摘要：，根据长兴岛地区建设经验，石化西路应用水泥粉喷桩处理软基，即节约了造价，提前工期，同时达到路基稳定要求，供同行参考。
关键词：水泥；粉喷桩；地基处理；应用
工程概况：石化西路位于大连市长兴岛西部石化区内，是未来西部石化区内的骨干道路。石化西路近南北走向，工程北起城八线支线，向南延伸，本次设计工程范围为：桩号K0+42.721~ K3+300，全长3257.279米。在工程起点（K0+042.7）~K0+200段为海积阶地地貌类型，K0+200以南属剥蚀低丘地带。场地起伏较大，北低南高，最大高差近90.0m。石化西路K0+100~K0+185.2段，分布淤泥质粘土夹粉砂，厚1.3~8m，平均厚4.7m，灰黑色，流塑，饱和，切面光滑，韧性中等，干强度中等，摇震反应无，有光泽，局部为淤泥，混少量细、中砂等。上有素填土厚7m，填土为粘性土、砂性土夹少量碎石，碎石粒径一般5~30cm，含量约50~70%，为松散状态，均匀性较差，填筑时间较短，为欠固结。由于该段长度较小，素填土较厚，根据长兴岛地区建设经验，使用水泥粉喷桩即能节约造价，提前工期，达到路基稳定要求。
粉喷桩是粉体喷射深层搅拌法的简称，它是深层加固处理技术的一种。其原理是通过专用的深层粉体喷射搅拌机，将粉状加固料如水泥、石灰粉，用压缩空气喷入地基深部，凭借搅拌机的回转钻头叶片使加固料与软土产生一系列物理化学反应，使软土硬结，从而使桩体与桩间土一起组成复合地基，起到加固地基的目的。采用粉喷桩方法加固软土地基具有许多优点：如能有效地减少地基的总沉降量，与排水固结法相比总沉降量能减少25-49%，这对控制路堤的工后沉降和解决桥头“跳车”具有明显的效果，具体表现在地基加固深度内沉降量的大幅度减少。经加固后路基在填筑过程中侧向位移明显减少，实测的最大侧向位移仅6-7cm。与排水固结法在相同条件下相比，侧向位移减少60-70%，而且在较短时间内即趋稳定。侧向位移的减少，不仅能增加路基的稳定，特别在桥涵与路堤连接处保护桥台桩基不受过大的侧向推力，而且减少地基的沉降。粉喷桩复合地基能提高地基土的承载力，适应快速填筑施工，与排水固结法相比，可以允许有较高的填土速率。但是，粉喷桩法在实际应用中尚有一些问题需要进一步探讨，有一些缺点需要克服。
1、粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响
石化西路K0+100~K0+185.2段试验表明，在桩长11m范围内的沉降量与桩尖以下沉降的比值达1：1.5。查阅其它资料也证明，当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层沉降很少；若未打穿软土层，成为悬浮式时沉降就大。地基的过大沉降，说明桩尖下卧软土层的沉降还相当大，而且持续时间较长，将不得不重新进行处理甚至报废。目前高速公路不断向沿海近海地区延伸，遇到的深厚软土越来越多，而且是现有粉喷桩机所达深度远远不及的。如何来解决这个问题，除了进一步提高机械设备的性能外，在设计理论上也需要有一个突破。对下卧层软土的沉降有一个正确的评估，同时在实践中探索解决的方法。
2、地基土含水量对粉喷桩质量的影响
粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺入粉体的质量、施工工艺、地基土的性质有关，其中尤以含水量的关系甚为密切。规范规定，地基土的天然含水量在小于30%或大于70%时不宜采用。因为当土的含水量小于30%，土中的水份不足以使粉体进行水化作用；当含水量大于70%时，含水量过高的土壤往往孔隙比大，若按常规掺入粉体数量，由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、水孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓“掉桩”或“下沉”，常为地表下1-2cm。当发生“掉桩”或“下沉”时，只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅，就能克服这种现象，如果不作处理将会造成过大的路基沉降。
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3、粉喷桩复合地基承载力和粉喷桩单桩承载力的关系
粉喷桩复合地基的平均允许承载力公式为：
[σ复合]=a×[σ桩]+（1-a）[σ土]
式中：
σ复合--复合地基地平均允许承载力；
a--置换率；
σ桩--搅拌桩的允许承力力；
σ土--天然地基土的允许承载力。
