粉噴樁地基處理在荊山湖進洪閘工程的實踐

趙殿信

（安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學研究院 蚌埠 233000）

粉噴樁地基處理在荊山湖進洪閘工程的實踐

趙殿信

（安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學研究院 蚌埠 233000）

粉噴樁由于受到地質(zhì)條件、設計參數(shù)、施工工藝、過程控制的影響，施工質(zhì)量難以控制。本文就荊山湖進洪閘的施工工藝的確定、過程控制方法、地基處理效果進行闡述。

粉噴樁；復合地基；地基處理

粉體噴射攪拌法（DJM法、簡稱粉噴樁）是利用粉噴樁機將水泥干粉加到軟弱地基土中并在原位強制攪拌，通過水泥和土的一系列復雜的物理、化學變化而形成具有整體性、水穩(wěn)定性和足夠強度的水泥土的一種地基處理方法，為深層攪拌樁的一種。根據(jù)上部結構的要求，可在軟土地基中形成柱狀、壁狀和格柵狀等不同形式的加固體，這些加固體與天然地基形成復合地基，共同承擔建筑物的荷載。

這種地基加固新技術在鐵路、公路、工業(yè)與民用建筑、市政工程、水利工程等各種軟土地基處理中得到廣泛的應用。但由于多方面因素，應用中尚存在一些問題。本文就該項技術應用的成功經(jīng)驗和失敗的教訓進行總結，以促進該項技術的發(fā)展和完善。

1 工程地質(zhì)條件

荊山湖進洪閘工程位于淮河中游蚌埠市懷遠縣境內(nèi)的淮河左岸，進洪閘采用開敞式水閘型式，每孔凈寬10m，水閘共31孔，總寬度352m，水閘設計流量為3500 m3/s，為大（2）型水閘。水閘為荊山湖行洪區(qū)的進洪閘，閘址處為行洪區(qū)域。

閘址處地質(zhì)結構自上而下依次為：

①層輕粉質(zhì)壤土（Q4al～pl）（表層0.2～0.3m為2003年汛期行洪淤積），局部夾中重粉質(zhì)壤土或砂壤土，黃、灰黃色，很濕～飽和，大部分軟塑，局部呈流塑狀。天然含水率26.1%～33.3%，孔隙比0.744～0.964，為中等壓縮性土層。層厚2.2～3.0m，層底高程14.68～16.49m。

②層重粉質(zhì)壤土，局部為粉質(zhì)粘土（Q4al～pl），夾薄層輕粉質(zhì)壤土透鏡體，褐黃、棕紅色，很濕～飽和，軟塑～流塑。天然含水率25.7%～50.0%，孔隙比0.735～1.434，為高壓縮性土層。層厚1.6～4.0m，層底高程11.35～13.79m。

③層砂壤土夾極細砂，局部夾薄層粘性土（Q4al～pl），灰黃色，下部灰色，飽和，大部分為松散狀態(tài)，局部稍密。天然含水率24.5%～29.8%，孔隙比0.694～0.849，層底高程10.26～12.85m，為中等壓縮性土層。

④1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土（Q4al～pl），局部夾輕粉質(zhì)壤土及粉土薄層，灰色，很濕～飽和，軟塑～流塑。天然含水率52.3%～53.9%，孔隙比1.477～1.546，層厚0.6～2.6m，層底高程8.57～10.41m，為高壓縮性土層。該層僅在左側岸墻閘中心線兩側部分鉆孔揭露。

④2層重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土（Q4al～pl），局部為淤泥質(zhì)，夾中～輕粉質(zhì)壤土薄層，灰色，很濕～飽和，軟塑，局部流塑。天然含水率25.2%～40.4%，孔隙比0.747～1.068，層厚0.9～5.9m，層底高程6.29～9.05m，為中等偏高壓縮性土層。

⑤層重粉質(zhì)壤土（Q3al），下部夾中～輕粉質(zhì)壤土，部分鉆孔含鐵錳質(zhì)結核，青灰夾黃色，濕～很濕，可塑，局部軟塑。天然含水率22.6%～29.7%，孔隙比0.665～0.877，層厚2.4～6.2m，層底高程1.47～3.98m，為中等壓縮性土層。

⑥層細砂，上部夾砂壤土，下部夾中砂，局部夾薄層粘性土（Q3al），灰黃色，局部青灰色、灰白色，飽和，中密，局部稍密。天然含水率20.4%～26.5%，孔隙比0.601～0.848，厚4.6～6.7m，層底高程－3.89～－2.15m，為低壓縮性土層。

