粉噴樁處理軟土路基的 施工工藝及質(zhì)量控制研究

陳志軍

步入新時代以來，我國交通建設(shè)事業(yè)獲得快速發(fā)展，公路工程建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，為快速強(qiáng)化軟土路基穩(wěn)固性，去除阻礙正常施工的地質(zhì)環(huán)境因素，施工方必須合理運(yùn)用粉噴樁技術(shù)，把握土層鉆探規(guī)律與樁體建造技巧，基于軟土地基本身的物理性質(zhì)，制定完善的施工計劃，將分散的軟土凝聚為一個牢固的整體。本文主要分析了粉噴樁施工技術(shù)的基本原理與在現(xiàn)代公路工程中的應(yīng)用價值，指出了粉噴樁技術(shù)的具體應(yīng)用方式，總結(jié)了施工方可用的質(zhì)量控制措施。

為快速加固路基、改變深層地質(zhì)環(huán)境，施工方必須合理運(yùn)用粉噴樁技術(shù)，在軟土層中添加大量水泥粉體，使之發(fā)揮吸收水分、強(qiáng)化沙土顆粒密度的作用，加固粘性土地基，促進(jìn)強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性突出的復(fù)合地基的形成。這一技術(shù)具備應(yīng)用成本低廉、無振動、價格低等優(yōu)勢，在交通建設(shè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

一、粉噴樁技術(shù)的原理與在路基加固環(huán)節(jié)的應(yīng)用價值

隨著現(xiàn)代建筑業(yè)技術(shù)的發(fā)展與施工工藝的成熟，各類先進(jìn)技術(shù)設(shè)備被用于公路工程中，可起到全面強(qiáng)化路基硬度與強(qiáng)度、縮短施工周期的特殊作用。施工人員可利用粉噴樁施工技術(shù)，對承載力較差、使用壽命較短的軟土路基進(jìn)行加固處理，提升路基的承載力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在不組織換填工作的前提下改善土壤環(huán)境，促進(jìn)路基底部硬性水泥結(jié)構(gòu)的形成與強(qiáng)化，形成與周邊土壤環(huán)境相符的路基基底。粉噴樁是一種技術(shù)含量較高的專業(yè)施工設(shè)備，可被用于處理地基、改善土壤環(huán)境，這一技術(shù)設(shè)備是基于真空空氣泵動原理制作而成的，可將含有較多化學(xué)材料的粉體在短時間內(nèi)噴射到軟土地基之中，對位于一定深度的底部路基土層進(jìn)行加固處理，讓粉體在擴(kuò)張過程中不斷吸收土層中的水分，降低土層的黏性、透水性，使得土壤處于干裂狀態(tài)，粉噴樁所噴射的材料可誘發(fā)多種化學(xué)反應(yīng)與物理反應(yīng)，改變土層性質(zhì)與土壤環(huán)境，促進(jìn)人工地基的形成與進(jìn)一步演化。通過粉噴樁噴射粉體構(gòu)建而成的人工地基具備較長的使用壽命與承載力，其穩(wěn)定性高于一般的軟土地基，可提升地基的壓縮性，為后續(xù)施工留出足夠的空間。通過搭建復(fù)合式的人工地基，可全面提升地基的抗拉伸能力。技術(shù)人員可借助粉噴樁向軟土地基底層噴射大量液態(tài)水泥漿，通過合理配制并使用特殊材料，縮短復(fù)合式地基的形成時間，提升其強(qiáng)度與承載能力，對軟土進(jìn)行固化、整合處理，讓軟土地基在短時間內(nèi)快速沉降到指定位置。相對于其他類型的地基加固處理技術(shù)而言，粉噴樁技術(shù)具備成本低廉、見效快、施工時間短等特殊優(yōu)勢，可被用于大型公路建設(shè)工程之中，通過批量使用粉噴樁技術(shù)與配套的機(jī)械設(shè)備，可將軟土地基的振動控制在一定范圍內(nèi)。施工方必須根據(jù)地基的基本性質(zhì)、周邊地質(zhì)環(huán)境因素，選擇更好的加固技術(shù)，減少鋼材、鋁材的使用量，控制施工成本。

