粉喷桩处理软土地基的施工工艺及质量控制Word文件下载.doc
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（4）施工工期短，进度快。
经粉喷桩处理的地基，路基填筑时可大大加快填筑速率，基本不需考虑由于填筑过快而导致路基失稳的可能。
（5）保护环境。
在制桩过程中无振动、无噪音、无污染，对附近建筑物无影响。
粉喷桩虽然有许多优点，但在应用上还有一些限制。
①在理论上，粉喷桩群体范围内的压缩变形量较小，根据荷载、桩长、桩身强度、天然地基土强度、置换率、复合地基的变形模量等估算，一般可取2cm～5cm。
而下卧软弱土层压缩变形量的确定，可以假定粉喷桩群体形成一种实体深基础，按双层地基计算该实体深基础底部的附加应力，然后再进行下卧软弱土层压缩变形量的计算。
在附加应力的确定上，有学者指出。
室内试验表明，水泥土的重度比原位土略有增大，增大量在1．2％～3．5％之间，加固桩身对下部未加固部分不会产生过大的附加应力，也不会由于加固桩身附加荷重而引起地基附加沉降。
但有些学者却持相反观点。
目前，不同的软土特征和施工实际情况对附加应力的影响尚待研究。
②相对于国外多种多样、五花八门的粉喷桩施工机械设备而言，国内的机械设备可以说是品种单一、类型雷同，这直接制约了粉喷桩的设计和应用。
比如在桩径的确定上，由于国内的机械设备均只能施工直径为50cm的粉喷桩，因此在设计上也只能按该直径考虑。
又如在桩长的确定上，理论上以穿透软土层为最佳，但国内配套钻杆长度绝大多数都在15m以内、12m左右，因此在应用粉喷桩时，都以下卧软土层的厚度不超过上述长度为选择依据之一，如果下卧软土层的厚度超过上述长度，则一般可以不考虑采用粉喷桩，转而采用其他的软基处理方法如塑料排水板等。
1.2粉喷桩的概念
粉喷桩是粉体喷射桩的简称，就是利用专用的喷粉搅拌钻机将水泥等粉体固化剂喷入软土地基中，并将软土与固化剂强制搅拌，利用软土与固化剂之间所产生的物理化学反应，使软土结成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基的一种施工方法。
1.3粉喷桩的加固机理
当水泥加固软土时，水泥表面的各种矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成的化合物中有些能迅速溶于水中，水泥颗粒表面则重新暴露出来，再与水发生反应，使周围的水溶液达到饱和，新的生成物不能再溶解，形成胶凝体；
当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与周围具有一定活性的黏土颗粒发生离子交换和团粒化作用硬凝反应，形成了水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从宏观上看使水泥土的强度大大提高；
硬凝反应生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度；
碳酸化反应，生成新的化合物，从而提高水泥土的强度，达到提高地基承载力的要求。
1.4粉喷桩适用范围
用于软基的涵洞、挡土墙基础处理，桥头软基处理，可有效地减少基础沉降、桥头跳车现象；
在高路堤软基处理中，一般软土厚度在10m以内，使用粉喷桩打穿淤泥层，效果较好且经济；
对10m以上的深软基，采用以上的方法均难以达到理想的处理效果，在此情况以建桥为宜。
2.粉喷桩的施工与质量检测
2.1施工准备
①粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料：
施工场地的工程地质报告，土工试验报告，室内配比试验报告，粉喷桩设计桩位图，原地面高程数据表，加固深度与停灰面高程以及测量资料等。
②场地平整、清除障碍。
如场地低洼，应回填粘性土；
施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层。
