周建偉 張建國 張文利 李鳳軍 陳文鵬

黃河灘區(qū)工程建設中粉噴樁地基的設計施工及檢測

周建偉 張建國 張文利 李鳳軍 陳文鵬

（黃河水利委員會山東水文水資源局 山東濟南 250100）

粉噴樁地基是高層建筑中一種新型的地基處理方法，它是一種柔性水泥土柱樁，利用樁與樁周土共同作用的結果而形成復合地基。特別適用于淤泥質粘性土，淤泥、粘性土、砂性土和充填土軟土地基的加固。在設計、施工和檢測時，不僅要充分考慮到樁體自身，而且要對其樁周土作巖土工程綜合性評價。同時，對于完工后的樁基要作動態(tài)檢測和靜載檢測，保證樁基的完整性，確保不發(fā)生斷樁，保證單樁承載力的設計數(shù)值。本文主要總結黃河灘區(qū)工程建設中粉噴樁地基技術及施工要求。

粉噴樁地基 技術施工 檢測

1 技術設計

在設計中，根據《巖土工程勘察規(guī)范》、《建筑地基設計規(guī)范》和《建筑抗震設計規(guī)范》要求，在建筑場區(qū)內要布置適當數(shù)量的鉆探孔，孔深根據地質條件確定，鉆探孔要包括技術孔和一般地質孔。并采取原狀土樣，進行標準貫入試驗。然后確定樁基設計中的有關數(shù)據。

1.1巖土工程評價的內容

（1）區(qū)域氣候

區(qū)域氣候是了解建筑區(qū)情況的基礎，必須掌握年平均氣溫，年平均無霜期，結冰期長短，年平均降雨量。年平均日照時數(shù)，相對濕度，最大凍土深度，最大日降雨量，最大雪壓。區(qū)域內全年各風向頻率。區(qū)域主導風向，全年平均風速，最大風速，最大瞬時風速，最大風壓，最大瞬時風壓等項目。

（2）地形、地貌及地下水

建筑區(qū)域的地形、地貌及地下水是樁基施工關鍵因素，要現(xiàn)場勘探區(qū)域內的地下水埋藏情況，掌握地下水的主要補給來源和主要排泄方式。

（3）地層及物理力學性質

對于勘測區(qū)域內的地基土要分析逐層其物理力學性質，了解各層的厚度，土質顏色，含水情況，土質的疏密程度，土層中所含礦物質等。

（4）土層液化判定23

土層液化的判定主要分兩步進行。第一步是初步判定，判斷依據主要是根據地基土的物理力學性質和氣候情況及實踐經驗判斷；第二步采取貫入試驗判斷。這是一個準確驗證飽和粉土的液化的方法，主要采用標準貫入試驗法進行驗證（N63.5< Ncr）。驗證依據的公式為：

式中：

N63.5——飽和土標準貫入錘擊數(shù)實測值（未經桿長修正）；

Ncr——液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值；

N0——液化判別標準貫入錘擊基準值；

ds——飽和土標準貫入點深度（米）；

pc——粘粒含量百分率，當小于3或為砂土采用3。

（5）巖土工程的綜合性評價

巖土工程的綜合性評價主要是確定巖土各層土地基承載力標準值fK、側壁磨阻力標準值qai、端阻力標準值qp，為設計單樁承載力提供數(shù)據。

1.2單樁承載力的確定

設計中最為關鍵的一個因素是單樁承載力的確定。一般采取下列兩式中的最小值。

式中：

R —單樁容許承載力，KN；

fcu—與樁身水泥土配方相同的室內水泥試塊，在標準養(yǎng)護下，90天齡期的無側限抗壓強度平均值，KPa;

Ap—樁的截面積；

η —樁身強度折減系數(shù)；

包含ENCRYPT.H，將ENCRYPT.LIB加入PROJECT。ENCRYPT.DLL接口說明如下。

UP—樁的周長，m;

qai—樁周第i層土的容許摩擦力，KPa;

Li—樁周第i層土的厚度，m；

其中，在一些系數(shù)的取值則應根據實際情況和經驗確定。一般η取值為0.35～0.40；fcu原則上由試驗確定，一般取值為1200～1500 KPa；水泥摻量10%～15%，單樁承載力為120～160 KN（樁徑φ=600mm左右）。

2 樁基的布設及施工

2.1樁基布設

根據巖土工程的綜合性評價，依據粉噴樁地基的技術設計要求，對建筑范圍內的地基樁進行布設，該項工作應由設計部門完成。

2.2樁基施工

根據粉噴樁傳遞荷載規(guī)律，設計上均要求樁身上部（3～5）D范圍內復攪、復噴（增加噴灰量1.5%左右），以加強樁身上部強度。樁身強度要與樁土間摩擦力及樁端承載力相匹配，根據研究成果認為可選用樁端土承載力（α·qp·Ap），樁端天然地基土承載力折減系數(shù)α一般取值0.50,但在樁端質量保證措施下，設計時α取值達到0.60，qp為樁端天然地基土的承載力標準值。在施工中應注意以下事項。

