黄河滩区工程建设中粉喷桩地基的设计施工及检测

周建伟 张建国 张文利 李凤军 陈文鹏

黄河滩区工程建设中粉喷桩地基的设计施工及检测

周建伟 张建国 张文利 李凤军 陈文鹏

（黄河水利委员会山东水文水资源局 山东济南 250100）

粉喷桩地基是高层建筑中一种新型的地基处理方法，它是一种柔性水泥土柱桩，利用桩与桩周土共同作用的结果而形成复合地基。特别适用于淤泥质粘性土，淤泥、粘性土、砂性土和充填土软土地基的加固。在设计、施工和检测时，不仅要充分考虑到桩体自身，而且要对其桩周土作岩土工程综合性评价。同时，对于完工后的桩基要作动态检测和静载检测，保证桩基的完整性，确保不发生断桩，保证单桩承载力的设计数值。本文主要总结黄河滩区工程建设中粉喷桩地基技术及施工要求。

粉喷桩地基 技术施工 检测

1 技术设计

在设计中，根据《岩土工程勘察规范》、《建筑地基设计规范》和《建筑抗震设计规范》要求，在建筑场区内要布置适当数量的钻探孔，孔深根据地质条件确定，钻探孔要包括技术孔和一般地质孔。并采取原状土样，进行标准贯入试验。然后确定桩基设计中的有关数据。

1.1岩土工程评价的内容

（1）区域气候

区域气候是了解建筑区情况的基础，必须掌握年平均气温，年平均无霜期，结冰期长短，年平均降雨量。年平均日照时数，相对湿度，最大冻土深度，最大日降雨量，最大雪压。区域内全年各风向频率。区域主导风向，全年平均风速，最大风速，最大瞬时风速，最大风压，最大瞬时风压等项目。

（2）地形、地貌及地下水

建筑区域的地形、地貌及地下水是桩基施工关键因素，要现场勘探区域内的地下水埋藏情况，掌握地下水的主要补给来源和主要排泄方式。

（3）地层及物理力学性质

对于勘测区域内的地基土要分析逐层其物理力学性质，了解各层的厚度，土质颜色，含水情况，土质的疏密程度，土层中所含矿物质等。

（4）土层液化判定23

土层液化的判定主要分两步进行。第一步是初步判定，判断依据主要是根据地基土的物理力学性质和气候情况及实践经验判断；第二步采取贯入试验判断。这是一个准确验证饱和粉土的液化的方法，主要采用标准贯入试验法进行验证（N63.5< Ncr）。验证依据的公式为：

式中：

N63.5——饱和土标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正）；

Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；

N0——液化判别标准贯入锤击基准值；

ds——饱和土标准贯入点深度（米）；

pc——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土采用3。

（5）岩土工程的综合性评价

岩土工程的综合性评价主要是确定岩土各层土地基承载力标准值fK、侧壁磨阻力标准值qai、端阻力标准值qp，为设计单桩承载力提供数据。

1.2单桩承载力的确定

设计中最为关键的一个因素是单桩承载力的确定。一般采取下列两式中的最小值。

式中：

R —单桩容许承载力，KN；

fcu—与桩身水泥土配方相同的室内水泥试块，在标准养护下，90天龄期的无侧限抗压强度平均值，KPa;

Ap—桩的截面积；

η —桩身强度折减系数；

包含ENCRYPT.H，将ENCRYPT.LIB加入PROJECT。ENCRYPT.DLL接口说明如下。

UP—桩的周长，m;

qai—桩周第i层土的容许摩擦力，KPa;

Li—桩周第i层土的厚度，m；

其中，在一些系数的取值则应根据实际情况和经验确定。一般η取值为0.35～0.40；fcu原则上由试验确定，一般取值为1200～1500 KPa；水泥掺量10%～15%，单桩承载力为120～160 KN（桩径φ=600mm左右）。

2 桩基的布设及施工

2.1桩基布设

根据岩土工程的综合性评价，依据粉喷桩地基的技术设计要求，对建筑范围内的地基桩进行布设，该项工作应由设计部门完成。

2.2桩基施工

根据粉喷桩传递荷载规律，设计上均要求桩身上部（3～5）D范围内复搅、复喷（增加喷灰量1.5%左右），以加强桩身上部强度。桩身强度要与桩土间摩擦力及桩端承载力相匹配，根据研究成果认为可选用桩端土承载力（α·qp·Ap），桩端天然地基土承载力折减系数α一般取值0.50,但在桩端质量保证措施下，设计时α取值达到0.60，qp为桩端天然地基土的承载力标准值。在施工中应注意以下事项。