⑦層粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土（Q1l），局部含鈣質(zhì)和鐵錳質(zhì)結核，暗綠灰、褐黃色，濕～稍濕，硬塑，局部堅硬。天然含水率21.9%～26.5%，孔隙比0.675～0.821，標準貫入試驗平均擊數(shù)19.0。

表1 粉噴樁地基處理設計參數(shù)

閘底板建基面主要坐落于第②層重粉質(zhì)土層中。

2 工程地基處理設計參數(shù)

該工程的粉噴樁地基處理的設計參數(shù)見表1。

閘底板建基面高程為15.9m，設計粉噴樁應進入第⑤層土0.5～1.0m，樁長10m左右。根據(jù)水泥土的設計強度，通過試驗確定粉噴樁水泥摻入比為15%，折合水泥用量為58～60kg/m，施工中水泥用量按照60 kg/m控制。

3 施工工藝參數(shù)的確定

工程施工前進行了試樁，由于第③層土含水率相對較小，復攪困難，試樁共進行3次，采用了3種施工工藝，每種工藝3根樁，共9根樁。各種試樁的工藝簡述如下。

3.1 試樁工藝

第一種工藝試樁，采用預攪下沉、噴粉提升（60 kg/m）、復攪下沉、提升成樁。預攪較順利，但是難以實現(xiàn)全程復攪。主要原因為上部第③層土含水率稍低。整個過程用時約30min。

第二種工藝試樁，為了避免第③層土的復攪困難，采用先預攪下沉，噴粉（60 kg/m）提升到樁長的一半、復攪下沉到樁底、提升到原停灰面以下0.5m時噴粉（60 kg/m）提升到樁頂、復攪下沉、提升到樁頂。施工過程中下部3根樁均可以復攪到底，上段勉強可以復攪到底。施工用時與第一種工藝類似。

第三種工藝試樁，預攪下沉、噴粉（30kg/m）提升到樁頂、復攪下沉到樁底、噴粉（30 kg/m）提升、再復攪下沉、提升成樁。整個過程用時42～45min。3根試樁第一次復攪均可以復攪到底，但是第二次噴粉后復攪的深度難以到達樁底。

3.2 施工工藝評述

第一種施工工藝具有簡便、效率高的優(yōu)點，不足的是未能全程復攪；第二種施工工藝可以全程復攪，但是不足是第一次和第二次噴粉的接頭難以控制，容易產(chǎn)生隱患；第三種施工工藝噴粉連續(xù)，兩次噴粉雖有可能強強弱弱疊加，但是也有可能強弱疊加，不足是施工效率較低。

3.3 試樁檢驗

為了了解第一種工藝上部復攪和下部未復攪的粉噴樁的性狀，對第一種施工工藝進行了取芯和標貫檢驗，為了比較，同時對樁周土也進行了標準貫入。此時粉噴樁的齡期為10d左右。

取樣表明整個樁體芯樣完整，均勻度上部稍好于下部。標貫結果見表2。

從試驗結果看，無論樁體的上部還是下部，相對原狀土體，強度明顯提高。

3.4 專家評審

為了慎重起見，在工藝試樁完成后隨即組織了省內(nèi)外有關專家對該工程的粉噴樁施工工藝進行評審。與會專家認為本工程地基處理的關鍵是解決沉降問題，尤其是解決不均勻沉降問題，應重點控制荷載較大（如岸墻、翼墻等）和地質(zhì)條件較差部位的粉噴樁施工質(zhì)量。

3.5 施工工藝的確定

根據(jù)工程的試樁結果和專家評審意見，最終確定的施工工藝為：岸墻、上下游翼墻和左側8個閘室采用預攪下沉到樁底、噴粉提升到樁頂（噴粉量約30kg/m）、復攪下沉到設計樁底、再次噴粉提升到樁頂（噴粉量約30kg/m）、再復攪到難以攪拌、提升成樁；其他23個閘室采用預攪下沉到設計樁底、噴粉提升（噴粉量60kg/m）至樁頂、復攪下沉到難以復攪（高程不低于12.0m）。

4 施工過程控制

影響粉噴樁施工質(zhì)量的因素很多，主要為機械設備、人員、處理的深度、水泥摻入量、水泥均勻性、樁徑和垂直度等。

4.1 施工機械

本工程使用的機械主要為武漢產(chǎn)的PH-5A型粉噴樁機械和上海產(chǎn)的GH-5機械，均可自動檢測、顯示每0.1m深度的噴粉量，自動檢測、記錄每1.0m深度的噴粉量，記錄預攪深度、復攪深度及每根樁的水泥總量。沒有準確的計量裝置就沒有可靠的工程質(zhì)量，開工之前，請計量部門對所有的計量設備進行計量檢定，合格后方投入使用。在每臺機械機架正交方向掛設垂球檢測樁的垂直度。同時每臺機械施工前，在工程樁以外進行適應性工藝試驗，待掌握工程的施工工藝和地質(zhì)條件后再施工。難以適應本工程地質(zhì)條件及工藝的機械撤離工地。

