□王富強(qiáng) □仵秋菊 □郭小軍（周口市水利勘測設(shè)計(jì)院）

一、前言

粉體噴射攪拌是在軟弱地基內(nèi)輸入粉粒體加固材料（水泥粉或干石灰粉），通過攪拌機(jī)械的旋轉(zhuǎn)攪拌使噴入軟土中的粉體與軟土充分拌合在一起，形成抗壓強(qiáng)度比天然土高得多并具整體性、水穩(wěn)性的樁柱體。由于粉體噴射攪拌法采用粉體作固化劑，不再向地基中注入附加水分，反而能充分吸收周圍軟土中的水，對(duì)含水量高的軟土加固效果尤為顯著，較其它方法輸入的固化劑要少得多，不會(huì)出現(xiàn)地表隆起現(xiàn)象。而且該方法在施工過程中無振動(dòng)、無污染，對(duì)周圍環(huán)境和建筑物無不良影響。因此，目前已被廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)踐。

二、粉體噴射攪拌法加固機(jī)理

粉體噴射攪拌常用的固化劑有水泥粉體、生石灰和消石灰，也有的摻入粉煤灰、石膏等外加劑。粉體固化劑與原位土攪拌混合后，使地基土和固化劑發(fā)生一系列反應(yīng)形成穩(wěn)定的石灰土（或水泥土）。用水泥粉體作固化劑加固軟土地基，其水化反應(yīng)放熱直接在地基中，使水分蒸發(fā)和吸收水分能力更強(qiáng)。

現(xiàn)以淮陽中學(xué)學(xué)生公寓樓為例，介紹粉噴樁在軟土地基加固中的應(yīng)用。

（一）工程概況

淮陽中學(xué)學(xué)生公寓樓位于淮陽縣北關(guān)淮陽中學(xué)校園西南側(cè)，淮陽縣農(nóng)機(jī)廠西側(cè)，樓高6層，樓長70.00m，寬15.00m，底層面積1050.00m2，磚混結(jié)構(gòu)。場地處于黃淮河沖積平原，主要地層為新近沉積土，土質(zhì)松軟，地基承載力較低，采用粉噴樁進(jìn)行地基加固。工程于2009年10月8日開工，至10月29日竣工，歷時(shí)21d，共打設(shè)粉噴樁926根，樁徑500mm，樁長8.00m，有效樁長7.50m。完成單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)2組。

（二）工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，地基土主要由第四系全新統(tǒng)沖積成因的粉土、粉質(zhì)粘土、粘土及粉細(xì)砂組成。上部1～5層為新近沉積土，土的結(jié)構(gòu)性差，強(qiáng)度偏低，特別是第2層粘土層，含水量高，干密度小，孔隙比大，壓縮模量高，系地基中的軟弱土層。勘探期間地下水埋深4.35～4.80m。地下水對(duì)水泥固結(jié)土無結(jié)晶性侵蝕，無分解性復(fù)合侵蝕。加固范圍內(nèi)各土層主要物理力學(xué)性能指標(biāo)見下表：

加固土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

（三）設(shè)計(jì)計(jì)算

粉噴樁直徑為φ500mm，有效樁長7.50m，樁端位于第6層粉質(zhì)粘土內(nèi)，其下為粉細(xì)砂。根據(jù)配方試驗(yàn)資料，每延米樁噴入水泥量為50kg，水泥摻入量為15%，樁頂以下2.50m進(jìn)行復(fù)攪，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值≮155kPa。

（四）施工方法

由于樁體比較規(guī)則，為了保證質(zhì)量和工期，施工采用電腦監(jiān)控行走靈活的PH—5B型打樁機(jī)及配套設(shè)施，固化劑使用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，由于該場地地下水位埋深4.80m左右，上部土質(zhì)較為干燥，不利于粉噴樁樁體的固結(jié)，因此在施工后采用灌水的辦法，對(duì)每根樁均采用澆水養(yǎng)護(hù)法，確保了工程質(zhì)量。

