大，建筑施工受到越来越多的因素影响，水泥粉喷桩施工技术主要应用于各类软土地基的施工项目，充分保障了项目整体的施工质量。按照设计方案，为了提高复合地基的承载系数，奥体中心立交土建工程就采用该工艺进行地基加固，取得了良好的效果，并且印证了它是一种经济、可靠的地基加固技术。本文就笔者在该工程中有关水泥粉喷桩施工技术的应用经验.阐述水泥粉喷桩施工技术的概念.并对水泥粉喷桩施工技术的优点和重点进行深入探究.以期为水泥粉喷桩技术的广泛应用起到一定作用。

关键词：水泥粉喷桩；桥梁；成桩原理

一、工程概况

大观路与车陂路系统改造工程——奥体立交土建工程地处广州市大观路上，是进出奥体中心的重要通道，同时也是2010广州亚运会配套重点项目。该项目工程主要包含高架匝道、下沉式道路及下穿隧道。现有道路路基的复合承载力达不到设计要求，按设计方案，需采用水泥粉喷桩施工技术来提高基础持力层的承载力。

二、粉喷桩施工技术的含义

水泥粉喷桩施工技术是对基础持力层软弱地基所使用的一种加固技术。该技术主要将粉体水泥当做固化剂，在利用空气压缩原理的专业机械作用下，将水泥粉体呈雾状形式喷到地基土中，与软土在原处进行强制拌和，通过水泥吸水与周边软土进行物理化学作用，最终达到整体性高、水稳性强和高强度的水泥土桩主体；而放在天然地基土里当做外加的能够提升地基性能的建筑材料，变成复合地基；桩体材料无论在强度还是变形模量上，都比原地基土的指标高，特别是在刚性基础的影响下，桩体和桩周土协作工作复合变形协调原理，地基的强度和变形产生复合作用的结果。

三、水泥粉喷桩承载力公式

承载力计算：fsp，k=mRkd/Ap+B（1-m）fs，k

式中：fsp，k代表复合地基承载力特征值（kpa）；Rkd代表竖向单桩承载力特征值（KN）；Ap代表桩的截面积（m²）；β代表桩间土承载力折减系数；fs，k代表处理后桩间土承载力特征值（kpa），通常根据当地经验值，没有参考时，可依据天然地基承载力特征值。

代入数值：m=0.1 Rkd=77.85 KN Ap=0.2m²

B=0.95fs，k=100kpa

这里面RKd可按以下的二式核算，并取这里面比较小的数值：

Rkld=ηfcu，kApRk2d=Up∑qsl+αApqp

式中：η表示桩身强度折减系数，分为干湿取法；fcu，k指搅拌桩桩身水泥土比例比同室内加固土试验块（边长是70.7mm的立方体或者是边长为50mm的立方体），在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值（kpa）；Up代表桩的周长（m）；qp表示桩端地基土没有修正的承载力特征值（kpa），可依据目前国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的相关规定确定的执行；α为桩端天然地基土的承载力折减系数，其中承载力高时则取低值；qsi代表桩周第1层土的侧阻力特征值。对淤泥可取4～7kpa；对淤泥质土可取6～12kpa；对软塑状态的粘性土可取10～15kpa；对可塑形态的粘性土可取12～18kpa：li代表表示桩长界限内第i层土的厚度（m）；

代入数值：1=0.33fcu，k=120。KpaUp=3.14m

α=0.6 Ap=0.2m2 qp=1 50kpa

土层1：qsl=12.5kpa ll=2m

土层2：qs2=7.5kpal1=4m

土层3：qs3=22.5kpal3=1 m

则Rkld=77.85 KN Rk2d=261.24 KN fsp，k=125.17kpa

根据上述计算可以看出，在桩长大于7米的时候，复合地基的承载能力设计值跟桩土面积置换率有着密切关联。当施工时遇到软土层较深的基础时，左右复合地基承载能力设计值的要素并非桩长，但结合桩在整体稳定中体现的影响，桩端一定要在最危险滑弧面下面2米。因此这次设计水泥土搅拌桩桩端一定要穿透④层淤泥质粉质粘土，进入下一层良好持力层不能低于2倍桩径。

四、水泥粉喷桩技术施工要求

（1）对原材料的要求。本项目施工中采用材料为32.5级普通硅酸盐水泥。本项目所有购买的水泥都要通过抽查检验，要达到规范的要求。另外水泥储存要在防雨、防潮等需求的地方，杜绝使用已经过期、失效的原材料。

