水泥粉喷桩技术在市政道路工程中的应用分析

邹伟光

摘要：在市政道路工程中，水泥粉喷桩技术有着极为广泛的应用。然而，地基的牢固、结构和性能对于市政道路有着不言而喻的重要作用，在实际的道路工程设计中，出现天然土质不良的地基是一种常见的现象，如果对软土路基的处理不当，将会导致路基失稳、路面开裂，引起路基下涵管弯曲和路基路面横坡变小等问题，严重者甚至导致路面彻底破坏。基于此，文中笔者从水泥粉喷桩加固软土路基的原理入手，对水泥粉喷桩在市政道路上的技术要点和施工工艺流程及控制、检测进行了简要的介绍，并对水泥粉喷桩技术的应用优势进行了总结，希望达到更有效地促进水泥粉喷桩技术普及和推广的效果。

关键词：水泥粉桩技术、市政道路、应用

中图分类号： TU99 文献标识码： A

一、前言

在道路工程中，道路地基的牢固与否、道路结构与性能均对于道路工程有着不言而喻的重要作用，在实际的道路工程设计中，出现天然土质不良的地基是一种常见的现象，因此如何对道路工程地基进行有效加强和如何进行桩基施工就成为一项重要的问题。在实际道路工程中各种加固地基的方法有很多，应用范围和效果也不尽相同，作为道路工程建设者应该对各种加固技术有所掌握，并结合道路设计和实际的地基情况，优选出合理的地基加固和处理工艺，使其更好地达到为道路工程提供牢度地基和优良基础等效果。水泥粉喷桩技术在我国已经有了一定的应用时间，并形成了一些施工技术经验，特别在小型桥梁和涵洞的建设中水泥粉喷桩技术有了比较广泛的应用，取得了良好的运用效果，是一种经济、可靠的地基加固技术。

二、粉喷桩加固软土路基的作用原理

粉喷桩法以粉体做加固料，无需向地基中注入附加水分，并可充分吸取地下水，能够加快软土地基的沉降速率（石灰系列），减少软土地基沉降量，较快增加软土地基承载力，使大部分沉降在工前完成，进而减少了工后的沉降量。该工法加固软土路基的作用原理，具体作用有四个方面：

1、桩体作用：地基中的应力在路堤填筑荷载作用下按材料模量进行分布。由于粉喷桩的刚度较桩周围土体大，因此产生应力集中，大部分填土荷载由粉喷桩承担，桩间土所受作用应力相应减少，这样就相应提高了原地基的地基承载力，亦可减少地基沉降量。

2、垫层作用：通过喷注水泥粉，粉喷桩和地基土均匀原位搅拌硬结成桩体，并和桩间土结合组成一个复合地基（或称复合层）。显然，这一复合层的力学特性优于天然软土地基，起到了平均应力和扩大应力扩散角的作用。

3、挤密作用：在喷注水泥粉和地基土组成桩体的过程中，粉喷桩不再向地基土中附加注入水，反而桩体中的水泥粉对其周围的软土具有吸水、膨胀和发热的作用，同时对桩周围土起到了挤密效果。因此软土地基经加固后初期强度得到加强，在加固含水量大的软土时效果更为显著。

4、加筋作用：粉喷桩与地基土形成的桩体，除了可以增大地基承载力，还能够加强土体的抗剪强度，进而增大了填筑软基路堤的稳定性。

三、水泥粉喷桩在市政道路工程中应用的技术要点

1、水泥粉喷桩在道路工程中施工程序

场地的平整清理→防线定位操作→安装机械设备→钻孔成桩

2、水泥粉喷桩成桩原理与过程

水泥粉喷桩工成桩直径要根据工程设计确定,自动喷粉计量要结合设计和实际情况,纵横向桩与桩中心间距1m,单步行程就位,通过空压机将水泥粉按参入比12%,每m桩长喷入水泥50kg的剂量由空心钻杆向钻孔中发送,在边旋转边提升中与软土均匀混合,每小时成桩2~3根。在施工过程中,对桩体材料随即做试块,并对水泥块做28天抗压强度试验。

3、水泥粉喷桩在道路工程中质量的检测

随机取样水泥土试块28天抗压强度试验结果表明,平均强度最小的一组试块为2.0MPa,大于设计值1.6MPa,计算单桩承载力标准值134.14kN,大于设计值109.76kN,计算复合地基承载力标准值205kPa大于要求达到复合地基容许承载力标准值180kPa。