在施工過程中，粉噴壓力的大小控制對樁基的質量存在較大影響。對樁基所使用的空氣機的壓力并不需要很高，風量也不宜太大，灰罐壓力應根據噴灰量的要求一般掌握在比風壓高0.02～0.05MPa左右。壓力過低，會因土的阻力導致粉灰出不來；壓力過高，粉灰就會在短距離內全部噴射光，導致水泥超量，從而影響樁體的縱向均勻度，強度忽高忽低。在施工中，當需要調壓時，應將鉆機鉆至發(fā)現(xiàn)問題部位以下，并進行空鉆，然后再調整壓力，等到壓力正常時，方可提升鉆機。這樣做的優(yōu)點是避免斷樁。否則就會出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

（2）水泥質量與樁體強度

水泥是粉噴樁唯一固化材料，它的質量的優(yōu)劣，直接影響樁體的強度。在施工前，一定要對水泥進行質檢，標號要符合國家的標準。施工中，對不同生產日期和不同廠家的水泥一般不能混用；使用水泥前，要使用過濾網，及時清除灰塊、雜物，避免影響施工質量；要注意防雨、防潮、防變質。

（3）噴灰的均勻度與樁體強度

由于土層的密實程度不同對噴灰量有較大影響，因此送灰器的轉速應隨土層的情況作適當調整。在施工中要避免“冒灰”現(xiàn)象發(fā)生，因為發(fā)生“冒灰”的現(xiàn)象，會使樁基上部的含灰量較少，影響樁基強度。解決“冒灰”的辦法是在鉆機提桿時適當?shù)募铀?。另外，對于淺層硬殼層粘土，要攪拌均勻，避免鉆頭帶動粘土柱一起轉動產生同心轉，一旦發(fā)生同心轉，應當慢檔提升鉆桿。在施工時，只要按照設計時要求的復噴、復攪去施工，樁頭的質量就會達到要求。

（4）樁端工藝與樁體強度

由于地質土層的好壞不一致，對于土層的土質較好的部分，為了節(jié)約材料，認為采用短樁可以達到設計時的樁端承載力。但是，在對此樁基進行施工時，除了應復攪、復噴外，鉆頭在到達樁底時，應該在原地旋轉15min左右，以便葉片對土壤壓實及水泥的充分攪拌，并應當在提升鉆桿時，以慢檔提升 0.50～1.00m。

（5）施工機械故障與樁體強度

在施工中，由于施工機械的故障造成斷灰或其他故障時，待重新工作時，應當對停止部分進行復噴，重疊深度應大于500mm。另外，鉆頭應保證干凈進鉆。

3 樁基的檢驗

根據設計技術要求，樁基在主體工程施工前必須進行靜力荷載試驗以確定單樁復合地基承載力標準值和動態(tài)檢測以測定樁身完整性和樁身質量。

3.1動態(tài)檢測

（1）檢驗原理及儀器

因為一般樁長遠大于樁的直徑，因此樁可視為一維彈性桿件。當樁頂作用一脈沖力后，便有應力波沿樁身傳播，在遇到樁阻抗（Z=ρAC）變化時，在變化處將產生反射和投射，通過安裝在樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅鳒y量反射信號的大小和相位。由波動理論分析，當樁身由斷裂、離析、夾泥、縮徑（嵌巖端承樁除外），由于波阻抗變小，反射波和入射波同相位；當樁身由擴徑、擴底，波阻抗變大，反射波和入射波反相位。結合振幅大小、波速高低、反射波到達時間、頻譜、相位等對樁的完整性、缺陷性程度、缺陷位置作出綜合分析。

采用的測試儀器常見的有FEI—C型樁基動力分析儀，該設備是建立在波動原理、聲波檢測技術、土體動力學、最優(yōu)化理論和計算機技術之上，屬于應力波反射法。

（2）檢測的樣本容量及評價

動態(tài)檢測觸探試驗的樣本容量一般要求不少于完成樁的20%。評價標準一般分為完整樁、缺陷樁、報廢樁。

（3）缺陷樁的修復

對于缺陷樁主要存在“樁頂損傷”和“樁頂松散”兩種現(xiàn)象，只要在基樁上剔除缺陷部分后，用C10素混凝土灌至設計標高后即可施工。

3.2靜載試驗

靜載試驗就是檢驗粉噴樁復合地基承載力是否滿足設計要求。檢驗適用的主要設備為鋼梁承力架，0.50m2及1.0m2圓承壓板（承重較大的樁基采用面積較大的承壓板），1000KN油壓千斤頂，25、40MPa精密壓力表，百分表（量程50mm）等儀器設備。壓重物為袋裝砂子。觀測辦法采取逐步增重，用百分表測量地基沉降量。

試驗中對于工程用樁，不宜做破壞性檢驗。對試驗點單樁復合地基荷載檢驗一般均加荷至設計要求單樁復合地基承載力的兩倍即可。

總之，對于這種在建筑上采用的一種新型的復合地基，仍然應當進行不斷探索，為了快速、簡便、全面搞好施工質量，在未有實踐經驗的基礎上，一定要對樁基進行復合地基載荷試驗，特別在無經驗的地區(qū)，要進行動態(tài)檢測和靜載檢測，確保工程質量。在檢測時，要結合設計部門、施工部門、監(jiān)理部門進行全面的綜合評價，對于存在的問題要及時補救，決不可大意。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.023

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23作者簡介：周建偉（1966年—），男，高級工程師。