若地表过软，则应采取防止机械失稳措施。
③施工设备准备。
粉喷桩施工设备严禁使用非定型产品或自行改装设备，对粉喷桩设备要严格检验，按招标文件中的《技术规范》和铁道部《粉体喷撑法加固软弱土层技术规范》（TB110113—96）的要求进行标定和工艺性试桩。
进场设备必须配备良好的能显示钻杆钻进时电流变化的电流表、显示管道压力表和计量水泥喷入量、复搅深度的电脑监测记录装置（应能打印每根桩施工中钻头各次下钻深度及提升高度的全过程记录和水泥用量）量器、衡器，且必须经过计量部门的检定。
a.钻机：
钻机是粉喷桩施工的主要成桩机械。
它必须满足以下条件：
①动力大、扭矩大，适合大直径钻头成桩，钻头直径一般为50cm；
②具有正向转进、反转提升的功能；
③提升力大，并能实现匀速提升。
b.喷粉机
喷粉机是定时设置发送粉体材料的设备，它是粉喷搅拌法加固软土地基施工机械中的关键设备。
粉体发送机的工作原理，见下图一
图一：
发送机的工作原理图
注：
1-节流阀；
2-流量计；
3-气水分离器；
4-安全阀；
5-管道压力表；
6-灰罐压力表；
7-发送器转鼓；
8-灰罐
由空气压缩机送来的压缩空气，通过节流阀调节风量的大小，进入“气水分离器”，使压缩空气中的气水分离，然后“干风”到达粉体发送器喉管，与“转鼓”定量输出的粉体材料混合，成为气粉混合体，进入钻机的“旋转龙头”，通过空心钻杆喷入地下。
粉体的定量输出，由控制转鼓的转速来实现。
施工前须按照加固工程的地质条件，通过室内试验，找出最佳粉体掺入量。
根据施工时钻机的提升速度、钻机转速、搅拌钻头的类型，选用合理的粉体发送量。
c.空气压缩机
粉体喷出，是以空气压缩机作为风源。
空压机的选型，主要以加固工程地质条件和加固深度为依据。
粉体喷射搅拌法是以机械强制搅拌，气粉混合体只需克服喷灰口处土及地下水的阻力而喷入土中。
旋喷法则是依靠高压脉冲泵所喷射的高压水来破坏土层。
因此，粉喷桩所用压力不需要很高，空压机的风量也不宜太大。
d.搅拌钻头
粉体喷射搅拌法凭借钻头叶片的搅拌作用使灰粉与软土混合。
因此钻头的形状直接影响灰土搅拌效果。
钻头的形式，应保证在反向旋转提升时，对柱中土体有压实作用，而不是使灰、土向地面翻升，而降低柱体质量。
e.计量装置
该装置用于监测粉喷桩施工中粉体输入量的连续性及均匀性的装置，及时掌握钻机在粉喷过程中，喷入软土层的水泥数量，它能逐段逐层分析粉体的输入量。
通过安装在粉体发送机上调孔装置，使输入量能满足设计要求，并能自动记录及打印。
④粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。
试桩一般为5根，通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。
⑤粉喷桩所用的水泥。
425＃普通硅酸盐水泥，水泥用量因天然含水量而异，按以下方法配比：
W1≤50%，水泥用量50kg/m；
50%＜W1≤70%，水泥用量为55kg/m；
W1＞70%，水泥用量为60kg/m～65kg/m。
应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用，严禁使用受潮、结块变质的加固料。
⑥加固处理的强度，应以无侧限抗压强度衡量，试件养护龄期为7d，28d，90d，要R28≥0.8MPa，R90≥1.2MPa.
2.2施工工艺
2.2.1工艺性试桩
全面施工前应进行工艺性试桩，以确定在此地质条件下，粉喷桩施工设备的成桩工艺及各项技术参数，水泥的初始凝时间、安定性强度登记等施工工艺参数，并根据设计要求通过成桩试验确定每台机组各自的钻进速度、提升速度、拌和速度、单位时间喷浆量、桩长、成桩时间、复搅遍数等，为全面施工提供依据。
2.2.2施工工序
①施工程序为：
放线定桩位→钻机就位→钻桩孔至设计深度→边拌和喷粉边提升钻杆→至桩顶以上50cm拌和、喷粉→全程或局部复搅（复喷）一次（或数次），提杆至地面→移至下一桩位继续施工，见下图二.
