【摘 要】由于地質(zhì)等因素，粉噴樁施工中經(jīng)常會(huì)遇到沉樁現(xiàn)象的發(fā)生。粉噴樁沉樁影響地基加固質(zhì)量，留下路基質(zhì)量隱患。本文結(jié)合工程實(shí)際，剖析沉樁發(fā)生的原因，提出避免沉樁現(xiàn)象發(fā)生的對(duì)策以及對(duì)已下沉的粉噴樁的補(bǔ)救措施。

【關(guān)鍵詞】粉噴樁 沉樁 分析 處理 對(duì)策

1.前言

水泥粉體噴射攪拌法是用于加固飽和粘土地基的一種新方法。它是利用水泥材料作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和水泥強(qiáng)制攪拌，由水泥和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。水泥粉體噴射攪拌法施工時(shí)，利用特制的粉體噴攪施工機(jī)械，先連續(xù)輸送高壓空氣由上而下攪拌，然后將水泥粉末混合于壓縮空氣氣流中由下而上邊攪邊噴，然后再?gòu)?fù)攪復(fù)噴。水泥粉末從通過(guò)攪拌葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空隙部位噴出，隨著攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)與原位地基土攪拌、混合在一起，而高壓空氣與水泥粉末分離后主要由軸與土的縫隙排出地面。水泥粉噴樁與樁間土共同分擔(dān)上部荷載并協(xié)調(diào)變形，形成復(fù)合地基。由于地質(zhì)等因素的影響，水泥粉噴樁沉樁現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，沉樁有時(shí)達(dá)2m以上。如果處理不當(dāng)，將會(huì)給后續(xù)施工帶來(lái)困難并留下嚴(yán)重隱患。

2.粉噴樁下沉原因分析

2.1沉樁現(xiàn)象及其分類

沉樁現(xiàn)象是指在粉噴樁樁體施工完畢后，由于樁體土在自重作用下體積壓縮、施工擾動(dòng)下密實(shí)度增大、樁周土受樁體土的側(cè)向壓力或管道壓力等作用下產(chǎn)生側(cè)向位移等到原因，在樁體施工完成時(shí)或經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在樁位上出現(xiàn)空洞的現(xiàn)象。根據(jù)發(fā)生的時(shí)間與是否可見(jiàn)，可分為：

（1）即時(shí)性沉樁：粉噴樁樁體施工完成后隨即發(fā)生的沉樁現(xiàn)象；

（2）滯后性沉樁：粉噴樁樁體施工完成一段時(shí)間后才表現(xiàn)出來(lái)的沉樁現(xiàn)象；

（3）顯性沉樁：出現(xiàn)在地表可見(jiàn)的沉樁現(xiàn)象；

（4）隱性沉樁；由于地表有一層較厚的硬殼層，出現(xiàn)在地表以下的不可見(jiàn)的沉樁現(xiàn)象。此種沉樁不易被發(fā)現(xiàn)，具有較大的危害性。

一般情況下，沉樁現(xiàn)象以即時(shí)性、顯性沉樁最為常見(jiàn)。

2.2沉樁原因分析

大量的研究和實(shí)踐表明，軟土具有以下共性：

（1）高壓縮性。軟土的壓縮模量ES<4MPa，大部分壓縮變形發(fā)生在垂直壓力為100KPa左右，作為地基時(shí)的沉降量很大。

（2）具有觸變特征。當(dāng)原狀軟土受到擾動(dòng)（攪拌、擠壓等）以后，結(jié)構(gòu)連接受到破壞，土的強(qiáng)度顯著降低。其靈敏度一般在3～4之間，個(gè)別高達(dá)8～9。

（3）具有明顯的流變性。在荷載的作用下，軟土承受剪應(yīng)力的作用產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并可能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減，并在主固結(jié)沉降完畢之后還可能產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。

由于軟土具有以上特性，粉噴樁施工過(guò)程中，反復(fù)攪拌破壞了土體的結(jié)構(gòu)，原狀土孔隙比降低，孔隙水排出而形成體積缺失，引起樁位土體下沉。同時(shí)由于鉆頭水平向離心力和噴粉氣流兩種因素的影響，擾動(dòng)樁周軟土，使其成流體狀，產(chǎn)生側(cè)向位移引起樁位土體下沉。施工中若施工工藝和施工參數(shù)選擇不當(dāng)，沉樁現(xiàn)象極易發(fā)生。引起沉樁現(xiàn)象的施工因素一般有如下幾個(gè)方面：