1.施工工藝

（1）樁機(jī)就位。根據(jù)樁位平面布置圖布樁并編號(hào)，攪拌鉆機(jī)根據(jù)施工流水安排對(duì)準(zhǔn)樁位。本工程測量定位根據(jù)建筑公司提供的建筑軸線，采用50m鋼尺，先放線定樁位，然后對(duì)照?qǐng)D紙復(fù)核，保證孔位的偏差、垂直度偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，成孔偏差＜50mm。

（2）下鉆、預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)深度。啟動(dòng)攪拌鉆機(jī)，鉆進(jìn)0.50m后開動(dòng)空壓機(jī)噴射壓縮空氣，同時(shí)借助壓縮空氣減少負(fù)載扭矩，使鉆進(jìn)順利。隨著鉆進(jìn)，被加固的土體在原位被攪動(dòng)切碎，鉆到加固深度后停鉆。

（3）提升噴粉攪拌。鉆機(jī)鉆到加固深度后，原位反向旋轉(zhuǎn)，啟動(dòng)水泥發(fā)送裝置，等水泥料送出后，再開始提升。為使土體和水泥進(jìn)行充分拌合并滿足設(shè)計(jì)噴粉量的要求，以確保粉噴樁體的質(zhì)量，鉆機(jī)提升速度和水泥發(fā)送裝置的轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格按照工藝設(shè)計(jì)的要求控制。

（4）按設(shè)計(jì)要求重復(fù)下沉復(fù)攪。為保證粉體攪拌均勻，須再次將攪拌頭下沉到設(shè)計(jì)深度，提升重復(fù)攪拌，如果電腦顯示噴粉量不足，可補(bǔ)充噴粉，以保證質(zhì)量。

（5）成樁移孔。清洗管路中殘存的水泥漿，并對(duì)樁位進(jìn)行嚴(yán)格復(fù)核、核準(zhǔn)、核實(shí)，確保不漏樁、不錯(cuò)樁，然后將樁機(jī)移至另一樁位，施工另一根樁。

2.施工質(zhì)量控制

地基加固是一項(xiàng)隱蔽工程，地基加固得好壞直接影響到建筑物的安全與使用，因此每道工序，每個(gè)操作員都應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，嚴(yán)格控制好加固材料本身的質(zhì)量和噴入數(shù)量，保證攪拌均勻，嚴(yán)格按圖施工。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采取下列措施：

（1）為保證工程質(zhì)量，應(yīng)采用3級(jí)管理制度，也就是公司、工程隊(duì)、班組進(jìn)行層層落實(shí)的方法。

（2）為避免地下掩埋的殘留地基及其它障礙物對(duì)下鉆的影響，應(yīng)采用鋼釬下探，并及時(shí)排除障礙物。

（3）下鉆預(yù)攪，將軟土在原位盡量切碎，以利于同水泥粉均勻攪拌。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，含水量愈低，則應(yīng)降低鉆進(jìn)速度。施工中如發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)有不正?，F(xiàn)象，應(yīng)立即停鉆檢查，必要時(shí)重打。

（4）嚴(yán)格控制水泥材料質(zhì)量，水泥進(jìn)場必須有出廠合格證，而且要由甲、乙雙方共同抽樣進(jìn)行復(fù)檢，合格后才能使用。

（5）嚴(yán)格控制噴粉質(zhì)量。施工時(shí)要有專人負(fù)責(zé)樁記錄，詳細(xì)記錄每根樁的位置、編號(hào)、噴粉量等。制樁發(fā)送水泥加固材料時(shí)，不允許發(fā)生斷灰現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)停止提升，原地?cái)嚢杓皶r(shí)查明原因，若由于罐內(nèi)粉體已噴完或容器管道漏氣所致，應(yīng)將鉆具下沉到一定深度，盡可能不停止送風(fēng)。在保證水泥質(zhì)量的前提下，應(yīng)嚴(yán)格控制噴粉量和提升速度。每根樁平均水泥噴入量與設(shè)計(jì)值的誤差不得＞7%?；夜拗械臍鈮阂裙艿纼?nèi)氣壓高0.03～0.05MPa，以保證正常送粉。嚴(yán)防水分進(jìn)入鉆機(jī)而堵塞送粉通道，應(yīng)及時(shí)放掉水氣分離器內(nèi)的水。為保證樁間強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，噴粉攪拌要高于樁頭0.30～0.50m，并在樁頭重復(fù)增加攪拌1次。