二、利用粉噴樁技術(shù)處理軟土路基的有效施工工藝研究

1.做好施工準(zhǔn)備工作

在組織開展粉噴樁施工之前，施工人員必須調(diào)整儀器使用方式，設(shè)置合理的內(nèi)部技術(shù)參數(shù)，如氣壓、輸出功率、噴口直徑等，基于施工計劃，對必須大量使用的工程原材料進(jìn)行核查、檢驗，評估材料的可用性與質(zhì)量，針對水泥、石灰、鋼筋等材料，按照固定方案進(jìn)行調(diào)配與改進(jìn)，評估不同路段粉噴樁施工活動中的材料總用量。施工方技術(shù)人員可根據(jù)二維平面設(shè)計圖，在施工現(xiàn)場利用記號筆、移動激光信標(biāo)等設(shè)備，標(biāo)定粉噴樁施工樁位的具體位置，將標(biāo)定誤差控制在10cm 以內(nèi)，盡可能地為后續(xù)施工提供便利。施工人員還應(yīng)做好重復(fù)性檢測施工，評估樁位具體標(biāo)定位置與實際位置的差異大小，在施工現(xiàn)場附近搭設(shè)鋁合金結(jié)構(gòu)的覆蓋篷，利用塑料膜、蓋板等器材，快速鋪設(shè)防水層，避免施工地點鋪設(shè)的水泥受到降水或潮濕空氣的影響。施工方必須基于工程檢測報告、樁位平面圖、土工測驗書等文件，在短時間內(nèi)完成場地平整工作，結(jié)合施工圖紙，對工程現(xiàn)場進(jìn)行整修，去除阻礙粉噴樁正常施工的障礙物與垃圾，避免樁位附近的碎石與小塊垃圾掉入路基底部。施工方必須組織開展多角度的廣泛測量活動，評估施工現(xiàn)場情況，標(biāo)注出待施工軟土路基的具體位置，并準(zhǔn)確測量不同施工樁體之間的相對距離。施工人員應(yīng)當(dāng)及時做好場地平整與清理工作，使得場地整平標(biāo)高高于施工方案20cm 左右，如果經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)高度不足，則必須在施工場地表面大范圍回填80cm 厚的砂礫土，以此全面提升地面承截力，分散地基所承受的壓力。

2.調(diào)試常用設(shè)備，組織規(guī)范化施工活動

在具體施工中，技術(shù)人員必須調(diào)整粉噴樁技術(shù)中鉆機(jī)設(shè)備的水平度與具體位置，使之按照預(yù)定計劃進(jìn)行規(guī)范性施工，技術(shù)人員可提前測量鉆桿與軟土地基的垂直距離，使用全站式檢測儀進(jìn)行測量，盡可能地縮小施工操作誤差，控制打樁點之間的距離，提升粉噴樁施工技術(shù)的應(yīng)用效果。為避免鉆機(jī)在移動過程中發(fā)生位移并使得施工精確度下降，施工人員可在鉆機(jī)底板上安裝大塊重量較大的鋼板，使得鉆機(jī)在以最大功率進(jìn)行施工的過程中不會因反沖力而發(fā)生位移，以此提升施工質(zhì)量。施工方必須評估水泥材料與軟土地基在黏性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等不同領(lǐng)域的差異，基于施工要求，開展系統(tǒng)性檢測，評估水泥的抗壓強(qiáng)度。為保證粉噴樁技術(shù)得到正確應(yīng)用，施工方可在開展軟土地基加固活動之前，組織實驗性施工活動，選擇位于不同地點的試驗樁開展噴射施工，檢驗常用技術(shù)設(shè)備的性能與建造工藝的可用性，準(zhǔn)確設(shè)置可提升樁體穩(wěn)定性與水泥噴射范圍的技術(shù)參數(shù)，使之成為后續(xù)項目正常施工的可用依據(jù)與參考材料。針對含水量較高的軟土地基，施工方必須分析樁體的受力情況，在樁體發(fā)生位移或形變時，采用合理措施，在待填充的土層中補(bǔ)充更多水分，注入水泥漿或經(jīng)過提純處理的水，使得軟土地基的含水量大于50%，以此保證樁體的穩(wěn)定性，在發(fā)現(xiàn)某路段粉噴樁施工的噴灰量不足時，必須組織開展補(bǔ)灰操作，保證其強(qiáng)度達(dá)到施工要求。在發(fā)生斷樁、設(shè)備停機(jī)等問題時，施工方必須找到導(dǎo)致問題的原因，清理斷樁遺留的材料，組織開展補(bǔ)樁與樁體修復(fù)活動。為避免出現(xiàn)粉體顆粒直徑不一堵塞噴射口的問題，施工人員應(yīng)當(dāng)對真空壓力機(jī)的基本參數(shù)如壓力、空氣壓縮效率進(jìn)行調(diào)整，并及時清理噴頭，使得壓力機(jī)能夠噴射出直徑相同的粉體顆粒。

