粉噴樁技術在鐵路便橋墩臺地基加固中的應用

李 旭，謝在巍

(沈陽鐵路局科學技術研究所，沈陽 110013)

粉噴樁是深層攪拌樁的一種，水泥粉噴樁采用水泥、石灰作為固化劑，通過噴攪機械，用壓縮空氣將水泥粉體以霧狀噴入地基土中，與原地軟土就地強制拌合;利用水泥吸水和與周圍土顆粒發生水解、水化反應并進行陽離子交換等一系列物理化學作用，硬化后形成整體性強、水穩性好和足夠強度的水泥土樁體，樁體和樁周土共同形成復合地基，從而起到加固地基的目的。粉噴技術作為一種具有廣泛適用性的地基處理技術，具有很高的推廣價值和良好的發展前景。本文結合工程實例，介紹粉噴的設計和施工實踐。

1 工程概況

此工程位于長白線K124 km處，由于正線大修換梁，擬建一便橋臨時通行，便橋為2孔跨度16.0 m梁橋。橋墩底下為粉土層，天然承載力標準值只有80～100 kPa，無法滿足墩底設計承載力300 kPa的要求。為解決橋墩施工時地基承載力不足以及橋墩施工完畢后基礎沉降的問題，擬采用粉噴樁對基礎持力層土進行加固。設計中曾比較了鋼筋混凝土灌注樁和粉噴樁兩種方案，灌注樁造價過高，工期長;而粉噴樁不僅可以提高地基承載力，而且造價低，工期短，完全可以滿足便橋墩臺的承載力和沉降要求。

根據《工程地質報告》，地層巖性基本特征自上而下如下述:

1)雜填土:層厚0～0.90 m;

2)粉土:灰色及灰綠色，0.90～3.50 m，軟塑，夾薄層粉砂，基本承載力標準值為100 kPa;

3)粉質黏土:灰色及灰綠色，3.50～5.10 m，軟塑，承載力標準值為80 kPa，鉆孔樁樁周摩擦力qs=5 kPa;

4)粉砂土:灰色，飽和，5.10～6.40 m，中密，承載力標準值為140 kPa，鉆孔樁樁周摩擦力qs=12 kPa;

5)細砂:灰色，飽和，6.40～13.20 m，中密，承載力標準值為280 kPa，鉆孔樁樁周摩擦力qs=22 kPa;

6)粉質砂巖與泥質頁巖互層:灰綠色及紫紅色，風化嚴重，呈碎屑狀，13.20～18.20 m，承載力標準值為 300 kPa，qs=25 kPa。

本次勘探期間，穩定水位0.82 m(受水田及水坑影響)。

2 設計方案

1)樁體直徑確定

本工程樁體直徑初步定為0.60 m。按梅花形布置。

2)注漿材料的選擇

規范中規定水泥和石灰都可作固化劑，選用水泥時建議采用礦渣水泥。根據試驗結論，礦渣水泥的前期強度低于普通硅酸鹽水泥，而后期強度則相反，所以從經濟及后期強度方面考慮采用礦渣水泥。

3)水泥摻合比的確定

攪拌樁身的水泥土抗壓強度 fcu，k主要根據室內強度試驗確定，本工程選用32.5級礦渣硅酸鹽水泥，每米樁長水泥噴入量為50 kg。樁身強度隨齡期增大而增大，以90 d齡期強度作為標準強度，水泥土無側限抗壓強度≥1.6 MPa，28 d強度應達到標準強度的60% ～75%。

4)樁長的設計

粉噴樁與柔性碎石樁、砂樁和剛性的混凝土樁相比，屬于一種過渡性質的樁體，兼有剛柔相濟的雙重性。從經濟技術的角度考慮，在樁徑不變的條件下，提高復合地基承載力的合理途徑應是提高水泥標號和置換率，增加復合地基的抗壓強度。

按《建筑地基基礎設計規范》GBJ 7—89第三章第二節的有關規定計算。

考慮到粉噴樁端部噴粉量較小，且原狀土已被擾動，故一般不計粉噴樁端部的支承力，但對長度<10 m的樁(本工程)，則應計及粉噴樁端部的支承力。

單樁豎向承載力標準值 (取較小者)

sppp0.196×280=181 kN

則m=0.46

0#臺:墩底面積6.9 m×4.7 m，樁長7 m。

1#墩:墩底面積6.0 m×4.8 m，樁長6.5 m。

2#墩:墩底面積4.7 m×4.7 m，樁長9.0 m。

按國家標準《建筑地基基礎設計規范》GBJ 7—89的有關規定，樁長以穿透粉砂土層，進入細砂層0.5 m為原則，計算得出樁長6.5～9.0 m，現場布置樁間距0.7 m，0#臺下鉆孔 77 根，1#墩下鉆孔 72 根，2#墩下鉆孔53根。共計202根樁，1 484延長米。粉噴樁裝置如圖1。

