喷粉桩在广州地区软基处理中的应用

第２５卷第７期　Ｖｎ１．２５　Ｎｏ．７　

企业技术开发　

ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＩＣＡＬ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　ＯＦ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ　２００６年７月　

Ｊｕ１．２ｏｏ６　

喷粉桩在广州地区软基处理中的应用　李建平　（湖南机械化施工公司，湖南长沙４１００１５）　

摘要：文章通过分析喷粉桩工作原理，总结广州地区的经验，对喷粉桩的设计提出了见解。　关键词：喷粉桩；掺入比；变参数；设计　中图分类号：ＴＵ４４７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－８９３７（２００６）０７－００５１—０３　

Ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒｙ　ｊｅｔ－ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｇｒｏｕｎｄ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　ＬＩ　Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ　（Ｈｕｎａｎ　Ｍｏｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４１００１５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｏｍｅ　ｖｉｅｗｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｂｏｕｔ　ｄｒｙ—ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｂｙ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｗｏｒｋ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｄｒｙ－ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｒｙ　ｊｅｔ—ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ；ｍｉｘｉｎｇ　ｒａｔｉｏ；ｃｈａｎｇｅａｂｌｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｄｅｓｉｇｎ　

喷粉桩加固软土地基原理是在搅动软土的过　程中，喷射粉体水泥，通过粉体水泥与软土及孔隙　中水的一系列化学反应，形成丝状、网格状胶凝体　骨架或水泥结石，降低含水量，从而提高复合地基　的抗剪强度和承载力。其特点是通过水泥的水化作　用、胶凝作用等一系列物理化学作用来达到加固目　的。　采用喷粉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，与排水固结　法在相同条件下相比，侧向位移减少６０％～７０％，而　且在较短的时间内即趋稳定。侧向位移的减少，不　仅能增加路基的稳定，特别在桥涵与路堤的连接处　保护桥台桩基不受过大的侧向推力，而且也减少地　基的沉降。喷粉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，因而广泛应用于广州地区的　公路地基处理中。　但是，在广州地区设计喷粉桩仍然存在许多不　足，施工工艺方面也缺乏处理事故的灵活性。根据　

收稿日期：２００６—０３—２６　作者简介：李建￣（１９６３－－），男，湖南长沙人，大学本科，工程师，主　要从事地基与基础研究和基础工程施工。　

广州地区设计与施工经验总结，就喷粉桩的设计进　行讨论。　

１　广州地区软土特征及常见处理方法　１．１广州地区软土特征　广州地区软土主要为滨海沉积的淤泥及淤泥　质土，其主要岩土工程特征表现如下：深灰一灰黑　色，含腐殖质及少量粉砂，近珠江处局部含大量贝　壳碎块，有机质含量高，厚２—８　ｍ不等，天然含水量　ｗ高达７０％，孔隙比ｅ平均约１．７，压缩系数ａｌ　平　均约１．８　ＭＰａ～，不排水抗剪强度为１Ｏ～１２　ｋＰａ，地　基土承载力约４Ｏ一６０　ｋＰａ．总体特征概括为：天然　含水量高，孔隙比高，具高压缩性，富含有机质，承　载力低，厚度变化大，分布不均匀。　１．２常见软土处理方法　近年来广州地区常见处理方法主要有２种：一　是固结排水法（包括振冲碎石桩、砂袋井、插塑、真　空预压、堆载预压法等）；二是搅拌桩法（一般为喷　粉桩）。　

２喷粉桩设计注意事项　２．１桩底地层对沉降的影响　试验表明：在桩长１１　Ｉｎ范围内的沉降量与桩　尖以下沉降的比值达１：１．５。其他施工检测资料也　证明，当喷粉桩打穿软土层进入较硬的相对硬层时　沉降很小；若未打穿软土层，成为悬浮式时沉降就　