钻孔定位
调平
钻进
设计孔深
成桩
设计桩顶
检验用灰量、标号等
转入下一循环
停灰停气
复位
喷粉、搅拌、提升、钻头升至地面下50㎝时停止
送灰机送灰
图二粉喷桩工艺流程图
②施工前，应进行场地平整，参照施工图纸事先整平，再清除地面以下一切障碍物（包括石块、树根和垃圾等），场地低洼地段应先排水清淤后再回填素土（不得回填杂填土）至整平高程。
软泥地段应进行表面处治，保证施工机械施钻时不倾斜，位移时不陷车；
有地表水的地段，要求在桩位空隙间开挖排水沟，开挖尺寸以既能排水，又能保证钻机移位为目的。
桩位放线时，根据可靠的水准点及控制桩，用经纬仪将桩位精确放样，标出每根桩的位置。
粉喷桩平面误差不得超过5cm。
且组装并架立粉喷桩机设备，检查主机各部的连接，喷粉系统各部分安装试调情况及灰罐、管道的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作；
灰罐装满料后，进料口应加盖密封，排除异常情况后方可开始施工。
③在成桩时，先用粉喷桩机在桩位钻孔，至设计要求深度后（钻速为0.5～1m／min），将钻头以≤1m／min的速度边拌和边提升，同时通过粉喷系统将水泥（或石灰粉）通过钻杆端喷嘴定时定量向搅动的土体喷粉，使土体和水泥进行充分拌和混合，形成水泥、水、土混合体。
④桩体喷粉要求一气呵成，不的中断，每根桩宜装一次灰，喷粉深度在钻杆上标线控制，喷粉压力控制在0.5～0.8Mpa。
⑤单位桩长喷粉量是成桩质量的关键，喷粉量随质情况`桩体情况要求而定，一般为45～70kg／m，常用量50kg／m.每施工段工程喷粉量控制应一次大体调定，为避免桩机移动路线过长，喷粉桩施工时宜采用先中轴后边轴，先里排后外排的次序进行，桩机移动最长距离50m为宜。
⑥当钻头提升到地面以下约50cm时，喷粉系统停止向孔内喷射水泥（或石灰粉）。
遇有荷载较大或不正常情况，为避免桩上部受最大部位因气压骤减出现松散层，提高桩体质量，在桩体上部3.5m范围内，宜再钻进提杆复喷（水泥用量为10kg／m）一次，桩体即告完成，复喷桩体强度可达到1.2Mpa左右。
⑦喷粉桩应自然养护14d以上始可挖基坑土方，桩基上部50cm尽可能人工开挖，避免挖土机`推土机在其上行驶或站在桩上挖土，以免将桩头压碎或水平推力作用造成断桩，切割上部桩头是应用人工在周边凿槽，在用锤击破碎。
2.3施工新工艺
①“一搅四喷”改为“两搅四喷”——即第一遍切土下钻时增加一次喷粉（浆），其余工序按原设计。
该法能够充分解决局部掺灰量不足的问题，效果良好
②适当减慢钻进和提升速度（由试桩确定合适的挡位）。
③复搅时适当减小气体流量和管道压力（一般喷灰时管道压力控制在0.25～0.4Mpa之间，为防止钻孔内淤泥向四周挤压形成空洞，复搅时管道压力控制在0.1～0.2Mpa之间，具体参数由试桩决定）。
④确保桩底喷灰量。
考虑送灰管道较长，从开始喷灰灰进入底孔有一个时间差，所以钻进底部后，先喷1～2min，然后再提升钻具。
⑤为了保证桩体的质量，严格要求进行全程复搅。
⑥要求施工单位加强管理和施工现场控制，并采取挖沟抽水、修筑围堰抽水等措施降低施工路段的地下水位（由于高寒水量软土层的埋深普遍较浅，因此降低地下水位就成了保证水泥拌和桩施工质量的重要因素）。