在施工过程中，粉喷压力的大小控制对桩基的质量存在较大影响。对桩基所使用的空气机的压力并不需要很高，风量也不宜太大，灰罐压力应根据喷灰量的要求一般掌握在比风压高0.02～0.05MPa左右。压力过低，会因土的阻力导致粉灰出不来；压力过高，粉灰就会在短距离内全部喷射光，导致水泥超量，从而影响桩体的纵向均匀度，强度忽高忽低。在施工中，当需要调压时，应将钻机钻至发现问题部位以下，并进行空钻，然后再调整压力，等到压力正常时，方可提升钻机。这样做的优点是避免断桩。否则就会出现断桩现象。

（2）水泥质量与桩体强度

水泥是粉喷桩唯一固化材料，它的质量的优劣，直接影响桩体的强度。在施工前，一定要对水泥进行质检，标号要符合国家的标准。施工中，对不同生产日期和不同厂家的水泥一般不能混用；使用水泥前，要使用过滤网，及时清除灰块、杂物，避免影响施工质量；要注意防雨、防潮、防变质。

（3）喷灰的均匀度与桩体强度

由于土层的密实程度不同对喷灰量有较大影响，因此送灰器的转速应随土层的情况作适当调整。在施工中要避免“冒灰”现象发生，因为发生“冒灰”的现象，会使桩基上部的含灰量较少，影响桩基强度。解决“冒灰”的办法是在钻机提杆时适当的加水。另外，对于浅层硬壳层粘土，要搅拌均匀，避免钻头带动粘土柱一起转动产生同心转，一旦发生同心转，应当慢档提升钻杆。在施工时，只要按照设计时要求的复喷、复搅去施工，桩头的质量就会达到要求。

（4）桩端工艺与桩体强度

由于地质土层的好坏不一致，对于土层的土质较好的部分，为了节约材料，认为采用短桩可以达到设计时的桩端承载力。但是，在对此桩基进行施工时，除了应复搅、复喷外，钻头在到达桩底时，应该在原地旋转15min左右，以便叶片对土壤压实及水泥的充分搅拌，并应当在提升钻杆时，以慢档提升 0.50～1.00m。

（5）施工机械故障与桩体强度

在施工中，由于施工机械的故障造成断灰或其他故障时，待重新工作时，应当对停止部分进行复喷，重叠深度应大于500mm。另外，钻头应保证干净进钻。

3 桩基的检验

根据设计技术要求，桩基在主体工程施工前必须进行静力荷载试验以确定单桩复合地基承载力标准值和动态检测以测定桩身完整性和桩身质量。

3.1动态检测

（1）检验原理及仪器

因为一般桩长远大于桩的直径，因此桩可视为一维弹性杆件。当桩顶作用一脉冲力后，便有应力波沿桩身传播，在遇到桩阻抗（Z=ρAC）变化时，在变化处将产生反射和投射，通过安装在桩顶的加速度传感器测量反射信号的大小和相位。由波动理论分析，当桩身由断裂、离析、夹泥、缩径（嵌岩端承桩除外），由于波阻抗变小，反射波和入射波同相位；当桩身由扩径、扩底，波阻抗变大，反射波和入射波反相位。结合振幅大小、波速高低、反射波到达时间、频谱、相位等对桩的完整性、缺陷性程度、缺陷位置作出综合分析。

采用的测试仪器常见的有FEI—C型桩基动力分析仪，该设备是建立在波动原理、声波检测技术、土体动力学、最优化理论和计算机技术之上，属于应力波反射法。

（2）检测的样本容量及评价

动态检测触探试验的样本容量一般要求不少于完成桩的20%。评价标准一般分为完整桩、缺陷桩、报废桩。

（3）缺陷桩的修复

对于缺陷桩主要存在“桩顶损伤”和“桩顶松散”两种现象，只要在基桩上剔除缺陷部分后，用C10素混凝土灌至设计标高后即可施工。

3.2静载试验

静载试验就是检验粉喷桩复合地基承载力是否满足设计要求。检验适用的主要设备为钢梁承力架，0.50m2及1.0m2圆承压板（承重较大的桩基采用面积较大的承压板），1000KN油压千斤顶，25、40MPa精密压力表，百分表（量程50mm）等仪器设备。压重物为袋装砂子。观测办法采取逐步增重，用百分表测量地基沉降量。

试验中对于工程用桩，不宜做破坏性检验。对试验点单桩复合地基荷载检验一般均加荷至设计要求单桩复合地基承载力的两倍即可。

总之，对于这种在建筑上采用的一种新型的复合地基，仍然应当进行不断探索，为了快速、简便、全面搞好施工质量，在未有实践经验的基础上，一定要对桩基进行复合地基载荷试验，特别在无经验的地区，要进行动态检测和静载检测，确保工程质量。在检测时，要结合设计部门、施工部门、监理部门进行全面的综合评价，对于存在的问题要及时补救，决不可大意。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.023

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1672-2469（2014）03-0065-03

23作者简介：周建伟（1966年—），男，高级工程师。