淺析水泥粉噴樁加固軟土地基施工技術(shù)
2015-05-29
1 房建地基設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和基本要求
1.1設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)
影響高層建筑地基設(shè)計(jì)的因素有很多，很復(fù)雜，如結(jié)構(gòu)上的作用、巖土工程勘察資料、抗震設(shè)防要求。
上部結(jié)構(gòu)類型、地下室層數(shù)、建筑豎向布置和水平布置（主樓與裙房）等，要依據(jù)這些因素全面分析地基設(shè)計(jì)的安全性、合理性及經(jīng)濟(jì)性。特別應(yīng)該強(qiáng)點(diǎn)的是，巖石工程的勘察報(bào)告必須真實(shí)可靠。
1.2設(shè)計(jì)時(shí)的基本要求
高層建筑地基設(shè)計(jì)的要求比較嚴(yán)格、復(fù)雜，涉及的問題很多，如地基的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的整體抗傾覆能力，結(jié)構(gòu)抗滑移能力，天然地基的豎向承載力，樁基的豎向承載力和抗震水平承載力，天然地基的變形計(jì)算、樁基的沉降計(jì)算和水平變位的設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力計(jì)算，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的變形、抗裂、裂縫寬度的計(jì)算。特別要強(qiáng)調(diào)的是這些設(shè)計(jì)要求，一方面要在定性設(shè)計(jì)及概念設(shè)計(jì)方面滿足要求，另一方面需要進(jìn)行復(fù)雜的精確計(jì)算滿足承載力和變形的要求，在計(jì)算廣泛應(yīng)用的今天，以變形控制設(shè)計(jì)地基是完全有可能的。
2 施工設(shè)備及質(zhì)量控制
用水泥粉噴樁加固軟土地基，系采用噴射樁機(jī)成孔，運(yùn)用粉體噴射攪拌法原理，用壓縮氣體將水泥輸送到樁頭，并以霧狀噴入加固地基的土層中，并借鉆頭的葉片旋轉(zhuǎn)加以攪拌，使其充分的混合，形成水泥土樁體，與原地基構(gòu)成復(fù)合地基，以提高軟基承載力，減少沉降從而達(dá)到加固軟弱地基的目的。
水泥粉噴樁的施工機(jī)械設(shè)備主要是鉆機(jī)、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機(jī)、攪拌鉆頭和動(dòng)力設(shè)備（發(fā)電機(jī)組）等。
2.1 鉆機(jī)
鉆機(jī)是粉體噴射攪拌法施工的主要機(jī)械，它必須滿足：動(dòng)力大、扭矩大和符合大直徑鉆頭成樁要求，鉆頭直徑一般與水泥粉噴樁的直徑相同；具有正向鉆進(jìn)，反向提升的功能；具有反轉(zhuǎn)提升時(shí)能均勻提升、均勻攪拌、勻速噴粉等功能。
本例鉆機(jī)由武漢工程機(jī)械研究所制造的的PH-5A型鉆機(jī)，采用液壓蛙步移動(dòng)，液壓調(diào)平，有鉆進(jìn)深度計(jì)和電流電壓檢測表，它能很方便地控制粉噴樁的施工質(zhì)量，包括入土深度、地層阻力、壓縮空氣壓力及其流量等。
2.2 粉體發(fā)送器
粉體發(fā)送器是定時(shí)發(fā)送粉體材料的設(shè)備，它是粉體噴射攪拌法加固施工機(jī)械中的關(guān)鍵設(shè)備，其工作原理為：由空氣壓縮機(jī)送來的壓縮空氣，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，壓縮空氣進(jìn)入“氣水分離器”使壓縮空氣中氣水分離，然后“干風(fēng)”送到粉體發(fā)送器喉管與“轉(zhuǎn)鼓”里輸出的粉體混合，成為氣粉混合體，進(jìn)入鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)龍頭，經(jīng)空心鉆桿由鉆頭噴出，使水泥粉經(jīng)鉆葉與軟土拌合。
粉體的定量輸出，由轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速控制。施工時(shí)根據(jù)配合比確定摻入比和鉆頭提升速度及鉆機(jī)的速度，并選定合適的粉體發(fā)送量（確定轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速）。
每根樁水泥總量噴入多少，由灰罐電子秤控制。粉噴過程中認(rèn)真做好粉量記錄，確保摻入量符合設(shè)計(jì)要求，一般摻入量采用15%～16%。
2.3 空氣壓縮機(jī)
粉噴樁水泥的噴出，是以空氣壓縮機(jī)作為風(fēng)源?？諝鈮嚎s機(jī)的選定主要由加固工程的地質(zhì)條件及加固深度所決定，但平常采用的空氣壓縮機(jī)壓力不大，為0.2～0.4MPa，其風(fēng)量也不宜太大，一般為1.6～2.0m3。
2.4 攪拌鉆頭
粉體噴射攪拌法借鉆頭葉片的攪拌作用將使灰粉與軟土混合，因此，攪拌鉆頭的形狀直接影響灰、土的攪拌效果。攪拌鉆頭的形狀要保證在反向旋轉(zhuǎn)提升時(shí)，對樁中土體有壓密作用，而不是將灰、土向地面翻升而降低樁體質(zhì)量。
2.5 計(jì)量裝置及動(dòng)力設(shè)備
計(jì)量裝置在粉噴樁施工過程中起到質(zhì)量監(jiān)測的作用，施工前必須標(biāo)定，施工過程中要有專人監(jiān)控記錄。施工過程中監(jiān)測一般包括深度計(jì)、電子秤、各種壓力表、電壓表讀數(shù)等。電壓表、電流表主要反映鉆頭鉆進(jìn)過程中的受力情況，從中可判別經(jīng)過土層的情況。