⑦对水泥拌和桩处理路段，为了确保施工质量，要求在制备水泥浆液的时候掺入水泥用量3%～5%的高效减水剂或生石灰，有条件的情况下也可以掺入10%左右的粉煤灰（具体掺入量由室内试验和试桩确定）。
2.4施工注意事项
①为了严格控制水泥粉喷桩长度，要求场地平整，其高差控制在±
5㎝;
并控制（选定）钻杆高度,标注钻进到桩底时地表上肉眼可检查到底钻杆上标记。
②选取水泥和有代表性的软土，按设计要求测定在设计掺灰量下的水泥土无侧限抗压强度符合设计要求后确定施工掺灰量。
③在水泥粉喷桩正式施工之前，对每一工点进行工艺试验，掌握钻进深度，提升速度、喷气压力、下钻和提升的阻力、单位时间喷灰量、复搅工艺等因素对成桩质量特别是桩强度均匀性的影响，通过检测确定其技术参数作为正式施工依据。
工艺试验桩根数一般不少于10根。
④为喷灰量均匀和拌充分，提钻喷灰应用慢挡，钻进和复挡用中速挡。
严格控制喷灰时间和停灰时间，不得中断喷灰，严禁尚未喷灰的情况下进行钻杆提升作业。
如遇停电机械故障等原因，喷灰中断时，必须复钻，复钻重叠孔段应>
1m。
⑤当土层含水量降低时，水泥粉喷桩桩身呈疏松状态，其强度很低。
因此，对较干土层，如硬壳层，施工施工是要适当加水，使其含水量≥45%、且≤60%，以利于桩身均匀和密实，保证桩身的强度。
含水量较大的土层，桩强度会降低，施工中如有发现，要适当增加掺灰量。
⑥考虑到水泥粉喷桩实际成桩直径要比设计直径（50cm）大，在软土层中，实际成桩直径约56cm。
为了保证桩身设计强度，喷灰量应以实际桩直径计算，实际喷灰量不得小于该计算值。
⑦对水泥粉喷桩要进行质量检测，方法有：
a.静力触探；
b.挖坑砍桩做水泥土无侧限抗压强度试验；
c.钻孔取芯做无侧限抗压强度试验；
d.静载试验。
钻孔取芯做无侧限抗压强度试验，其抽检率为1%。
对每坐桥台和通道以及重要部位的水泥粉喷桩应进行静载试验，检测根数不宜少于4根。
⑧为了判断水泥粉喷桩水泥土的强度，可采用轻型动力触探N10检验桩身质量，该工作应在成桩后7d内进行。
当N10>
15击时，桩身强度可满足设计要求，或者当7d龄期的N10大于原天然地基的N10一倍以上时，桩身强度也可满足设计要求。
轻型动力触探深度一般不超过4m，抽检率为2%。
除采用轻型动力触探来判断桩身强度外，还应采用其他检测手段相互对照，如采用静载试验或钻孔取芯做无侧限抗压强度试验。
为了保证喷粉桩的施工质量，不仅要在施工过程中控制好原材料质量，做好室内配比试验、现场工艺试验，加强喷粉施工技术的管理监督，把好桩位测量放样及各道工序的检查关，还须对施工好的现场桩体进行最终检测，以对粉喷桩施工质量进行全面而准确的判断及评定。
2.5粉喷桩的质量检测
粉喷桩属于水泥土搅拌桩的一种，其质量标准可以按国家标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）中对深层搅拌法成桩的标准实施。
深层搅拌桩质量检验标准应符合表1的规定。
项目
序号
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
水泥及外渗剂质量
设计要求
查产品合格证书或抽样送检
2
水泥用量
参数指标
查看流量表
3
桩体强度
按规定办法
4
地基承载力
一般项目
机头提升速度
m/min
≤0.5
量机头上升距离和时间
桩底标高
mm
±
200
测机头深度
桩顶标高
+100,-50
水准仪（最上部500不计入）