无疑，桩的强度将直接影响复合地基的强度，假设桩的强度不断增加而土的强度依然不变，按照公式的计算，复合地基的强度也会不断增加，然而实际情况并不如此。因为粉喷桩从本质上来讲是属摩擦桩类，当土的强度不变，而且饱合较粘土的强度很低时，在这种情况下，即使不断增加桩的强度，但总的复合地基强度也不会随之增加。这如同一根筷子在浆糊里和一个钢筋在浆糊里的情况是类同的。只有当天然土的强度也增加强时，整个复合地基的强度才会增加。所以村的强度应适度，要和天然土的强度相互匹配。反过来村的强度很低，这当然也是不行的。
4、桩土置换率及粉体掺入量对复合地基强度的影响
在实际设计运算时往往提供所要求达到的复合地基强度、拟定的粉喷桩强度及天然地基土的强度来求桩的置换率，计算出桩数，然后布置桩位，再作有关的验算。实践证明若置换率过低，如小于10%往往达不到设计要求，甚至全功尽弃。某高速公路采用粉喷桩复合地基处理，置换率仅为6%～7%，当路堤填至设计标高后出现裂缝，不得不重新处理。这说明作为复合地基的桩土置换率必须大于一定值，否则起不到复合地基的作用，所以在规范中定为10%～20%，这是有道理的。同样粉体的掺入量也需控制在一定值，规范定为10%～15%。如前所述，当软土中含水量大于70%，必须加大粉体掺入量，否则将形成不了桩体或形成强度达不到要求的柱体，不能满足设计要求。
5、复搅和转速对桩强度的影响
大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用，促使桩体的充分形成。同时，钻头喷出的粉体一般呈现冲状，若不充分进行搅拌，粉体在桩中往往呈层状，形成一种"夹生"，对桩的强度不利。如承受水平推力截止水作用的话，应进行全程复搅，若作为路基加固只承受垂直向力作用，也可以只复搅上部1/3的桩体。为了提高工效，粉喷钻机时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升；否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。
6、粉体喷入的计量
桩的质量与粉体掺入量的多少有直接的关系，如何计量粉体便成为关键。从理论上讲，气体和固体双相流的计量具有很大难度，但又非常重要，目前便用的灰罐体积测量法、电子秤称重法、弹簧秤称重法等均不是很理想的计量方法。最近某些单位通过对粉喷桩新型计量装置的研制，提出了气固双相流称量计量，它可以较大程度地克服现有计量装置所产生的误差，同时也提出了改进目前电子秤称重的方案，从而使得粉喷桩施工工艺更趋完善，质量更加可靠。
7施工质量管理
粉喷桩是水泥与地基地的搅拌产物，天然地基土的性质、水泥剂量、搅拌机械性能与工艺等几方面将综合影响成桩质量（强度与均匀性）。粉喷桩的质量关键在于每根桩都有足够的粉喷量以及喷粉与搅拌的均匀程度。这首先要解决机具问题，同时管理成桩操作。
（1）施工过程中的质量控制
施工过程中，应严格控制喷粉和停粉时间，每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷粉，以确保喷粉连续性，严禁在尚未喷粉的情况下钻杆的提升作业。随时检查施工记录，确保水泥喷量达到设计要求。储粉罐内的储灰量不应少于500㎏，若储粉量小于上述质量时，不得进行下一根桩的施工。（2）成桩后质量检查开挖检查：最后一根成桩7天后，进行基坑开挖，基坑开挖要人工进行。对搅拌桩头小心清理。观察桩顶质量，粉喷桩搅拌均匀，桩位、桩径、桩数符合设计要求，桩体水泥土胶结坚硬，按径高比为1，取桩体进行无侧限抗压强度试验。
（3）取芯检查：对桩进行取芯及轻便触探检查。
从测试结果可以看出，粉喷桩桩顶较松散，强度偏低，一般在0～1。5米内均呈松散团块状。1。5～6。5米处桩强度较高，桩质量均匀。这是因为在成桩过程国，当提升杆开升将近地表时，因侧向土压力较小，造成搅拌质量较差，因此确定采用深层搅拌法处理的工地，其场地整平标高应比设计确定的基底标高再高出0。5米。
小结：
加强施工过程的试验检测，严格控制喷粉量、气压等技术参数，是确保成桩质量的关键；从取芯结果看，粉喷桩成桩质量随深度增加而变差，设计时成桩深度不宜大于10m；室内配合比的水泥土强度，与桩体取芯强度相差很大，多积累这方面的试验检测资料，以找出更合理的二者相关系数，将推动粉体搅拌法处理软基技术的广泛应用；
粉喷桩处理较土地基还处于一种半理论半经验阶段，因此大量积累工程的沉降观察资料，对于完善设计理论有极大的价值。
石化西路市政道路及配套工程一标段由于采用上述工工艺处理地基，行车一年来，没有发生路基不均匀沉陷，质量等到业主和社会的认可，于2011年评为大连市星海杯奖（市优质工程）。
论文作者:于晓鹏,付小平
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/18
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