惠州市水电建筑工程有限公司
摘要：本文结合工程实例，对粉喷桩在水闸工程施工中的应用进行了分析与探讨，以供同仁参考。
关键词：粉喷桩；水闸工程施工；应用探讨
一、前言
粉喷桩是以水泥干粉作固化剂，利用固定机械把软土和固化剂强行拌和，使水泥和地基软土发生化学反应，形成桩体。随着我国国民经济的迅速发展，防洪堤工程与环境建设、旅游业等结合形成了综合性、立体式的工程，这就对防洪堤工程的施工提出了更高的要求。而粉喷桩因具有良好的整体性、抗压性、稳定性和不透水性等优点，逐渐地被广泛应用于防洪堤工程的建设中。笔者曾负责某分洪闸枢纽工程建设管理工作，该水闸闸室每孔净宽 8.0m，闸室总宽127.6 m；底板为筏式结构，采用空箱式岸墙，格仓式翼墙。闸室、岸墙及上下游翼墙基础均位于②层淤泥质黏性土层上，该层土的强度低、压缩性高，采用天然地基难以满足承载力和变形的要求， 经设计分析后对分洪闸闸室、岸墙及上游翼墙处的地基均采用粉喷桩进行加固处理。 施工时地面高程约16.0m，设计桩径为500mm，有效桩长约 5.0m左右，桩位采用格栅状布置，加固处理后的复合地基承载力特征值达到 145kPa。
二、粉喷桩复合地基设计
粉喷桩复合地基采用格栅状布置，处理范围为闸室底板及上下游翼墙基础，并在其范围以外打两排保护桩。桩长初步选定为 5m，粉喷桩桩径0.5m，以粉喷桩在地基中连成一个封闭的整体，从而提高复合地基的整体刚度。
(1)单桩承载力计算
粉喷桩单桩承载力计算理论尚不成熟，工程上对这类桩的设计思路主要是通过分别根据桩体材料强度和土对桩的支撑力来计算单桩的标准承载力。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)规定，单桩承载力标准值按下列公式计算，并取其中较小值：
1)据粉喷桩桩体材料强度来确定单桩的标准承载力计算公式为：
式中：PU1-粉喷桩单桩标准承载力（kN）；
FCU-与粉喷桩桩体配方相同的实验室内水泥土试块（边长70.7mm的立方体试块）在标准养护下，龄期为90d的抗压强度标准值(kPa)；
AP-粉喷桩桩体的设计截面积(㎡)；
n-粉喷桩桩身强度折减系数，（在漯河地区粉喷桩复合地基的设计中通常取0.35）。
2)据桩周土对桩体的支承力来确定的单桩标准承载力计算公式为：
式中：PU2-粉喷桩单桩标准承载力（kN）；UP-桩身截面周长（m）；fi-桩周第i层土的平均摩阻力（KPa）；Ii-桩周第i层土的厚度（m）；qP-桩端土标准承载力（KPa），在不考虑桩端土对单桩标准承载力的贡献时，qP=0。
依据粉喷桩承载机理分析可知，当仅采用（2）式对粉喷桩单桩承载力进行设计时，应当考虑粉喷桩的有效桩长，否则确定的承载力有可能是偏高的，不安全的。故在进行粉喷桩单桩承载力设计时，粉喷桩承载力的设计计算值需要满足。对以上两种方法分别计算后粉喷桩单桩承载力选取较小值为118KN。
(2)复合地基承载力的计算
式中fck-复合地基承载力标准值（kN）；m-面积置换率取23.1%。AP-粉喷桩桩体的设计截面积(m2)；β-桩间土承载力折减系数，取0.75；fS-桩间土天然承载力标准值。
经计算复合地基的承载为145kp，大于水闸上部承载力125kp，满足工程要求。根据计算结果，粉喷桩复合地基固化材料为强度等级42.5的水泥，水泥掺入量为15％，面积置换率23.1％，桩径0.5m，有效桩长5m。
三、粉喷桩施工工艺技术
（1）粉喷桩施工工艺流程（如图1）
（2）施工工艺要点
1）施工前组装架立喷粉桩机，检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、喷粉系统各部分安装调试情况及灰罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，方可进行操作。灰罐装满料后，进料口应加盖密封。