桩位偏差
<
50
用钢尺量
5
桩径
0.04D
用钢尺量,D为直径
6
垂直度
%
≤1.5
经纬仪
7
搭接
>
表格一：
粉喷桩复合地基质量检验标准表
2.5.1粉喷桩质量检测的形式
粉喷桩在制桩过程中和制桩全部完成后均应进行质量检查，在制桩过程中主要是施工单位自检，目的在于早日发现问题并及时纠正，避免质量事故的扩大；
制桩全部完成后的检查，由建设单位组织进行，目的在于对全部桩作出质量评价，并测定复合地基承载力和单桩承载力，检查是否达到预期的设计要求。
粉喷桩的质量监测按阶段可以分为三个阶段：
施工过程的检查、成桩7d内的强度检查以及施工完成后的全面检查。
㈠施工期质量检验
水泥土桩的的施工质量与前期准备工作的质量息息相关，关于前期准备工作的质量
控制，前面已有叙述，主要为核实工程地质水文情况，桩体材料的质量检验，室内配合比试验，现场工艺试验，人的质量及工作质量的保证等。
搅拌桩的施工质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持全程的施工监理。
施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。
施工记录应反映每根桩施工全过程的真实情况，应按规范规定的内容填写，应做到详尽、完善、真实并及时汇总分析，凡是需要了解的施工问题，应都能从施工记录中找到答案。
检查的重点是：
水泥用量、桩长、搅拌头转速和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法。
在施工期，每根桩均应有一份完整的质量检验单，施工人员和监理人员签名后作为施工档案。
除进行上述的施工质量检查外，还需进行如下的施工质量检验：
①桩位。
通常定位偏差不应超出50mm。
施工前在桩中心插桩位标，施工后将桩位标复原，以便验收。
②桩顶、板底高程。
均不应低于设计值。
桩底一般应超过100～200mm，桩顶应超过0.5m。
③桩身垂直度。
每根桩施工时均应用水准尺或其他方法检查导向架和搅拌轴的垂直度，间接测定桩身垂直度。
通常垂直度误差不应超过1％。
当设计对垂直度有严格要求时，应按设计标准检验。
④桩身水泥掺量。
按设计要求检查每根桩的水泥用量。
通常考虑到按整包水泥计量的方便，允许每根桩的水泥用量在±
25kg（半包水泥）范围内调整。
⑤水泥强度等级。
水泥品种按设计要求选用。
对无质保书或有质保书的小水泥厂的产品，应先做试块强度试验，试验合格后方可使用。
对有质保书（非乡办企业）的水泥产品，可在搅拌施工时，进行抽查试验。
⑥搅拌头上提喷粉速度。
一般均在上提时喷粉，提升速度不超过0．5m／min。
通常采用二次搅拌。
当第二次搅拌时不允许出现搅拌头未到桩顶，水泥粉已拌完的现象。
有剩余时可在桩身上部第三次搅拌。
⑦外掺剂的选用。
采用的外掺剂应按设计要求配制。
常用的外掺剂有氯化钙、碳酸钠、三乙醇胺、木质素磺酸钙、水玻璃等。
⑧喷粉搅拌的均匀性。
应有水泥自动计量装置，随时指示喷粉过程中的各项参数，包括压力、喷粉速度和喷粉量等。
⑨喷粉到距地面1—2m时，应无大量粉末飞扬，通常需适当减小压力，在孔口加防护罩。
⑩对基坑开挖工程中的侧向围护桩，相邻桩体要搭接施工，施工应连续，其施工间歇时间不宜超过8～10h。
2.5.2粉喷桩质量检测的内容
