揭陽市榕江大圍堤防工程中粉噴樁在軟基處理中的應用

摘要：粉噴樁處理軟基的一般設計模式、施工技術要點及應用效果，粉噴樁處理高含水量、高塑性的軟弱地基，由于其作為一種復合地基，能較好地與堤基土層相協調，適應防洪堤的構造要求。

關鍵詞：粉噴樁；軟基；應用

1、工程概況

廣東省揭陽市榕江大圍位于揭陽市境內，榕江南、北河從揭陽市區穿境而過，形成“兩河四岸”的城市分布格局，并將市區分成東山曲溪、磐嶺、榕城漁湖和梅仙四片，是揭陽市重點的城鄉水利防災減災工程項目。由于該堤段均為新建堤段，由于該堤段地質情況較為復雜，地層變化大，堤基存在較厚的軟弱淤泥層，而軟土地基作為一種常見的不良地基，它給堤防工程建筑物造成極大的危害，因此，該堤段采用了水利工程中較為常見的粉體噴射攪拌法（簡稱粉噴法）加固軟土技術處理堤基，以達到提高堤基承載力及滿足堤身的變形要求，從而保證堤防工程的安全。

2、工藝原理與流程

粉噴樁施工是用改制的螺旋鉆機，將鉆桿鉆至設計要求土層深度。鉆頭到達下部持力層 后，用莊縮空氣將水泥粉經鉆桿內孔輸送到鉆頭上特制的噴嘴，隨同鉆頭旋轉向四周土體噴 射；同時鉆桿以一定的速度提升，鉆頭的葉片將四周一定范圍內的土體自上而下不斷切割，使 土體與水泥攪拌混合膠結，硬化后即可形成一定直徑的強度高于土層的固結體。水泥加固軟 土是基于水泥與加固土的物理化學反應。水泥顆粒表面礦物很快與土體中的水發生水解和 水化反應，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化侶酸鈣、水化鐵酸鈣。水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續硬化，形成水泥石骨架，有的與周圍具有活性的粘土顆粒發生反應，形成水泥 土的團粒結構，土顆粒周圍充滿水泥凝膠體，一個月后，填充到顆粒間的空隙中，形成網狀結構物，五個月時，纖維狀結晶輻射向外伸展，產生分叉，并相互連接形成空間網狀結構增加土體 的 強度。

粉噴樁的施工程序如下圖：

3、軟基處理方法分析

粉噴樁是粉體噴射攪拌加固軟土技術的總稱。定名為D r yje t M a x i ngme h 0d（簡稱DJM）。粉噴樁是利用專門設備，借助壓縮空氣，將粉體加固材料（如水泥）噴射，并在加固的深層軟 土地基中強制原位攪拌壓縮，并吸收周圍水份，產生一系列物理化學反應，形成具有一定強度 的水泥土樁體，并與樁間土共同作用組成復合地基。此方法工藝簡單，施工方便，對周圍環境、建筑物影響較少，處理后的復合地基承載力可達160一180kg以上，比天然土基容許承載力 提 高1.0一1.5倍；并且土體壓縮性明顯減少，可以有效的減少地基沉降量；抗側向變形能力有所提高，加地基強度形成，具有良好的技術經濟效益。其不足是用粉噴樁處理軟土層時，若樁未穿透軟土層會造成未處理部分軟土層的沉降量增加，沉降速度變慢。因此，用粉噴樁處理軟基時應將整個軟土層穿透。同時由于受機械設備影響，一般設備粉噴樁處治的軟土最大深度不能超過22米（特殊設備不超過26米）。

4、地基處理設計方案的確定與設計

設計方案的確定根據對該堤段堤型設計斷面的初步分析和多方案比較后，選定采用鋼筋混凝土防洪墻結合墻后填土的復合堤型結構，考慮到堤基土層的地質條件，根據確定的堤型斷面，新建堤身防洪墻高度及填土高度較大（大部分超過3.0 m），作用于防洪墻的基底應力也較大，其相應要求的地基允許承載力為 90 ～ 110 k P a（隨防洪墻的高度而變化），均大于淺層地基土承載力標準值 85 k P a，并大大超過下臥淤泥層的承載力標準值 <40 k P a。此外，由于城市堤防工程對堤身的沉降變形和地基的防滲要求較高，故采用較為簡單的去土換砂的方法難以滿足設計要求，而根據本地區及鄰近地區類似工程的經驗，經對采用鉆孔灌注樁、打入式預制樁及粉噴樁處理堤基的方案進行技術經濟等的綜合比較。經比較，認為粉噴樁具有工程造價低、施工噪聲低、振動干擾小、無棄土棄渣污染環境等優點，并能適合類似該堤防工程對地基要求不太高的條件。