施工方必須調(diào)整鉆孔、噴灰等環(huán)節(jié)的施工方式，使得一線技術(shù)人員基于實際情況，控制好風(fēng)壓與設(shè)備內(nèi)部的氣壓，保證噴灰環(huán)節(jié)施工的正確性，根據(jù)軟土地基的深度、覆蓋范圍、地層氣壓大小，調(diào)整設(shè)備的風(fēng)壓，以此保證粉體能夠快速達(dá)到指定位置。技術(shù)人員必須保證風(fēng)壓的強(qiáng)度高于土層內(nèi)部空氣壓力，避免發(fā)生設(shè)備停機(jī)、粉塵倒灌等問題，針對黏性較大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高的土層，可適當(dāng)調(diào)大風(fēng)壓，讓粉料借助高速噴射的空氣流入軟土地基之中，改變地基的基本成分，技術(shù)人員還可操控鉆機(jī)，使之插入新形成的土層進(jìn)行攪拌處理，使得水泥中的硅酸鹽、鋁酸鈣等化學(xué)物質(zhì)和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成黏性較大、具備較強(qiáng)承載力的特殊物質(zhì)，以此全面提升施工質(zhì)量，縮短粉噴樁施工的時間周期。

3.控制水泥用量，提升樁體質(zhì)量

在利用粉噴樁技術(shù)加固軟土地基時，必須根據(jù)施工要求與現(xiàn)場情況，調(diào)整粉體中的水泥材料摻入量，例如在制作樁體的過程中，必須提升水泥用量，使之超過正常樁體制作的水泥最大用量，使用質(zhì)量較高、不含有雜質(zhì)與異物的水泥材料。技術(shù)人員必須正確操作設(shè)備，讓鉆機(jī)沿著正確方向進(jìn)行鉆探，鉆機(jī)鉆頭旋轉(zhuǎn)速度必須保持前后一致，采用順時針方向卷繞法完成向下掘進(jìn)工作。在鉆進(jìn)過程中，必須將鉆機(jī)的鉆探速度控制在每分鐘3 米左右，并同步操控真空噴射設(shè)備，使之同步噴射出粉體，做好樁體制作準(zhǔn)備。在組織鉆進(jìn)之前，技術(shù)人員還可使用小型振動設(shè)備，對鉆進(jìn)點附近的軟土地基進(jìn)行攪拌，提升其中土料的均勻度，避免噴射設(shè)備的出口被軟土所堵塞。在鉆機(jī)鉆進(jìn)到6 到8 米深度時，必須適當(dāng)?shù)亟档豌@頭的旋轉(zhuǎn)速度與鉆進(jìn)速度，使之保持在每分鐘1 米左右，并使用重力探測設(shè)備對鉆頭在土層中所受壓力進(jìn)行測量，評估其是否到達(dá)了進(jìn)行噴射施工所需的土層深度。在達(dá)到相應(yīng)深度后，技術(shù)人員可操控鉆機(jī)，使之進(jìn)行反向快速旋轉(zhuǎn)，同步開啟真空泵動設(shè)備，使之沿著固定方向噴射出液態(tài)材料，將設(shè)備內(nèi)部的氣壓調(diào)節(jié)到2 千帕左右，噴粉位置必須控制在鉆頭下方50 厘米處。在進(jìn)行首次噴粉攪拌后，水泥與土發(fā)生水化作用，促使不均勻結(jié)核顆粒形成并逐步擴(kuò)大，使水泥加固土對鉆桿的摩阻力大大增加，尤其是粘性地層，在攪拌時常會出現(xiàn)“粘鉆”現(xiàn)象，粉體可在短時間內(nèi)逐步形成穩(wěn)固的樁體，技術(shù)人員可根據(jù)現(xiàn)場施工需求，在通向地基的通道中播撒固化劑，以此提升土層路基的穩(wěn)定性。在粉體逐步凝固的過程中，施工方必須及時關(guān)閉機(jī)械設(shè)備，使得管道內(nèi)部空氣壓力逐步下降，使之與軟土地基內(nèi)部氣壓保持完全一致，避免粉體噴射范圍過大導(dǎo)致地基強(qiáng)度下降。

