浅谈水泥粉喷桩在水利工程中的运用

（珠海市水务建设管理中心，广东 珠海 519000）

浅谈水泥粉喷桩在水利工程中的运用

韦家庆

（珠海市水务建设管理中心，广东 珠海 519000）

水泥粉喷桩在软土地区水利工程中的应用越来越多。采用水泥粉喷桩方法加固软土地基具有许多优点，在软土地基水利工程中，尤其在珠江三角洲地带的软土地基的处理中得到广泛应用。珠海市十字沥水闸地基处理采用了水泥粉喷桩技术，取得非常理想的效果。本文以珠海市十字沥水闸工程为研究案例，从方案设计，施工控制以及检测等方面，介绍了水泥粉喷桩技术在水闸工程地基处理中的实际应用，为同类工程提供借鉴和参考。

水泥粉喷桩；水利工程；设计方案；施工控制。

一、水泥粉喷桩简介

水泥粉喷桩是利用水泥作固化剂，通过专用的粉体喷射施工机械，采用粉喷法形成水泥土桩。水泥粉喷桩本质上属摩擦桩类，介于刚性桩与柔性桩之间，具有一定压缩性。施工时先将搅拌钻头由上而下搅拌，用压缩空气将水泥粉体以雾状由下而上均匀喷入加固部分的地基土，凭借钻头和叶片旋转进行搅拌，经过多次复搅，使水泥粉末均布于桩体内，水泥与原位的软土混合，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥加固土，从而提高地基强度。这些加固体与天然地基形成复合地基，共同分担上部荷载并协调变形。

二、案例分析

（一）工程简介

十字沥水闸位于珠海市高栏港经济区十字沥水道出口处，面临黄茅海。工程建设内容为新建中型水闸1座（6孔水闸，1孔船闸）及加固334m引堤，水闸每孔净宽10m，总净宽60m，设计排涝流量472m3/s；船闸净宽16m，设计船舶吨级为500t；堤防及水（船）闸的工程级别为2级，主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。防洪潮标准为50年一遇。工程具备防洪、挡潮、通航、灌溉等综合功能。工程主要由水闸、船闸和管理设施等建筑物组成，基础为淤泥软基，因此需对其进行加固处理。设计采用水泥喷粉搅拌桩地基加固。

（二）工程地质状况

通过对十字沥水闸的地质勘察工作，揭示闸址区的主要工程地质条件如下：

（1）工程区位于珠江口入海处，属三角洲平原地貌，广泛分布较为深厚的海相沉积淤泥和淤泥质软土。根据国家标准1/400万《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），工程区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅶ度。堤防及建筑物地基大多为软土，场地土类型属软弱土，建筑场地类别为Ⅲ类，场地为对建筑抗震不利地段。应按有关规程规范进行相应的抗震设防。

（2）闸址地基淤泥土分布较稳定，厚度大。根据《水工建筑物抗震设计规范》DL5073-2000中地基软弱粘土层的液化或震陷评价标准，淤泥在地震作用下会发生震陷。

（3）十字沥水闸基础座落在淤泥土层上，淤泥土层厚度一般为10.30～18.80m，局部稍厚，其地基承载力不能满足要求，需采用复合地基或桩基处理。

（4）工程区河流以及地下孔隙水对混凝土具弱腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀性。

（三）基础处理设计方案

十字沥水闸地基采用水泥粉喷桩处理。桩径φ50cm，间、排距1m，正方形排列。软土层底高程为-12.63～-19.20m，粉喷桩穿透软土层并深入下部粘土持力层0.5～1m，桩底高程-14.0～-20.0m，桩长为13m～16.5m。为满足防渗需要，闸室底板上游截水齿墙后缘设一排加密长短相间的连续墙，长桩桩长13.5m，桩距70cm，内插短桩，桩长6.0m，套桩间距35cm。加密桩桩顶与闸底板结合处换填粘土防渗。