圖1 粉噴樁布置立面(單位:cm)

3 施工方法

3.1 主要機械人員配備

XJ-100型樁機3臺;工長1人，電機操作員2人，鉆桿工3人，上料員2人，試驗員1人，機修工1人，共10人。

3.2 施工前準備

組織人員對施工現場進行實地踏勘，收集有關通信、信號等各種地下管線埋設情況的資料;現場做到三通一平。

施工前應當在施工現場選擇適當的位置進行鉆探并提取原狀土樣及水樣，在室內做土工實驗，確定持力層土天然承載力等各種物理力學指標。同時在現場進行成樁試驗，數量≥5根，以確定該地段的成樁工藝及各項技術參數;成樁7 d后進行開挖檢查樁體成形情況、攪拌均勻程度等。最后確定本工程的技術參數為:鉆進速度不大于1.5 m/min，提升速度不大于0.8 m/min，管道壓力非噴灰時介于0.1～0.2 MPa之間，噴灰時介于0.25～0.40 MPa之間。

根據基準點或者基準軸測放橋梁墩臺軸線及輪廓線，并根據事先設計的加固處理方案圖測放各注漿孔位置，并在以后的施工中經常復測樁位標志的準確性。

3.3 粉噴樁施工

1)鉆機就位:在進行鉆孔施工前技術人員應當二次復查放線孔位是否準確，鉆孔施工必須嚴格按設計的位置、角度、次序進行。吊鉆機對準位后，使鉆桿垂直，傾斜度<1%，樁位偏差<5 cm。

2)鉆進:啟動鉆機，鉆頭旋轉鉆進，噴入壓縮空氣而不噴入粉體。

3)停鉆:當鉆進到達設計高程后停鉆。

4)提升:啟動鉆機，鉆頭反向邊旋轉邊提升，同時通過粉體發送器將水泥噴入土中，使土體與粉體進行拌合。

5)停噴:當鉆頭升至距原地面50 cm時停止噴料。

6)復攪:重復攪拌至樁長三分之一提升鉆頭，攪拌至第一次停噴的位置，成樁結束。大量的施工實踐已充分證明復攪對樁體質量影響很大。鉆頭噴出的粉體往往呈脈沖狀，若不充分攪拌，粉體在樁中呈現層狀，形成一種“夾生”，這樣的樁即使水泥摻入量再多也沒有強度。復攪的作用在于通過充分的攪拌使粉體與土、水得到比較完全的接觸與作用，促使樁體的形成。為了確保攪拌的均勻性，施工時要嚴格掌握好鉆機提升速度、攪拌葉旋轉速度等，并應盡量采用全樁復攪以保證質量。

3.4 工程質量檢測

1)隨機取樣，水泥土試塊90 d抗壓強度試驗結果表明，平均強度最小的一組試塊為2.0 MPa，大于設計值1.6 MPa，滿足設計要求。

2)成樁28 d后在樁體上部(樁頂以下0.5 m、1.0 m、1.5 m)截取三段樁體進行現場足尺樁身無側限抗壓強度試驗。

3)在取得粉噴樁材料與波速關系的前提下，可采用小應變動測法進行樁長及樁身完整性的定性檢查。

4)對于重要工程或者對沉降要求較高的工程應做樁及復合地基靜載荷試驗。本工程復合地基承載力標準值340 kPa，大于要求達到的復合地基容許承載力標準值300 kPa，說明水泥土凝固效果好，成樁工藝滿足設計要求。

4 工程體會

綜合本工程實踐，總結粉噴樁有如下優勢:

1)設備簡單、容易操作，機械化程度高。而鉆孔灌注樁存在鋼護筒制作與安樁、泥漿制備、鋼筋籠綁扎與吊裝、超聲波監測等復雜工藝，且施工難度大，還存在坍孔與斷樁等危險因素。

2)勞動強度低、投入勞力少，施工進度快，施工場地不受限制，工期短。

3)采用粉噴樁對地基加固，從工程造價上較鉆孔灌注樁節省投資約20% ～30%，較預制樁節省約30%～40%。因此在地基加固中采用粉噴樁實為一種效果好、成本低的地基處理方法。

橋梁通車后，對橋梁的使用情況和橋梁基礎的跟蹤調查結果表明，地基最終沉降量滿足設計規范要求，使用效果良好，保證了便橋過渡的作用，證明了粉噴樁應用于小型橋涵的地基工程中是成功的。

[1] 中華人民共和國建設部.JGJ79—2002 建筑地基處理技術規范［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

[2] 中華人民共和國建設部.GB50007—2002 建筑地基基礎設計規范［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

[3] 地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2000.

[4] 施愛華.深層攪拌樁加固高速鐵路軟土地基的試驗研究［J］.鐵道建筑，2007(8):52-55.