三、提升粉噴樁技術(shù)應(yīng)用效果的質(zhì)量控制措施分析

為保證粉噴樁技術(shù)能夠得到正確應(yīng)用，使得施工方能夠快速改變軟土路基土質(zhì)與土壤成分，一線施工人員必須把握工程質(zhì)量控制要點，做好現(xiàn)場施工監(jiān)督與管理工作，調(diào)整施工工藝與建造流程。在組織施工之前，必須對粉噴樁施工技術(shù)常用的設(shè)備、原材料進(jìn)行檢查，調(diào)試鉆機(jī)與真空加壓機(jī)等設(shè)備，評估其能否在使用過程中發(fā)揮基本功能，觀察噴嘴和鉆頭是否出現(xiàn)磨損狀況，如果存在這種情況的話，需要及時更換設(shè)備，保證能夠符合實際施工的需要，主動淘汰使用時間較長、無法持續(xù)運(yùn)作的老舊機(jī)械設(shè)備。施工方還應(yīng)組織管道核查活動，評估鏈接地表與軟土地基的管道的密封狀況，采取措施全面加固施工現(xiàn)場提前安裝的零部件與打樁點標(biāo)識。在組織噴粉活動時，必須保證施工的連貫性，避免外部因素打斷正常施工，在完成噴粉與后期攪拌工作后，可借助遠(yuǎn)程探測設(shè)備與遙感設(shè)備，對軟土地基的變化狀況進(jìn)行探測，評估新形成的地基所具備的穩(wěn)固性與沉降幅度，在路面的中心線附近設(shè)置觀測點，基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，組織開展檢測活動。一旦發(fā)生噴粉中斷、設(shè)備停機(jī)等問題，施工方必須及時在2 到3 小時內(nèi)，組織復(fù)打活動，將粉體噴射范圍的重復(fù)面積控制在2 到4 平方米以內(nèi)，在遭遇通道粉體堵塞等問題時，可使用小型振搗設(shè)備敲打堵塞管道，去除堵塞噴口的粉塵與其他類型的物質(zhì)。由于粉噴樁技術(shù)的應(yīng)用成本較低，樁體形成時間較長，返工容易消耗大量工程資源，不利于后續(xù)施工活動的正常開展，因此必須做好質(zhì)量控制工作，對地基結(jié)構(gòu)變化狀況、路基穩(wěn)定性進(jìn)行現(xiàn)場檢測，詳細(xì)記錄噴粉量、噴射范圍、高低氣壓差等參數(shù)，嚴(yán)格控制粉噴樁的長度。

四、結(jié)語

通過合理運(yùn)用粉噴樁技術(shù)加固公路工程中發(fā)現(xiàn)的黏性軟土路基，可有效減少地基的整體沉降量及水平位移量，可使得新形成的地基適應(yīng)加荷速率，避免其形成過大的附加沉降等。在利用這一技術(shù)有效加固軟土地基后，地基整體性、水穩(wěn)定性及強(qiáng)度都有大幅度提高， 施工方必須組織質(zhì)量檢測活動，評估樁體強(qiáng)度是否達(dá)到計劃標(biāo)準(zhǔn)。