四、粉喷桩的施工工艺流程及质量控制与检测

市政道路工程中软土地基的加固效果如何，与粉喷桩的施工质量密切相关，在现场施工中应确保粉喷桩的质量控制，及时进行质量检测，保证加固后的地基满足工程承载力的要求。

1、粉喷桩的施工工艺流程

为使地基加固取得预期效果，应作好施工前相关资料(地质年代，地层分布、成分，有机质含量等)的搜集、室内配合比试验和施工工艺参数的设定。

（1）标明路基中线，放样施工路段边线桩位置，平整原地面使之满足粉喷搅拌桩施工场地的要求。

（2）绘制测量方格网图，准确标定桩位，其不应超过设计规定偏差。

（3）正式施工前要先进行试桩，试桩数量不宜少于10孔，试桩浇筑28天后进行质量检测，以检测合格的试桩数据指导施工。

（4）输灰泵的标定输灰量、灰粉送达喷灰口的时长、预搅下沉速率、喷灰搅拌提升速率、重复搅拌下沉速率、重复搅拌提升速率等施工参数，强度应达到设计要求。

（5）安装设备、钻机就位，调好导向架的平整度和垂直度，使其垂直度满足设计要求。

（6）搅拌机预拌下沉，一般下沉过程中无需冲水，若遇坚硬土质必须少量冲水时，应报经监理工程师同意，并考虑桩身强度受冲水的影响作用。

（7）预搅下沉到设计深度后，开启输灰泵，按设计用量、速度、次数，将符合质量标准的水泥，在规定深度内，经喷灰口持续喷射，搅拌机具的连续搅拌，在提升至离地面0.5m处时停止喷粉。

（8）重复搅拌一次，下沉至桩底后，再提升至距地面0.5m的相同高度，最后回填桩头，一并压实养护。

（9）泵送的固化材料的时间、用量和每次搅拌机下沉、提升所用的时间等应有专人记录，对不符合预定的工艺规程的，应采取相应的措施进行调整，保证搅拌成桩的质量。

（10）关闭搅拌机具，移至下一桩位。

2、粉喷桩的质量控制

应根据粉喷桩成桩试验确定的技术参数来进行粉喷桩施工，应有专业人员随时负责记录压力、喷粉量、钻进速度及提升速度等相关参数的变化，且应满足下列要求：

（1）严格控制喷粉标高和停粉标高，不允许中断喷粉，应确保桩体的长度；在无喷粉的情况下严禁进行钻杆提升作业；

（2）应根据设计要求在距地面以下1/2～1/3桩长且不小于5m的桩身范围内重复进行搅拌，以保证地基土与固化料的均匀拌和；发现施工中喷粉量不足的，应整桩复打，且复打的喷粉量不应少于设计用量。如因设备的故障、停电等影响中断喷粉时，必须进行复打，且复打的重叠段不应少于1m。

（3）施工机具的粉体配送器必须设置粉料计量的装置，并能记录水泥瞬时的喷入量，不得使用无粉料计量的粉体配送器装置；贮灰罐的容量应大于单根桩的用灰量外加50kg；贮灰量不充足时，不得开钻施工下一孔桩；对钻头的直径磨耗值不得超过lcm。

（4）重复搅拌时应控制其下沉和提升的速度，在加固深度保证的范围内，每一层深均应得到充分搅拌。

3、粉喷桩的质量检测

粉喷桩主要利用群桩作用来提高复合地基承载力，现场的质量检测检查手段有：测量放线检查、人工直接观察、静力触探、动力触探、桩身取样强度检测、静载试验、附加质量法、反射波测试等，一般根据随机原则按规定要求对抽查桩进行钻芯取样强度检测和无侧限抗压强度试验，根据抽查结果的平均代表值判定该区段粉喷桩的施工质量，对粉喷桩的加固效果做出检测评价。

五、粉喷桩施工中的常见施工问题及处理

1、喷灰量不足

桩体加固料的剂量少于室内的配方试验所要求剂量是喷料不足的主要特点，进而导致桩体的强度满足不了设计要求。施工中由于钻头提升速度过快，超过成桩试验所标定的提升速度、由于施工现场地基原状软土与实验用的室内试料土配合比、含水量等指标不一致，土质差异较大或者未连续喷粉等原因造成喷灰量不足。一般预防及处理措施是喷灰时密切注意送料装置的数据变化，随时记录压力、喷入量和提升速度等参数变化，当喷入量不足时，应及时下沉复喷；若遇到土的密实程度和粘土含量等土体条件的变化对喷灰量的影响较大时，还应及时的调整送灰器转速。