一般為75kW的發(fā)電機(jī)組即可滿足動(dòng)力設(shè)備要求，也可使用市電。動(dòng)力設(shè)備與樁機(jī)為一一配置。
3 施工工藝及質(zhì)量控制
3.1 施工順序及施工工藝
水泥粉噴樁的主要施工順序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→放線定樁位→鉆樁就位→鉆裝孔至設(shè)計(jì)深度→邊攪拌、噴粉，邊提升鉆桿→至樁頂以上50cm停止攪拌、噴粉→全程或局部復(fù)攪（復(fù)噴）一次，提升至地面→移至下一樁位繼續(xù)施工。
3.2 施工質(zhì)量控制
3.2.1 施工準(zhǔn)備。施工準(zhǔn)備主要是進(jìn)場道路準(zhǔn)備、施工作業(yè)面準(zhǔn)備和備料準(zhǔn)備。
3.2.2 工藝性試樁。粉噴樁正式施工前要先施工3～6樁進(jìn)行工藝性試樁，以確定：要穿過軟土層的實(shí)際深度；了解各軟土的阻力，以確定鉆進(jìn)及提升速度和噴粉量。在實(shí)際工作中根據(jù)其抽芯質(zhì)量情況發(fā)現(xiàn)，對含水量較大的軟土，提升速度要慢，風(fēng)量要大才能保證成樁質(zhì)量；對砂層、特別是粗砂層，提升速度應(yīng)較淤泥層快，風(fēng)量應(yīng)較淤泥層的小。
3.2.3 各主要工序的質(zhì)量控制要點(diǎn)：
樁機(jī)就位：根據(jù)設(shè)計(jì)，確定加固放置機(jī)體位置的基礎(chǔ)（即加墊砂層），使攪拌樁機(jī)機(jī)軸保持垂直，以防樁打斜，影響樁基承載力。
下鉆：啟動(dòng)攪拌樁機(jī)，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)。為不致于堵塞噴射口，此時(shí)并不噴射加固材料，而是噴射壓縮空氣，可使鉆進(jìn)順利，減小負(fù)載扭矩。隨著鉆進(jìn)，準(zhǔn)備被加固的土體在原位受到攪動(dòng)。
提升鉆頭并反轉(zhuǎn)：在提升過程噴粉攪拌，通過粉體發(fā)送器將水泥粉噴射入攪拌的土體中，使土體和水泥沿深度方向充分拌和。要根據(jù)地質(zhì)情況，決定提升速度，以得到較均勻的水泥土樁，提升速度應(yīng)根據(jù)試樁參數(shù)確定。
提升速度：當(dāng)鉆頭提升到距地面30～50cm時(shí)，發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料，成樁結(jié)束。這時(shí)由于裝置的回路是封閉的，粉體不會(huì)向空中噴射和飛散。在向土體噴射過程中的最后階段，在攪拌鉆頭距地面30cm處停止噴粉，粉粒不會(huì)溢出地面。一般在設(shè)計(jì)樁樁長作為破除樁頭用。 復(fù)拌：停止噴粉，鉆頭邊攪拌邊鉆進(jìn)，直至設(shè)計(jì)深度的1/3處，再邊提升邊反向旋轉(zhuǎn)，使土體和粉體充分拌和，土體被充分粉碎，水泥粉被均勻分散在樁土中，復(fù)拌的深度一般為設(shè)計(jì)樁長的1/3，復(fù)拌是保證成樁均勻和提高樁體強(qiáng)度的有效措施。
4 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
4.1 施工前應(yīng)檢查水泥及外摻劑的質(zhì)量、樁位、攪拌機(jī)工作性能及各種計(jì)量設(shè)備完好程度并定期標(biāo)定。
4.2 水泥粉噴樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工的全過程，并應(yīng)堅(jiān)持全程的施工監(jiān)理，施工過程中必須隨時(shí)檢查施工記錄和計(jì)量記錄，并對照規(guī)定的施工工藝對每根樁進(jìn)行質(zhì)量評定，檢查重點(diǎn)是：水泥噴入量、攪拌樁的長度及標(biāo)高，攪拌頭轉(zhuǎn)速和提升速度，復(fù)攪次數(shù)和復(fù)攪深度等。
4.3 粉噴樁成樁7d內(nèi)，可用輕型動(dòng)力觸探檢查每米樁身的均勻性和判斷樁身強(qiáng)度，檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的2%，貫入樁體深度不少于1.0m且每貫入100mm的N10≥30時(shí)，可以停止貫入。
4.4 施工結(jié)束后，應(yīng)檢查樁體強(qiáng)度，樁體直徑及地基承載力。進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)時(shí)，對承重粉噴樁應(yīng)取90d以后的試件，試件可鉆孔取芯或按其他規(guī)定方法取樣。
4.5 成樁7d后，可采用淺部開挖樁頭，目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑，檢查數(shù)量為總樁數(shù)的5%。對相鄰樁搭接要求嚴(yán)格的工程，應(yīng)在成樁15d后選取數(shù)根樁進(jìn)行開挖，檢查搭接情況。
4.6 基槽開挖后，應(yīng)檢驗(yàn)樁位、樁數(shù)與樁頂質(zhì)量，如不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采用有效的補(bǔ)救措施。
5 結(jié)束語
用粉噴樁加固軟土地基，形成了復(fù)合地基，明顯提高了軟土地基強(qiáng)度，可加快路基填土速率，鋪筑路面后的沉降量能得到有效控制，保證了工程質(zhì)量。由于粉噴樁軟土處理施工方便，速度快，效果好，對環(huán)境影響小，與其他類型樁基相比較具有造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛好評。
