【摘要】鐵路工程建設(shè)過程中經(jīng)常會(huì)遇到軟弱地質(zhì)，為達(dá)到設(shè)計(jì)的地基承載力要求，必須采取有針對性的技術(shù)措施進(jìn)行處理。本文通過一工程實(shí)例，介紹了粉噴樁加固鐵路蓋板箱涵軟弱地基的運(yùn)用，在加固機(jī)理、技術(shù)參數(shù)、質(zhì)量與工藝控制等方面加以分析，為類似工程積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】軟弱地基；粉噴樁；地基處理

【中圖號】U21【文獻(xiàn)標(biāo)示碼】A【文章編號】1005-1074(2009)03-0094-01

粉噴樁是粉體噴射深層攪拌樁加固軟土技術(shù)的簡稱，國外定名為DJM工法（Dry Jet Maxing Method）。其原理是通過噴射攪拌機(jī)將粉狀加固料如水泥、石灰粉等，用壓縮空氣噴入地基深部，憑借攪拌機(jī)的回轉(zhuǎn)鉆頭葉片使加固料與原位軟土混合，就地?cái)嚢栊纬删哂姓w性、水穩(wěn)性及一定強(qiáng)度的樁體，樁體中的加固料與軟土產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)，從而使樁體與樁間土一起組成復(fù)合地基，起到加固地基的目的。

2粉噴樁加固機(jī)理

粉噴樁常用固化劑為水泥，水泥含有水硬性粘結(jié)劑中最重要的基礎(chǔ)物質(zhì)，如石灰（CaO）、二氧化硅（SiO₂）、氧化鋁（Al₂O₃）、氧化鐵（Fe₂O₃）等，由于水化反應(yīng)生成鋁酸三鈣（3GaO·Al₂O₃·mH₂O）、硅酸鈣（mCaO·SiO₂·nH₂O）、鐵酸鈣（CaO·Fe₂O₃·nH₂O）等水化物，使水泥逐漸凝結(jié)硬化。由于水泥在水化過程中能與其本身重量1/4的水結(jié)合，因此，在含水量適當(dāng)?shù)耐林袚饺胨嗪?，水泥與土中的水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生凝硬作用，使土的強(qiáng)度提高。水泥既是一種遇水硬化的水硬性材料，又是一種含有凝結(jié)、硬化所必需的各種物質(zhì)的自硬性材料，因此在加固地基時(shí)，必須將水泥與土均勻拌合，并保證有一定數(shù)量的水份，才能使水泥在土粒間起膠結(jié)劑作用。

3工程概況

xx立交排洪蓋板涵是沿線130多座蓋板箱涵中比較大型的一座箱涵，一孔排水，一孔過人，孔徑3.0m，凈高2.5m，采用片石基礎(chǔ)厚1.8m。涵洞一端是開挖山坡形成的半填半挖路基；另一端則是高填土路基，通過軟弱土質(zhì)。涵洞處于兩段不同地質(zhì)條件的路基中間，作為連接點(diǎn)，其沉降將造成路基的不均勻起伏，從而導(dǎo)致線路不平順，行車安全隱患加大。為此，對涵洞的地基要求有所提高，以確保沉降發(fā)生在允許范圍內(nèi)。

4地質(zhì)條件

施工區(qū)域?yàn)橐晦r(nóng)耕地，地質(zhì)勘探顯示地質(zhì)特征為表層有機(jī)腐質(zhì)土，灰黑色，松散狀，厚0.5～1.2m，承載力不到30kPa；之下為淡黃色雜填土，為軟土表層硬殼，厚1.0～3.0m，承載力可達(dá)100kPa；再下層為軟塑～流塑淤泥質(zhì)砂黏土，厚度0～5.5m不等，承載力最大為67kPa；第四層為軟土層底面以下，淡黃色的砂黏土，屬于Ⅱ級普通土，承載力達(dá)150kPa以上。詳見《軟土層分布圖》。

設(shè)計(jì)要求的地基土承載力為150kPa，涵洞基底相對與地面的標(biāo)高為-3.2m，正好處于淤泥質(zhì)砂黏土層，須對地基進(jìn)行加固處理。經(jīng)過對換填法、排水法、粉噴樁等處理措施進(jìn)行對比分析，最終確定采用粉噴樁處理，施工方便，不影響既有路基安全，同時(shí)費(fèi)用也比較低，還具有噪音小的優(yōu)點(diǎn)。

5技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)檢算，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)，采用粉噴樁有效樁長4.5m，初始入土2.3m為空樁段，樁頭預(yù)留1.0m作保護(hù)，鉆筒實(shí)際入土深度為7.8m，保證所有樁伸入軟土層底面以下的砂黏土層。粉噴樁的設(shè)計(jì)樁徑取0.5m，按正方形布置，樁間距1.2m，沿涵洞軸線方向（垂直線路方向）洞口分布4排，每排11根；洞身5排，每排9根，共89根，每根有效長度4.5m，總有效樁長為4.5×89＝400.5m，每根樁虛樁長2.3m。主要材料采用425普通硅酸鹽水泥，摻入量經(jīng)試驗(yàn)后確定為12％～15％。

6施工工藝方法

粉噴樁的施工順序分六個(gè)步驟（《粉噴樁施工順序圖》），依次為對位→鉆孔→初噴攪→復(fù)鉆→復(fù)噴攪→移位。

施工機(jī)械采用PJ-15型噴射式深層攪拌樁機(jī)，由鉆機(jī)、粉噴機(jī)、空壓機(jī)三個(gè)部分組成。PJ-15型樁機(jī)高8.15m，最大可鉆深22m，鉆頭可配300～1000mm各種直徑尺寸的攪拌鉆頭。鉆進(jìn)速度和提升速度一般都為每分鐘0.5m左右，攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度則為每分鐘30轉(zhuǎn)，空氣壓力調(diào)到0.4MPa，氣體流量設(shè)置為0.5L/S。