5、工藝性試樁

粉噴樁正式施工前要先進行成樁試驗，水泥摻入粉噴樁施工前應做好加固土室內試驗，根據設計要求的無側限抗壓強度，按7天齡期的試驗成果求出合適的摻入比，7天齡期抗壓強度不小于1100KPa.以確定：①要穿過軟土層的實際深度；②了解各軟土的阻力，以確定鉆進及提升速度和噴粉量。在實際工作中根據其抽芯質量情況發現，對含水量較大的軟土，提升速度要慢，風量要大才能保證成樁質量；對砂層，特別是粗砂層，提升速度應較淤泥層快，風量應較淤泥層的小。（3）各主要工序的質量控制要點。

①樁基就位：根據設計，確定加固放置機體位置的基礎（即加墊砂層），使攪拌樁機機軸保持垂直，以防打斜樁，影響樁基承載力。

②下鉆：啟動攪拌樁機，鉆頭邊旋轉邊鉆進。為不致于堵塞噴射口，此時并不噴射加固材料，而是噴射壓縮空氣，可使鉆進順利，減小負載扭距。隨著鉆進，準備被加固的土體在原位受到攪動。

③提升鉆頭并反轉：在提升過程噴粉攪拌，通過粉體發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。要根據地質情況，決定提升速度，以得到較均勻的水泥土樁，提升速度根據試樁參數確定。

④提升結束：當鉆頭提升到距地面30～50cm時，發送器停止向孔內噴射粉料，成樁結束。這時由于裝置的回路是封閉的，粉體不會向空中噴射和飛散。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，粉粒不會溢出地面。一般在設計樁頂預加50cm樁長作為破除樁頭用。

⑤復拌：停止噴粉，鉆頭邊旋轉邊鉆進，直至設計深度處，再邊提升邊反向旋轉，使土體和粉體充分拌和，土體被充分粉碎，水泥粉被均勻地分散在樁土中，復拌是保證成樁均勻和提高樁體強度的有效措施。

6、施工技術要點

由于本堤段堤基為軟弱淤泥土層，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高及承載力低等特點。在收集場地內詳細的工程地質、水文地質等資料的基礎上，綜合了解堤址地形、地貌等現狀特征，在粉噴樁施工前應準備施工場地的工程地質報告、土工試驗報告、室內配合比試驗報告及粉噴樁設計主要尺寸資料，并注意以下施工技術要點：

1）為有利于粉噴樁樁機的正常施工與操作，施工場地需先進行平整，清除地表一切障礙物，然后回填中砂填筑樁機平臺，以滿足樁設計停灰面標高以上覆土層厚不少于 50 c m 的要求。

2）施工前，應在現場取原狀土作配合比試驗，為現場施工和抽檢提供依據。

3）施工前，施工人員根據設計所要求的每根樁均粉噴樁的施工勻噴粉的噴粉量，按采用“兩噴四攪 ”的施工工藝流程進行操作準備。

4）噴粉或噴氣時，當氣壓達到0.45MPa時，管路可能堵塞，此時應停止噴粉和鉆進，查明堵塞原因，及時排除。

5）鉆頭鉆至設計深度，應有一定的滯留時間，以保證加固粉料到達樁底。施工采用長約 30 m送料管時，滯留時間為 2 ～3 m i n。

6）整個制樁過程因故出現斷粉，應及時補噴，補噴重疊長度不得小于 0.5 m。

7）粉噴樁施工接近地面標高時，地面以下 1m 范圍內噴粉、攪拌、提升應用慢速，當噴粉即將出地面時，宜停止提升，攪拌數秒鐘，以保證樁頭攪拌均勻和密實。

8）粉噴樁施工完成 28d 后，才能進行上部結構施工。

7、施工質量檢測與工程觀測

1）粉噴樁按規范在成樁后 7 d 內抽取 2%樁數采用輕便觸探（N 10）檢查樁的質量，觸探點在樁徑方向1/4 處。共檢測 400根樁，檢查結果為：當貫入 100 m m，N 10擊數均超過規范要求的 10擊，其中 7d 最大可達 62擊，達到設計要求。

2）對成樁 28 d 后的粉噴樁進行抽芯取樣檢測，抽檢比例約為 2‰（每 5個單元堤段 5 ×16 m取 1根樁），共檢測 40 根樁，檢查結果為：樁體抗壓強度在2 653 ～ 3 536 k P a 之間，超過設計樁身強度值 2 100k P a，并大于樁身允許承載力 1 200 k P a（強度折減系數0.57），符合設計要求。

8、結語

在城市防洪工程的軟基處理中，由于城市堤岸沿線原有建（構）筑物分布密集，部分堤段還由于施工場地條件差、堤基處理施工線長和工程量大，在此施工條件下采用深層攪拌鉆孔成樁技術，對地基及周圍建筑物擾動小，施工中振動小、噪聲低，無污染環境，有良好的社會效益。施工作業安全可靠，施工操作工藝簡單，機械設備要求較低，工程造價低，有著顯著的經濟效益。