（1）噴粉量小，樁底虛松：粉噴樁施工中，地下反壓隨深度增加而加大。一般情況下，樁身下部的地下反壓均較大，而此時(shí)又由于樁機(jī)提升荷載大而不得不采用低速，從而使得地下反壓較大的問(wèn)題變得更為突出。在這種情況下，如果施工技術(shù)水平較低，就會(huì)出現(xiàn)噴粉困難、噴粉量少，樁下部土體在樁體土的自重作用下體積壓縮而出現(xiàn)沉樁現(xiàn)象。

（2）噴粉不均勻，斷樁嚴(yán)重：樁位土體在自重作用下壓縮變形，體積減小而出現(xiàn)沉樁現(xiàn)象。

（3）管道氣流或管道氣壓過(guò)大，致使樁周土體遭受過(guò)大擾動(dòng)：因軟土具有較高的靈敏度和觸變性，在大量氣流的作用下，土體波動(dòng)，強(qiáng)度下降，流變性增強(qiáng)，可壓縮性提高，在樁位土體的側(cè)壓力或氣體壓力等作用下，發(fā)生較大的側(cè)向位移，從而出現(xiàn)沉樁現(xiàn)象。

（4）整樁噴粉量過(guò)少：當(dāng)噴入水泥加固料體積不能補(bǔ)償由于施工擾動(dòng)引起的密實(shí)和鉆頭反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的壓密以及樁周土體側(cè)向位移等到造成的體積減小量時(shí)，即出現(xiàn)沉樁現(xiàn)象。

（5）施工速度過(guò)快：鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)速度過(guò)快，對(duì)樁周土體產(chǎn)生較強(qiáng)的應(yīng)力波，使樁周土體遭受過(guò)大擾動(dòng)，強(qiáng)度下降，流變性增強(qiáng)，可壓縮性提高，在樁位土體的側(cè)壓力或氣體壓力等作用下，發(fā)生較大的側(cè)向位移。同時(shí)，下鉆速度過(guò)快會(huì)直接造成鉆頭下土體的側(cè)向位移和樁底土體的壓縮變形，導(dǎo)致沉樁現(xiàn)象發(fā)生。

（6）施工鉆具選擇不合理：不同形式的鉆頭適用于不同性質(zhì)的軟土。如果鉆頭葉片的軸向傾角過(guò)小，在反轉(zhuǎn)提升的過(guò)程中將對(duì)樁位土體產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的壓密作用；而鉆頭葉片的軸向傾角過(guò)大，則會(huì)使樁位土體在鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生側(cè)向位移。樁體土的過(guò)度壓密和樁周土的側(cè)向位移直接導(dǎo)致沉樁現(xiàn)象的發(fā)生。

在以上各種原因中，樁周土體受樁位土體的側(cè)向壓力作用產(chǎn)生的側(cè)向位移與樁位土體在自重作用下壓縮變形導(dǎo)致的沉樁現(xiàn)象常具有滯后性。如果地表存在較厚的硬殼層，由于其自身密實(shí)性好、內(nèi)摩擦角大，具有較強(qiáng)的承載能力，則沉樁現(xiàn)象將出現(xiàn)在地表以下，造成隱性沉樁。

3.粉噴樁下沉的處理對(duì)策

3.1避免粉噴樁下沉的措施

在高含水量的軟土地區(qū)進(jìn)行粉噴樁施工時(shí)，選擇合理的施工工藝和施工參數(shù)能有效的避免粉噴樁沉樁現(xiàn)象的發(fā)生，一般可從以下幾方面進(jìn)行考慮：

（1）選擇合適的鉆頭形狀：粉噴樁施工中，減小鉆頭葉片軸向傾角，可以降低對(duì)樁周土體的側(cè)向擠壓力，避免因樁周土體側(cè)向位移而引起的樁位土體下沉。但如果鉆頭葉片軸向傾角減小，鉆頭反轉(zhuǎn)提升的過(guò)程中對(duì)樁位土體產(chǎn)生壓密的垂直向力增加，從而增加樁位土體擾動(dòng)引起的下沉量。因此鉆頭葉片軸向傾角存在一個(gè)最優(yōu)值。特殊情況下，對(duì)含水量特別大、塑性指數(shù)高、強(qiáng)度低、壓縮性高、流變性強(qiáng)的厚層淤泥，可采用“十”字形鉆頭。