表2 第一種施工工藝標貫試驗結果

表3 提升速度-切割次數(shù)-每米工作時間的關系表

表4 單樁及復合地基承載力檢測結果

表5 工程最大沉降

4.2 粉噴樁機械的操作人員

工程開始前，對操作人員進行培訓，指出工程的施工要點、注意事項，每個粉噴樁機械正式施工前，再次重申工程的注意要點。施工過程中發(fā)現(xiàn)問題及時指出，若問題比較多且為通病時及時召開有關人員的會議，提出問題并改進。

4.3 粉噴樁的原材料

用于粉噴樁的水泥具有出廠合格證，經(jīng)過復檢合格后用于工程。工程所用水泥為PO32.5袋裝水泥。

4.4 樁底高程的確定

按照設計要求，粉噴樁的樁底應進入第⑤層土0.5～1.0m，為準確確定第⑤層土在各閘室的分布，地質(zhì)勘探部門對閘軸線進行詳細勘探，提出了軸線處的地層分布，根據(jù)地質(zhì)報告參照施工過程的條件確定每一塊底板的粉噴樁樁底高程。

4.5 提升速度的確定

我國的粉噴樁機以上海及武漢生產(chǎn)的GPP型和PH型為代表。其設備性能大同小異，以PH-5A為例，提升速度及其性能[1]如表3。

由表3可以看出，無論何種擋位，每米的切割次數(shù)是相近的，不同的是每米的工作時間。每米的工作時間長，噴灰的時間也長，有利于灰量控制，可以使灰量均勻，但工作效率低。擋位高時，每米的工作時間短，噴灰量難以控制，但效率高。此外復攪拌提升速度快時鉆頭反壓土體的時間也短，不利于工程質(zhì)量，因此對于施工速度，下沉時可以不受限制，只同鉆機的功率及地層的軟硬有關，但提升時不能太快。本工程采用以Ⅱ～Ⅲ擋作為提升速度。

4.6 噴粉攪拌的提升時機的確定

為防止管路系統(tǒng)堵塞，在不需要噴粉的下沉過程中必須不斷噴氣，在預拌到樁底開始送粉時，不能立即攪拌提升，因為水泥粉在管路系統(tǒng)中尚需一定的傳輸時間，因此在樁底應停留一定的時間，停留時間的長短與輸灰管路的長短有關，一般在底部停留30s可以保證底部的工程質(zhì)量。

4.7 粉噴樁施工過程控制

施工過程中每臺機組都有質(zhì)檢人員跟班值班，檢驗并記錄樁長、垂直度、每米噴粉量。定期檢驗鉆頭直徑是否符合要求。樁長除根據(jù)儀器顯示外還根據(jù)機架上標注的深度復核儀器的記錄是否正確。垂直度采用在機架上正交方向懸掛垂球的方法測量。

5 地基處理效果

5.1 復合地基檢驗

根據(jù)工程完成后的檢驗，該工程的的樁徑、樁位偏差滿足設計和規(guī)范要求。第三方檢測報告表明，閘室、翼墻、岸墻的單樁、單樁復合地基、4樁復合地基承載力均滿足設計要求。單樁及復合地基承載力檢測結果見表4。

5.2 工程沉降觀測

該工程地基處理于2004年6月完工，即對各個閘室、翼墻、岸墻的沉降進行了定期觀測，2006年7月驗收時，觀測資料表明，工程沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定，沉降量小于設計沉降量。閘室和岸墻和翼墻最大沉降見表5。

5.3 工程運行狀況

工程自2006年7月投入運行以來，經(jīng)歷了2006年的分洪檢驗和近年來的淮河洪水檢驗。監(jiān)測表明，工程沉降已經(jīng)穩(wěn)定，各部位沒有出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，工程運行狀況良好。

6 結論

（1）粉噴樁地基處理在地質(zhì)條件清楚、設計合理、施工工藝符合地質(zhì)條件、施工過程控制方法得當?shù)臈l件下，可取得較好的加固效果。

（2）檢測資料、工程沉降觀測和工程運行效果都證明，荊山湖進洪閘粉噴樁地基處理效果滿足工程需要

[1]趙殿信.粉噴樁施工質(zhì)量控制方法[J].安徽建筑，2001,1:54-55.

趙殿信（1964-），男，高級工程師，主要從事工程檢測、監(jiān)理及相關試驗研究工作。

E-mail：zdxwdh@163.com