粉喷桩在水闸软土地基处理中的应用

程德坤

(安徽省六安市金安区水利局 237011)

1 概况

水泥粉体喷射搅拌桩(粉喷桩)是利用粉体喷射搅拌机械在原位钻孔至土层深部后，借助压缩空气，将水泥干粉以雾状喷入需加固的软土中，经搅拌机叶片原位搅拌水泥干粉吸收土中的水分后，发生一系列物理化学反应，硬结成整体性好、强度较高的水泥土桩体，与桩间土一起形成复合地基，从而提高了软土地基的强度，减少了软土地基的沉降量。某分洪闸枢纽工程闸室每孔净宽8.0m，闸室总宽127.6m;底板为筏式结构，采用空箱式岸墙，格仓式翼墙。闸室、岸墙及上游翼墙基础均位于②层淤泥质黏性土层上，该层土的强度低、压缩性高，采用天然地基难以满足承载力和变形的要求，经设计分析后对分洪闸闸室、岸墙及上游翼墙处的地基均采用粉喷桩进行加固处理。施工时地面高程约16.0m，设计桩径为500mm，有效桩长约4.0m左右，桩位采用满堂布桩，桩距95cm×95cm，加固处理后的复合地基承载力特征值达到96kPa。

2 闸基下的工程地质特性

闸址处的地层属于淮河涡河冲积、淤积层，具有较典型的河流相冲积、淤积层特征。闸底板高程14.47m以下的土层分布如下:

②层淤泥质重粉质壤土:流塑—软塑状，饱和，含贝壳及腐殖质，土层底深度3.0m，层厚度3.0m，层底高程11.6m。该土层的含水率23.4% ～58.2%，平均值41.8%;天然密度1.70～1.89g/cm3;平均值1.76g/cm3;孔隙比0.864～1.546，平均值1.307;抗剪强度黏聚力4～28kPa，平均值 9.7kPa;内摩擦角 0 ～4.2°，平均值2.2°。该土层为闸室的主要持力层。

③层重粉质壤土:可塑—硬塑状，夹薄层轻壤土，土层底深度7.47m，层厚度4.60m，层底高程7.0m。该土层的含水率21.2% ～52.3%，平均值25.9%;天然密度1.69～2.06g/cm3;平均值 1.99g/cm3;孔隙比0.609～1.478，平均值0.737;抗剪强度黏聚力平均值36.9kPa;内摩擦角平均值14.2°。粉喷桩桩端坐落在该层上。

3 粉喷桩的施工及质量控制

3.1 工程桩施工参数的确定

为了确定各种施工操作技术参数，便于施工过程中的质量控制，在粉喷桩施工之前，在4号闸底板下选择了代表性的部位进行工艺性试成桩试验，根据室内配比试验结果进行工艺性试桩，通过在工艺性试验桩上对水泥土桩身的轻便触探试验得出的结果和对各项施工参数的对比，确定工程桩的施工质量控制结果为:

a.钻进速度 1.2～1.5m/min，平均提升速度0.8m/min，搅拌速度30r/min，钻进、复搅与提升时管道压力0.1MPa≤p≤0.2MPa，喷灰时管道压力0.25MPa≤p≤0.40MPa。

b.桩底深度控制:粉喷桩身穿透软弱土层到达强度相对较高的③层土作为持力层，深入③层土不少于100cm且采用2档位钻进时电流表的读数值不小于80A，并且持续深度达到50cm以上，当满足上述两个条件时说明桩端已进入持力层。以此作为控制桩底深度的依据。

c.喷灰量控制:为了加强桩底端的质量，减少变形量，每次在喷灰提升前，必须在桩底原位搅拌，使桩底喷灰量达到50kg后，才允许提升喷灰;提升必须保证每延米的喷灰量不小于55kg，对喷灰量不足的桩身段进行施工的过程中应随时注意补喷直至满足要求。

3.2 粉喷桩的施工

a.根据工艺试桩确定的各种操作技术参数制定出详细的施工要点。严格控制钻孔下钻预搅下沉的深度、喷灰及停灰面高程，确保粉喷桩长度和喷粉量达到规定要求，施工过程中桩的深度误差不得大于5cm。粉喷桩穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层，并深入③层土100cm，且2档位钻进时电流表的读数值不小于80A并持续50cm以上。

b.每次搅拌机下沉或提升的时间必须有专人记录，时间误差不大于5s，提升前要有等待送粉到达桩底的时间且必须保证在桩底原位搅拌，使桩底喷灰量达到50kg后，才允许提升，防止出现提升却未喷粉的情况。

c.由于闸底板以下为满堂布桩，成桩施工顺序从四周边开始向中心进行，相邻两根桩采用间隔跳打的方式进行施工。

d.为了使桩身水泥土均匀，提高桩身的强度和变形，对水泥土粉喷桩的桩身全长进行复搅。当达到规定的停灰面后，即进行复搅，当遇到复搅困难时，可以沿着钻孔注水的方式，来减小复搅阻力。钻进提升和复搅时管道内的压力不宜过大，以防淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。停灰面必须达到设计桩顶以上30～50cm。

e.断灰段的处理:成桩过程中因故停止喷灰应及时分析原因后，将搅拌头下沉至停灰面以下1.0m处，待恢复喷粉时再喷粉搅拌提升，重新喷粉搅拌提升时，搭接段的喷粉量仍按每米不得小于55kg进行控制。因提升速度过快造成每延米喷粉量达不到要求的应及时进行补喷。

4 加固效果

闸底板施工完成后，在其加固的范围内分别进行了单桩复合地基和四桩复合地基的竖向静载荷试验，单桩复合地基的承载力特征值≥118kPa，对应的沉降量≥4.20mm，四桩复合地基的承载力特征值≥120kPa，对应的沉降量≥1.50mm。说明闸底板的设计承载力特征值采用96kPa是合适的，加固的效果也是明显的。对开挖出的桩身水泥土芯样的无侧限抗压强度为2.56～3.50MPa，满足设计强度不小于2.0MPa的要求。该闸建成后运行正常，未出现明显的沉降和不均匀沉降现象。工程实践证明采用粉喷桩加固淤泥质软土地基只要施工工艺正确，施工中严格工程质量控制，就能取得比较经济而且显著的加固效果。