（2）按照地基土不一样的特性，其设计原则也应该采取不同的施工方法、数目。

（3）粉喷桩的长度、直径和间距要严格按照设计要求进行。

五、水泥粉喷桩的施工技术与质量控制

（一）施工准备

（1）施工人员的布置，施工场地要有施工项目的负责人、安全人员、设备操作人员、投料人员、记录人员等。

（2）施工前技术资料的准备：粉喷桩设计桩位图，施工现场的工程地质报告，原地面高程数据表，加固深度和停灰面高程还有测量信息等。

（3）三轴搅拌机在工作前，一定要把现场清理平整，除去施工地表的坚硬物品，并做好回填素土的夯实工作，以路基承重荷载能达到50吨吊车和步履式重型桩为标准。

（4）施工机具的具体准备。粉喷桩设备要具备粉喷桩钻机械、粉喷机、空压机与贮灰罐。进行机械组装和试运转。

（5）在进行粉喷桩施13-藝设计时，需要综合设计要求的配合比和实测的各类施工数据，进行试桩决定。试桩7～9根，利用试桩获得施工数据。采用水泥均要求达到施工标准，使用前要检查合格证明，并抽检合格后方可使用。

（6）施工前要先完成桩挤密的实验，桩数7～9根，当发现存在异常时，要对桩距、水泥量等数据进行有效的处理。endprint

（二）试桩

粉喷桩在进入正式施工前还要先完成桩挤密的试验。粉喷桩施工前要对加固土进行室内试验，严格按照设计标准的无侧限抗压强度，根据二十八天龄期的试验结果报告得出合适的掺入比，28天龄期抗压强度为1100KPa到1300KPa。以确定：1）要穿过软土层的实际深度；2）要清楚各种软土的阻力，从而得到施工时的钻进速度。

施工要求：当软土的含水量比较高时，要降低机具的提升速度，加大风量才能确保成桩的质量；当遇到基地是砂层，尤其是粗砂层时，机具的提升速度应比淤泥层快，但是风量要比淤泥层小，如此才能确保成桩的质量。

（三）施工过程中质量控制措施

工程施工过程中的粉喷桩工程具有地下隐蔽性，在整个施工过程中都要加强其质量的控制效果。其中施工人员的技术旁站工作是质量控制的重点，目的是对三个核心施工环节和两个目标（水泥的日用量、日进度）进行有效把控。

（1）桩长要尽可能打入到持力层准确把控粉喷桩打至持力层以上，宜穿过软土层到达高强度的持力层，并且在施工过程中，当进入到持力层大概50CM后，持力层和桩底设计标高常常出现不一致的现象，导致很多施工企业把桩长根据桩底设计标高为基准的问题产生。如何分辨是否进入持力层的方法，可采用由专业钻机下钻到最深处时的速度与电流表的度数来进行判断。

（2）在粉喷桩的质量上做到有效把控，需要严格控制粉体计量。其中与水泥掺量大小和喷粉均匀度的控制有着最为密切的联系，故做好计量粉体成为控制粉喷桩质量的核心环节。现在大部分使用的是钻机深度与电子称重法互相配合的计量方法，这种方法可以从记录数据上折射出钻机的具体内容。在粉体计量控制中要加大对以下两部分的重视力度：

①准确把握钻头的速度是保证喷粉均匀的有效措施。在施工过程中，一般是由施工人员来操控水泥的喷入量，往往会出现一些施工人員为了达到每米喷粉量的具体要求，而拼凑数字，导致喷粉出现不匀的现象，影响使用效果。

②在喷灰开始至钻头产生灰需要有段时间，在钻机钻到桩底后，要预留一段时间再提钻，其中预留时间要根据管道尺寸来决定。在喷灰过程中，通常水泥在管道内的运输速度大概为1米/秒，例如：管道长度为40m，如若钻到桩底后马上提钻，其桩底实际少灰将达到1m左右，进而搅拌使桩底原有的软土层遭到破坏，增加沉降量。

（3）复搅控制水泥与土搅拌均匀度与粉喷桩体强度好坏有着至关重要的作用。通常情况下呈脉冲形状的粉体是钻头喷出的，不进行一定程度的复搅，便会在桩内出现层状粉体，形成层中层的现象，这样即便加入再多的水泥也都无法加强其稳定性。复搅的主要作用是通过搅拌使粉体将土、水有效结合，使桩体更好呈现。在施工过程中要控制好钻机和搅拌叶旋转的速度，将全桩进行充分复搅。从而保证其质量达到最佳。

六、结束语

在该项目工程中的所有水泥粉喷桩，经检测全部合格，均能满足设计要求。水泥粉喷桩技术的成本比较便宜，且施工的时间短，施工方法简单，综合的效益也比较明显，是一种很有效的地基加固技术。施工单位要对水泥粉喷桩施工技术进行深入研究，将其优点充分发挥，提高水泥粉喷桩技术在工程中的广泛应用，如此才能获取更好的经济效益和社会效益，促进我国建筑行业的发展。endprint