2）搅拌钻进。桩机定位经检查通过后，启动传动系统，调至三档速度送风边旋转边钻进，直至达到设计要求深度。开钻前应用钢尺丈量钻具总长，并用红漆标注设计孔深位置，以便质监人员查核。
3）喷粉、搅拌、提升。经核实达到设计要求深度及钻具管路通畅后，启动传动系统调至二档速度反转，同时启动送粉系统，当灰量达到设计掺灰量的三分之二时，开始边旋转边提升。
4）往下复搅。喷粉、搅拌、提升至停灰面（设计桩顶高程）时，停止提升，将传动系统调至正转，停止喷粉，以二档速度由停灰面往下进行复搅。
5）复喷、复搅、提升。复搅至设计桩底标高时，将传动系统调至反转，启动送粉系统，当灰量达到设计掺灰量的三分之一时，开始以二档速度边旋转边提升，直至达到停灰面终止。
6）往下复搅。喷粉、搅拌、提升至停灰面（设计桩顶高程）时，停止提升，将传动系统调至正转，停止喷粉，以二档速度由停灰面往下进行复搅。
7）复搅、提升。复搅至1/3桩长（离桩顶）标高时，将传动系统调至反转，以二档速度复搅、提升，直至达到孔口，桩体形成。
（3）质量控制
1）施工前，对水泥采取随机抽样送检，确保各项指标满足要求后方可使用。
2）试机，以确保施工设备各系统运转正常，计量设备、压力表等完好无缺，同时应检查各项施工参数，每台机均应配深度计，以便准确记录桩深。
3）在施工中，桩机正面和侧面各吊铅直线1根，分别测试桩机的水平度和钻杆的垂直度。
4）定期检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头应定期复核检查，其直径磨耗量不得大于20mm。
5）在桩顶标高1m范围内，进行一次复拌加注浆，并提高水泥掺量至15%左右，根据设计要求，喷浆至桩顶标高上200mm，保证桩头强度。
7）施工前对搅拌机械、注浆设备、制浆设备等进行检查维修，灰浆拌和机搅拌时间不少于2min，打桩时，提高搅拌次数，降低钻进速度，边搅拌，边提升，提高拌和均匀性。
8）注浆应连续进行，不得中断，每天加固完毕，用清水清洗泵和输浆管路，防止堵塞。
9）在喷粉成桩过程中遇有故障面停止喷粉时，第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度不得小于1m。
10）成桩28d后在桩体上部（桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m）截取3段桩体（每段长度约为500mm）进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验，检查频率为2‰。
（4）加固效果
闸底板施工完成后，在其加固的范围内分别进行了单桩复合地基和四桩复合地基的竖向静载荷试验，单桩复合地基的承载力特征值 ≥148kPa，对应的沉降量 ≥4. 20mm，四桩复合地基的承载力特征值≥150kPa，对应的沉降量≥1.50mm。说明闸底板的设计承载力特征值采用145kPa 是合适的，加固的效果也是明显的。对开挖出的桩身水泥5土芯样的无侧限抗压强度为 2.56～3.50MPa，满足设计强度不小于2.0 MP a的要求。该闸建成后运行正常，未出现明显的沉降和不均匀沉降现象。
四、结 语
总之，粉喷桩处理软基是一种行之有效的工艺手段，与其他软基处理手段相比，具有施工方便、工期短、工后沉降小等显著优点。工程实践证明采用粉喷桩加固淤泥质软土地基只要施工工艺正确，施工中严格工程质量控制，就能取得比较经济而且显著的加固效果。
参考文献
[1]许果林.水泥粉喷桩在水利工程地基处理中的应用[J].城市建设理论研究.2012（15）.
[2]杨炎文.粉喷桩在防洪堤建设工程施工中的应用[J].建筑遗产.2013（19）.
论文作者:胡金山
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：承载力论文; 地基论文; 标准论文; 喷粉论文; 水闸论文; 水泥论文; 防洪堤论文; 《城镇建设》2019年第11期论文;