粉喷桩处理软基，其最终质量控制参数是保证复合地基的整体承载力，为此粉喷桩检测包括两方面内容：
①桩的测量放样检测，即在成桩后7d左右，通过检测桩位、桩数、桩间距来检查桩的放样情况；
②桩体本身质量的检测，其中包括桩身的完整性、桩身外形尺寸（桩身截面，有效桩长等）、桩身的连续性、均匀性、强度、密实度、单桩承载力等，其中最主要的控制参数为单桩承载力。
桩身强度是以90d龄期为其强度标准值，但在实际工程中往往由于工期紧等多种因素影响而难以等到90d，一般取28d左右龄期，特殊情况下也有以更短龄期对桩身测试后推算至90d龄期强度。
据水泥粉喷桩处理软土地基的控制参数及检测内容，检测水泥粉喷桩施工质量常用的检测方法有目测法、截取桩段试压法、轻便动力触探法、静力触探法、钻孔取芯法、应力波反射法、水电效应法和静载试验法等8种。
2.5.3粉喷桩质量检测的方法
2.5.3.1目测法
成桩7d后，开挖0.5～1.0m深基坑，测量桩位、桩间距，检查桩数，不符合设计要求时应补桩或采取其它的有效措施；
符合要求再检查桩身成形情况，通过目测群桩桩顶是否平齐，桩体是否圆匀，有无缩颈和凹陷现象，桩身有无水泥结块或夹泥层，颜色深浅是否一致，并用手感知桩身松散或硬结程度，来判断桩身水泥土的搅拌均匀程度，对于墙式搭接桩还可通过目测检查桩头部分桩间的搭接情况。
目测法是最常用、最基本也是最简便的检测方法，主要根据眼观、手摸等感觉，检查0.5～2.0m桩头质量的大致情况，不能反映有效桩长、桩身的状态信息，不能对桩身质量下完整结论。
2.5.3.2截取桩段试压法
在成桩一定龄期后（一般不少于10d），在现场开挖出的桩体上部、桩顶以下连续截取长度等于桩径的三段桩体，上下截面用水泥砂浆整平，装入压力架后用压力机试压，可测得桩身的抗压强度和变形模量，同时也可以在桩段抗压破坏时进一步观察桩体喷粉搅拌的均匀性。
该方法测试出的数据直接可靠，既可积累室内强度与现场强度之间的数据关系，又可避免桩体横断面方向上强度不均匀的影响。
但该方法的缺点是挖桩深度过大，试验根数不能太多，而且该方法需要特制的夹板，对试验机精度也有一定的要求。
同时在压前必须将上下面修水平，否则在施压时很容易出现偏心受压，产生较大的试验误差。
2.5.3.3轻便动力触探法
一般是在成桩7d内，使用轻便触探器取桩身水泥土样，通过观察水泥土样的颜色是否一致、有无结块水泥或未拌匀的土团来检查喷粉桩搅拌均匀程度，同时根据触探击数（N10）来判断桩身强度，对N10贯入10cm击数不能少于10击，少于10击或者每击大于10mm的区段直接可认为所检查段不符合要求，应进行处理。
行业标准《软土地基深层搅拌加固法技术规程》（YBJ225-91）提出轻便触探击数（N10）与7d龄期水泥土强度有关。
使用轻便动力触探法检测粉喷桩时应注意：
①探测深度不能超过4m；
②触探点不能在桩中心位置，以避开桩中心水泥含量少、强度低的喷灰搅拌盲区，使触探具有代表性，一般定在距桩中心2/5桩径处；
③触探时触探仪的穿心杆一定要保持垂直。
2.5.3.4静力触探法
静力触探法是在成桩近期内，通过在桩身及桩周土的不同深度进行静力触探试验，画出桩身及原始地基的触探P-S曲线。
对比两者的P-S曲线形态即可直观地反映出水泥土搅拌桩桩身的
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