（2）縮小螺距：不同螺距鉆頭對(duì)樁位土體的壓密作用不同。若鉆頭螺距為50cm，轉(zhuǎn)速為92r/min、螺距進(jìn)尺46m/min、鉆頭進(jìn)尺1.47m/min與轉(zhuǎn)速為28r/min、螺距進(jìn)尺14m/min、鉆頭進(jìn)尺0.45m/min兩組參數(shù)對(duì)樁位土體的壓縮比為32。若將鉆頭螺距改為30cm，則壓縮比減小為19。因此縮小鉆頭螺距，可有效減小樁位土體的壓密性，減少孔隙比的降低，對(duì)高含水量軟土的擠壓應(yīng)力也減小，避免沉樁和減少空洞現(xiàn)象。

（3）調(diào)整粉體含量及加固料配方：對(duì)于含水量高的軟土地基，應(yīng)適當(dāng)增加水泥摻入量、提高采用水泥的標(biāo)號(hào)或摻加其它高吸水性的加固料。增加水泥摻入量、提高采用水泥的標(biāo)號(hào)或摻加其它高吸水性的加固料，能有效的促進(jìn)粉噴樁強(qiáng)度的形成，避免粉噴樁的下沉。

（4）改進(jìn)施工工藝：施工粉噴樁時(shí)，先從路基兩側(cè)邊部施工，在路基坡腳處加密兩排樁然后向路基中部推進(jìn)，減少樁周土體側(cè)向位移。粉噴樁施工過(guò)程中，盡量采用較慢的、勻速的鉆進(jìn)速度，鉆進(jìn)時(shí)的管道壓力應(yīng)盡量小，以不堵塞出氣孔為限，一般控制在200kPa以下較為適宜。在提鉆的同時(shí)應(yīng)保持連續(xù)噴粉，切不可只提鉆不噴粉。噴粉結(jié)束后的復(fù)攪范圍應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大，在全樁范圍內(nèi)進(jìn)行噴粉復(fù)攪。

3.2下沉粉噴樁的處理措施

對(duì)于已下沉的粉噴樁，針對(duì)不同情況，可采取，重新制樁、接樁、回填灰土并夯實(shí)等處理措施。

（1）重新制樁：對(duì)粉噴樁不成形、未形成樁體強(qiáng)度或噴粉量嚴(yán)重不足的粉噴樁，如有可能，則應(yīng)在8小時(shí)之內(nèi)在原位重新施工。對(duì)不能重新施工的粉噴樁，則應(yīng)予以報(bào)廢并進(jìn)行補(bǔ)樁處理，補(bǔ)樁與原樁的距離應(yīng)控制在設(shè)計(jì)樁間距的15%以內(nèi)。

（2）接樁：對(duì)下部樁體完整且樁底高程已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的粉噴樁，可在樁頂下沉空洞內(nèi)回填土，從樁頂5cm范圍內(nèi)開(kāi)始向上施工噴粉，使整個(gè)樁體完整，形成樁體強(qiáng)度。

（3）回填灰土并夯實(shí)：若粉噴樁下沉不深，則可向下沉空洞中填灰土，夯實(shí)形成堅(jiān)硬的頂板。

4.結(jié)束語(yǔ)

地質(zhì)因素是粉噴樁沉樁現(xiàn)象的根本內(nèi)因，對(duì)軟土含水量較大時(shí)，粉噴樁施工時(shí)的攪拌和高壓氣流對(duì)軟土的擾動(dòng)作用明顯，當(dāng)含水量超過(guò)70%時(shí)，粉體攪拌法處理軟土地基是否可行還值得進(jìn)一步去探討。在高含水量軟土粉噴樁處理施工中，若根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，有針對(duì)性地選擇恰當(dāng)?shù)氖┕すに?、施工參?shù)和合適的施工機(jī)具，可以有效避免沉樁現(xiàn)象的發(fā)生，保證軟土地基的處理質(zhì)量。

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