（四）水泥粉喷桩施工

1 施工前准备工作

①施工单位根据施工图纸规定的桩位、桩径、桩长、复勘的场地地质条件和持力层埋藏深度，选择深层搅拌施工机具。相关设备进场后，开始施工前的准备工作，进行机械组装和试运转。工程技术人员进行施工前技术交底，熟悉各种施工资料、设计图纸、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）（J220-2002）要求和详细了解地质勘察资料及《粉喷桩施工监理实施细则》。②进行场地平整，清除地上、地下一切障碍。地表过软时，采取防止施工机械失稳的措施；在边坡附近施工，应考虑施工对边坡稳定性的影响，并采取确保边坡稳定的措施。③进行成桩试验。由建设单位、设计单位会同施工单位和监理单位选择具有代表性的场地作为粉喷桩施工的试验场地。从而确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间水泥喷入量、每延米水泥用量等技术参数，施工工艺和施工参数通过监理人的审批后才能开始正式施工。④按施工图纸测放施工轴线和孔位，并对其进行妥善保护，桩位布置与施工图纸误差不得大于5cm。

图1

2 水泥粉喷桩施工

十字沥水闸工程材料选取42.5R普通硅酸盐水泥，水泥掺入量20%，每米喷射水泥65kg，施工工艺为两喷四搅。施工流程如图1。

根据十字沥水闸具体情况，做了如下相关施工工艺要求：

（1）水泥粉喷桩的材料和操作要求

采用42.5R普通硅酸盐水泥，并且按规定检测其强度和安定性，合格后才使用。在粉喷桩成型过程中，水泥用量按规定分两次喷。按照设计要求使用PJ4-1型喷粉记录仪严格控制每米喷粉量。粉喷桩的垂直偏差≤1%，施工时注意起吊设备的水平度和导向架离地面的垂直度。为了保持粉喷桩的完整性，采用连续施工，搭接桩施工间隔时间控制在24小时以内。

（2）喷粉搅拌施工方案

结合以前的施工经验和本工程淤泥层厚，抗剪强度低的实际情况，决定采用“控制水泥总用量，少量多次喷粉”的工艺，重点处理淤泥部分。在施工过程中，当桩机钻杆到达下卧粘土层或桩底标高时，关闭送气阀门，开启灰罐阀门，在原地搅拌约数秒后，待加固料到达喷粉口，再按规定档速边喷粉（约占总喷粉量60～70%）边提升至离地面0.5m处停止喷粉。桩机喷粉搅到孔口0.5m后，关闭灰罐阀门，将桩机搅拌下沉至开喷标高，然后边喷粉（约占总喷粉量40～30%）边复搅提升孔口。

（五）水泥粉喷桩检测

水泥粉喷桩施工过程受施工设备、施工方法、施工人员素质影响很大，十字沥水闸工程坚持全方位的施工监理，十字沥水闸监理人员认真对施工记录及材料货单进行检验，对已完成的粉喷桩必须按规定及时进行严格的质量检测。施工过程中必须随时检查喷灰量、桩长、复搅长度以及是否进入持力层等，十字沥水闸工程施工中有异常情况，相关人员记录其处理方法及措施。成桩 28 天后，采用钻孔取芯法和静载试验对粉喷桩成桩质量进行检测。粉喷桩施工质量允许偏差应符合规范规定。

四、注意事项

1 实践证明，地下承压水、土体高含水量及土体内水的酸碱度对水泥粉喷桩成桩质量有较大影响。运用水泥粉喷桩处理软土地基时，应对土体的含水率、土体中水分的酸碱性进行分析，确保设计、施工的可靠性、经济性和合理性。

2 采用水泥粉喷桩对水闸进行复合地基处理，其加固范围应大于水闸基础轮廓线范围。水闸与引堤连接段的基础适当范围内也需加固处理，以避免引堤连接段与水闸之间的不均匀沉降过大，造成开裂后仰变形。

3 水泥粉喷桩为隐蔽工程，施工控制难度较大，容易造成喷粉量不足，进尺不够，搅拌不均匀等质量事故。为确保成桩质量，要求施工队伍要具备丰富的施工经验，施工操作人员要有高度责任感和娴熟的技术；监理单位应全程旁站，逐一记录，严格按设计和工艺试桩参数施工。

结语

十字沥水闸工程竣工10个月后，经沉降观测，结果表明水闸主体结构物最大沉降量不到20mm，远远小于设计沉降量，说明采用水泥粉喷桩进行基础加固取得了非常理想的效果。同时，实践表明，通过采用水泥粉喷桩加固水闸地基，施工设备简便，工期短、速度快，施工过程较安静不会造成噪音污染，水泥粉喷桩加固基础较适宜在沿海软土地区使用。

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[3]张俊生.柔性基础下水泥粉喷桩复合地基试验研究及有限元分析[D].武汉理工大学，2003.

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U213 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

A