维普资讯 http://www.cqvip.com ５２　企业技术开发　２００６年７月　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。目前施工中遇到的　深厚软土越来越多，而且是现有喷粉桩机所达深度　远远不及的，要解决这个问题。除了进一步提高机　械设备的性ｆｌｔ￣ｌ，，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　在实践中探索处理下卧层软土的方法。　２．２地基土含水量对喷粉桩质量的影响　喷粉桩质量的优劣主要反映在喷粉桩的强度　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，尤其与含水量的关系甚为密切。岩　土工程治理手册规定，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％ｔ３，－３，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，若按常规掺人粉体数量，由于水分过　多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响喷　粉桩的强度，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（广州地区常采用“四搅四　喷”工艺来解决高含水量地基土中成桩问题）。高含　水量、大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，产生一个垂直向下　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　２　ｍ。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。　２．３喷粉桩复合地基承载力和喷粉桩单桩承载力　的关系　喷粉桩复合地基的承载力标准值计算可以按　复合地基理论采用直接复合公式：　，　＝ｍ　＋（１一ｍ　，＾　（１）　式中　为复合地基承载力标准值；ｍ为置换率以　为单桩承载力标准值ｉ７：．　为天然地基土承载力标准　值。　（２）　式中：尺：为单桩竖向承载力标准值；Ａ　为桩的截面　积；口为桩间土承载力折减系统。　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　实际情况并非如此。因为喷粉桩从本质上来讲是属　摩擦桩类，当土的强度不变，而且饱和软粘土的强　度很低时，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。特别当桩底为软弱土、上　部荷载较大时，一味提高桩体强度可能引起桩底刺　人破坏。这如同一根筷子在豆腐里和一条钢筋在豆　腐里的情况是类同的。只有当天然土的强度也增强　时，整个复合地基的强度才会增加。所以桩的强度　应适当，要和天然土的强度相互匹配，当然，桩的强　度很低也是不行的。因此，设计中不应一味加大粉　体掺人比提高桩体强度来提高复合地基强度。　２．４桩土置换率及粉体掺入比对复合地基强度的　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、拟定的喷粉桩强度及天然地基土的强　度来求桩土的置换率，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，甚至前功尽弃。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，所以规范要求定为１０％一　２０％。同样粉体的掺人比也需控制在一定值。规范　定为７％　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桩体，不能满足设计要　求，但是仍然应注意桩体强度和天然地基土强度的　匹配，避免桩底刺人破坏。试验表明（见图１掺人　比与抗压强度关系）：当掺人比在１２％一２０％时，随　着掺人比（ａＷ）的提高，９０　ｄ龄期的水泥土强度变　化不大。因此就淤泥而言，增加掺人比来提高桩身　强度并不经济，设计多采用１５％的掺入比ｆ　。故适　当加大掺人比仍无法达到要求时，宜采用增加置换　率而不是掺人比来提高复合地基强度。　

淤泥　土　ｔ－９０　ｄ　／　ｒ　ｔ＝２８　ｄ　●＿一　

．　—－—一　

ｔ＝／　，　ｌ　－，　＾＿　一　

１璺　ｄ　

０　１Ｏ　１２．５　１５　Ｉ７，５　２Ｏ　２２．５　水泥掺入比ａｗ（％）　

图１掺入比与抗压强度的关系　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第７期　李建平：喷粉桩在广州地区软基处理中的应用　５３　２．５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。复搅的作用在于使粉体与软土及水　得到比较均匀的接触和充分发生物理化学作用。同　时，钻头喷出的粉体一般呈脉冲状，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，喷粉钻机下钻　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。　２．６土中有机质含量的影响　地基中有机质含量使土具较大的水容量、塑　性、膨胀性和低渗透性，并使土的酸性增加，使水泥　的水化反应受到抑制。一般地，当地基土中有机质　含量大于１％时加固效果受一定影响，且对桩体后　期强度不利，因此，设计中不应一味加大粉体掺入　比来提高复合地基强度。　２．７变参数施工方法　喷粉桩为柔性桩。变形主要发生在桩体上部，　下部桩身应力与桩土摩阻力随深度衰减，故桩体破　坏主要发生在上部。为避免桩体浅层破坏，宜采用　变参数设计与施工工艺，即桩体上部２／３桩长的　水泥掺入比比下部增加０．５　１．０倍。　２．８粉体喷入的计量及参数记录　桩的质量与粉体掺入比的多少有直接关系，如　何计量粉体便成为关键。从理论上讲，气体和固体　（上接第２３页）一帧数据称为一次滑动，对于不同　的通信网，其滑动次数的要求不同，例如对于性能　类别为Ａ类国际间数字连接同步网２４小时滑动不　超过５次【　。　３结语　保持数字网同步的关键是提高各级同步网基　准时钟的准确度和精度，建立世界统一的数字同步　网标准，通过一定的同步方式减轻和消除基准时钟　误差的影响，这样才能提高数字通信网的通信质　双相流的计量具有很大难度，但又非常重要，目前　使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。最近武汉某些单　位通过对喷粉桩施工自动控制装置的研制，采用电　脑记录仪记录施工参数和施工状况以及各时段的　喷灰量，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法的　方案，从而使得粉喷桩施工工艺更趋完善，质量更　加可靠。