（五）質(zhì)量檢測

1.樁體輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)在成樁后3d進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的1%，且≮3根，其N10＞50擊，加固效果明顯，滿足了設(shè)計(jì)要求。

2.樁體外觀檢查

為了檢驗(yàn)施工質(zhì)量和軟土層的固結(jié)程度，在現(xiàn)場挖出了一根樁體，其外觀連續(xù)整齊，在土質(zhì)比較疏松的粘土部位，樁柱直徑較大，達(dá)到φ540mm。

3.復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

為檢驗(yàn)加固效果，采用慢速維持荷載法分級(jí)加載，主次梁系統(tǒng)組成壓重平臺(tái)提供反力裝置，平臺(tái)上堆置砂袋作為試驗(yàn)荷載，壓重在試驗(yàn)前1次加上，采用DSD0.8/4高壓油泵通過事先經(jīng)過嚴(yán)格校核的1000kN千斤頂施加于承壓板上。用調(diào)頻式位移傳感器對(duì)下沉量進(jìn)行監(jiān)控，全部裝置通過RS—JYB靜載分析系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

本次試驗(yàn)的二組工程樁根據(jù)規(guī)范要求，各組試樁在最大試驗(yàn)荷載及以前荷載作用下的沉降量均不太大，且沉降穩(wěn)定較快，Q—S曲線，S—lgQ曲線均未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，屬緩變曲線，S—lgt曲線無明顯下彎，且每級(jí)變化均勻，表明復(fù)合地基在試驗(yàn)荷載作用下無破壞跡象，其承載力滿足設(shè)計(jì)要求。取s/b=0.005所對(duì)應(yīng)的荷載為粉噴樁及其復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，較低的一組＞165kPa。

4.沉降觀測

在上部結(jié)構(gòu)施工期間，對(duì)該建筑物進(jìn)行了沉降觀測，根據(jù)沉降觀測資料，在結(jié)構(gòu)封頂時(shí)，其沉降≯5cm，少量達(dá)到了6cm左右，沉降較為均勻。

（六）技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果

軟土地區(qū)應(yīng)用粉噴樁具有良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，發(fā)展?jié)摿^大。但由于其應(yīng)用尚處于開發(fā)階段，當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)資料均有限，因此需進(jìn)一步開展試驗(yàn)研究及工程實(shí)踐。

粉體噴射攪拌法（干法）由深層攪拌法（濕法）改進(jìn)來的。在原地基承載力較高時(shí)，濕法施工比干法施工攪拌可能性大，且攪拌效果更理想，若采用干法施工，攪拌后形成的水泥土均勻性相對(duì)較差。另外，當(dāng)天然地基土的含水量較低時(shí)，滿足不了水泥水解水化反應(yīng)的水量要求，從而達(dá)不到理想的結(jié)果。

三、粉體噴射攪拌法的特點(diǎn)

粉體噴射攪拌法施工使用的機(jī)械和配套的設(shè)備有單攪拌軸和雙攪拌軸的2種機(jī)型，二者施工工藝相似，都是利用壓縮空氣通過固化材料供給機(jī)的特殊裝置，攜帶著粉體固化材料，經(jīng)過高壓軟管和攪拌軸輸送到攪拌葉片的噴嘴噴出。借助攪拌葉片旋轉(zhuǎn)，在葉片背面的噴嘴將壓縮空氣連同粉體固化材料一起噴出。噴出的混合氣體在空隙中壓力急劇降低，促使固化材料就地粘附在由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的土中，旋轉(zhuǎn)到半周，另一攪拌葉片把土與粉體固化材料攪拌混合在一起。與此同時(shí)，這只葉片背后的噴嘴將混合氣體噴出，這樣周而復(fù)始地?cái)嚢?、噴射、提升（有的攪拌機(jī)安裝2層攪拌葉片，使土與粉體攪拌混合得更為均勻）。與固化材料分離后的空氣傳遞到攪拌軸的四周，上升到地面釋放掉。如果不讓分離的空氣釋放出將影響減壓效果，因此，攪拌軸外形一般多呈四方、六方或帶棱角形狀。