2、混合料不均匀

由于软土地基的喷入阻力在不同深度的差异（深度愈深阻力愈大）、各层次的地基密实度和含水量差异、机械故障原因造成喷灰过程中施工中断等因素造成水泥和土体混合料的搅拌不均匀。在施工时应保证供料的连续均匀，随土层深度不同应考虑调整钻杆钻进速度，对桩身需加强部位，应重复搅拌，在重复搅拌提升时增喷水泥粉。

3、断灰或短桩现象

在检测中会出现桩体的局部区域存在没有喷灰的断灰现象，或是桩长未达到设计值要求，导致桩体不能正常的传递荷载，从而直接降低了复合地基的承载力。施工中由于袋装水泥的结块、纸屑等杂物堵塞输灰管道或者喷灰嘴，在切土下沉时没有输送压缩空气造成喷灰嘴被泥堵塞，操作配合不当使钻具提升过早等原因导致了断灰或短桩现象。喷粉前应要求水泥过筛、清除杂物，并要求管道系统保持干燥的状态。喷粉时严格按操作规程操作，在钻头下沉至设计的深度后，尚应开启灰泵两到三分钟，当感觉灰泵有强烈的冲击感之后，方能提升钻具。

4、桩径变小

由于空压机的压力太小，气流的影响范围不够大；桩周的土质密实增大了水泥粉体颗粒的阻力；钻头的磨损使喷嘴变大，压力降低等原因导致桩径变小，进而降低了单桩承载力。施工时应配备合适动能的空压机来增大压力；过程中应随时的检查成桩直径，并定期复核检查钻头（直径的磨耗量不得大于20mm，一旦超过，应加固焊接或更换磨损钻头）。

5、卡钻

由于某一地基土层土质坚硬，在开钻施工时可能出现卡钻现象。施工时，最好以慢速钻入为主。若卡钻的位置较浅，须用其它机具松土后再钻。当提升钻杆时卡钻，应停止喷粉至正常后复喷。

六、水泥粉喷桩技术在道路工程的优势

1、水泥粉喷桩技术的低成本性

水泥粉喷桩技术主要优势就是节约成本，由于应用水泥粉喷桩技术可以不需要采用钢筋，这对成本的节约非常有利。

2、水泥粉喷桩技术设备较为简单

水泥粉喷桩技术的相关机械设备的入手难度很小，很容易操作。在钻孔灌注桩存在钢护筒制作与安桩、泥浆制备、钢筋笼绑扎与吊装、水下混凝土关注、超声波监测等复杂工艺,且施工难度大,还存在坍孔与断桩等危险因素，因此水泥粉喷桩技术有着很大的优越性。

3、水泥粉喷桩技术的优越性

首先，应用水泥粉喷桩技术可以减少工人人力的投入，这对于成本的节约的有利的，而且其施工场地也没有多方面的要求。另外，水泥粉喷桩技术的施工工期较短，这也有利于工程成本的节约。其次，水泥粉喷桩技术的工程造价与其他施工技术相对来说较低一些。通过工程决算比较,水泥粉喷桩造价为11万元,而钻孔灌注桩造价为14万元,变更设计后的浆砌块石台身比原设计钢筋混凝土盖梁的造价略低,故整个下部结构比原设计节约工程造价25%以上。最后，泥粉喷桩技术的环保性能，在施工时应用水泥粉喷桩技术，可以达到无振动,无噪声的效果,对临近建筑物物干扰,不会影响周围人们的生活环境。

七、结语

综上所述，水泥粉喷桩技术是一种成本低廉、施工简便、效果良好、综合效益明显的地基加固技术。但由于软土路基地质条件等方面的复杂性，实际施工中需根据具体情况合理设计桩长、桩距、复合承载力等，在施工中严格控制喷粉量、钻进速度等参数，以保证成桩质量的可靠稳定。市政道路建设单位要对粉喷桩技术抱有认真和重视的态度，通过科学分析、有效准备、合理应用和严格施工，将水泥粉喷桩施工技术的优势彻底地展现出来，实现水泥粉喷桩施工技术工程效益、经济效益和社会效益的综合展现，为水泥粉喷桩进一步推广和应用打下坚实的基础。

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