施工時(shí)，在施工場地清理平整的條件下，先調(diào)整好樁機(jī)位置，鉆頭對準(zhǔn)樁位，并檢查鉆桿垂直度后標(biāo)識機(jī)身高度，同時(shí)準(zhǔn)備好粉噴機(jī)儲(chǔ)備量等各機(jī)械部位狀態(tài)，即可開始施鉆。正常每根樁控制在15分鐘左右就可以鉆到設(shè)計(jì)深度7.8m。在碰到硬殼層鉆進(jìn)困難時(shí)適當(dāng)調(diào)高鉆速，注意漸進(jìn)式提高，以5轉(zhuǎn)作為增加的階梯，直到通過鉆層為止。

噴入水泥粉，邊噴邊轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片攪動(dòng)原位土，使之與噴入的水泥粉拌和起來。在成樁過程中，記錄下實(shí)際提升速度和噴粉量，以備成樁后核查摻入量是否符合設(shè)計(jì)要求、檢查是哪個(gè)深度范圍內(nèi)噴粉量不足，需要進(jìn)行針對性的搭接補(bǔ)噴。為了確保樁身攪拌均勻和噴粉量充足，保證樁體強(qiáng)度和施工質(zhì)量，施工時(shí)都需復(fù)攪。

7質(zhì)量控制要素

粉噴樁成品具有隱蔽性，影響其施工質(zhì)量的因素比較多，要使粉噴樁加固軟土地基效果明顯，除了地質(zhì)勘探、技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)之外，鉆機(jī)攪拌頭形式和工藝控制措施也都是非常關(guān)鍵的影響因素。

鉆頭形式主要反映在不同的葉片和不同的噴孔組合上。葉片有單層和多層之分，有的鉆頭除了主葉片，還增加了兩組副葉片。在鉆速相同的情況下，攪拌葉片越多，攪拌的效果當(dāng)然就會(huì)越好；在選用葉片較少的鉆頭情況下，也可以通過提高鉆速來增強(qiáng)攪拌效果。噴孔的位置也有區(qū)別，有的位于葉片上，有的位于中心軸上，兩種噴孔位置會(huì)影響到加固料沿樁體橫截面方向的噴射效果不一樣。簡單來說，葉片上的噴孔噴射狀態(tài)呈外密中蔬現(xiàn)象，而且樁身孔徑越大，中空現(xiàn)象越明顯，同時(shí)噴孔也比較容易堵塞，這種噴孔需要采用顆粒極小的水泥作為加固料。中心軸上的噴孔在高強(qiáng)氣壓作用下使加固料分布比較均勻，而且適用于顆粒較大的粉煤灰加固料。選用鉆頭以地理地質(zhì)條件為主，同時(shí)也考慮電力、技術(shù)、原料和經(jīng)濟(jì)等條件。

施工工藝方面的控制主要表現(xiàn)在粉噴量、風(fēng)壓、風(fēng)量和鉆進(jìn)提升速度控制上。粉噴量應(yīng)按照設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其不能小于設(shè)計(jì)值。粉噴量與風(fēng)壓和風(fēng)量密切相關(guān)，所以在施工中控制好風(fēng)壓風(fēng)量顯得相當(dāng)重要，而風(fēng)壓、風(fēng)量又取決于鉆進(jìn)深度、鉆頭形式以及鉆桿提升速度。風(fēng)壓風(fēng)量過小、提升速度過慢，會(huì)造成噴粉困難，噴孔容易堵塞；風(fēng)壓風(fēng)量過大、提升速度過快，又容易導(dǎo)致水泥分布不均勻，樁身質(zhì)量沒有保障。在噴粉過程中，應(yīng)隨著深度變化，逐漸調(diào)節(jié)風(fēng)壓、風(fēng)量及提升速度，使粉噴量基本處于一個(gè)恒值。

8檢測與評價(jià)

施工完成后，經(jīng)過一定時(shí)間的凝固期，在開挖基礎(chǔ)時(shí)，可進(jìn)行外觀檢查，評價(jià)樁身水泥土的均勻性和密實(shí)度、樁的直徑和垂直度。但由于粉噴樁的隱蔽性，即使開挖檢查也只是看到樁頭部分，不能反映出整個(gè)樁體的質(zhì)量，主要還是對隱蔽的樁身進(jìn)行檢測。常用的檢測方法有靜載試驗(yàn)、壓樁頭試驗(yàn)和鉆探取芯試驗(yàn)等幾種。本工程采用了鉆探取芯試驗(yàn)手段，結(jié)果表明樁體強(qiáng)度雖然隨深度增加而逐漸下降，但其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度仍能達(dá)到450kPa以上，復(fù)合地基的整體效果良好，滿足鐵路蓋板箱涵地基承載力的設(shè)計(jì)要求。工后一年的地基沉降量僅為7mm，表明粉噴樁加固措施的成功運(yùn)用。

影響粉噴樁加固軟土地基施工質(zhì)量的因素很多，從機(jī)械、工藝、參數(shù)、檢測等方面加以控制，以保證加固質(zhì)量是關(guān)鍵。在我國土木工程建設(shè)中，對軟基處理的方法已經(jīng)有很多，但由于鐵路工程的專業(yè)特殊性，其在粉噴樁的采用上仍不多見，本文對粉噴樁的加固機(jī)理、技術(shù)參數(shù)、質(zhì)量與工藝控制等方面的分析，可為類似工程提供一定參考價(jià)值的借鑒。