粉喷桩加固软土地基在保税区的应用

杨宝军

摘 要：通过分析粉喷桩的加固原理、施工工艺、施工方法、检查方法和实际应用效果，阐述了其在加固软土地基中的实践应用，并证实此种方法是加固软土地基的优选方案。

关键词：粉喷桩；加固处理；软土地基；承载力

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）19-0053-02

随着我国经济建设的快速发展，在土木建筑、水利水电、铁路交通和化工化学等工程中，经常遇到较软性土（也称为软土）等不良地基，出于对地上建筑稳定性和安全性的考虑，就必须对此类地基进行相应的处理。地基处理技术除了常用的挽填法、振冲法、强夯法、深层搅拌法、灰土挤密桩法和高压喷射注浆法等外，还有目前已被广泛应用的喷粉桩地基、排水固结地基、水泥粉煤灰碎石地基、土工织物地基和树根桩地基等。其中，粉喷桩加固技术在保税区被普遍采用。由于该技术提高了复合地基的承载力，大大减小了沉降量，所以在实际应用中取得了较好的运用效果。下面对粉喷桩法的加固原理和施工要点等展开论述。

1 粉喷桩的加固原理

采用喷粉桩机成孔，用压缩空气将水泥粉体输送到钻头，以雾状喷射到加固地基的土层中，借助铝头叶片的旋转均匀搅拌，以便充分混合，形成水泥土桩体，并与原地基构成复合地基，最终达到加固软弱地基的目的。复合地基的承载力可按下公式计算：

2 粉喷桩的施工方法

2.1 设备

采用PH-5型或其他型号的粉喷机。粉喷机主要由液压步履式低架、井架、导向减压机构、钻机传动系统、钻机、液压系统、喷粉系统和电气系统等组成。

工序流程为：机械就位→对准桩位→调平机身→启动主甩机钻进→钻头接近地面时，启动空气机送气→钻至设计深度时停止钻进，并反转钻头→打开送料阀→关闭送气阀→启动喷送加固粉料→加固粉料到达桩底后，打开送气阀→关闭送料阀→将搅拌钻头边旋转边向下钻至设计深度→提升搅拌钻头→据设计要求确定桩头部位是否复打和复打深度→将搅拌钻头提升至地面→关闭主电机、空压机→搅拌成桩。

2.2 施工要点

施工中具体要注意以下7点：①机身调平工序应以钻杆是否垂直为依据，在实际操作时可采用钻锤吊线法从正面和侧面调整，必要时可在机身安装激光对中仪等设备。②喷粉或喷气时，喷粉压气一般在0.3～0.4 MPa之间，如果气压达到0.45 MPa以上，则喷送管路可能会出现堵塞，此时应立即停止喷粉，断开空气压缩机的电源停止送气，并将钻头提升至地面，查明堵塞原因并排除故障。值得注意的是，钻头未提至地面前不能停止送气。③在钻头钻至设计深度时，应停滞一段时间，以保证加固粉料送至桩底。一般在开工前，通过观察确定停滞时间，采用的30 m送料管时，停滞时间一般在2～4 min之间。④在整个制桩过程中，一定要保证边喷粉边提升的连续作业，钻头提升速度=单桩加灰量÷喷粉速度·桩长。在空气温度高、粉体流动性差、喷气压力大或单位桩长喷粉量大时，还应开通灰罐进气球阀，以加压罐料。如果出现断粉现象，则应及时补喷，补喷重叠长度不应<0.5 m。⑤粉体固化剂入罐时必须经筛网过筛。水泥可采用不同的品种，比如普通的硅酸盐水泥、矿碴水泥和火山灰水泥等。一般采用425或525标号的水泥，掺入量应在7%～15%之间。当水泥标号提高100号时，水泥土的无侧限抗压强度会增加20%～30%.⑥开始喷粉时，应将电子称显示屏置零，并使喷粉过程在电子计量显示下进行。在搅拌喷粉时，记录人员应随时观察电子称的变化，以保证本阶段喷粉的均匀性。⑦在粉喷桩搅拌下沉时，应尽量不采用水冲下沉，当遇到硬土层或下沉太慢时，可适量冲水。在喷粉提升前，必须将喷浆管内的水排净。在冲水成桩时，水会对桩强度产生影响，当土层的含水量增加10%时，水泥土的强度会降低10%～15%.

3 检测方法

对于经过加固的复合地基，可采用钎搽、面波测试、桩基无损动测、静载试验、抽芯检验、桩身抗压强度、静载试验等检测方法。

3.1 钎探

采用质量为10 kg的穿心锤，自由落距为50 cm，将探头连续击入土中，记录探头每次进入土层30 cm的锤击数，并根据锤击数确定地基土的密实度和承载力。该方法在开浅部地层测试中具有直接、可靠等特点。

3.2 面波测试

均匀地布置测线，每米布置1个检波器，用DZQ-12型江层地震仪接收重锤激发的面波，根据面波的频率特性，找出不同频率面波部分相邻管道上的时差，从而求得面波波速、自由面波波速和频率，取相应波长的1/2作为波动影响深度，并以此评价复合地基的整体质量。对于土体而言，此方法的误差率仅为5%.

3.3 桩基无损动测

嵌入土中的桩相当于在阻层介质上端自由、下端弹性大的弹性杆。由于桩长L远大于桩径∮，所以可将桩视为重向一维弹性杆。如果在桩顶施以激励，就会产生沿桩身向下传播的弹性波，弹性波遇到阻抗界面（桩底面或断裂、夹泥、扩径、缩径等桩间缺陷界面）并反射。设桩底的反射时间为T，缺陷部位的反射时间为T'，则在已知桩长L的情况下，桩体弹性波速的计算公式为：

桩体的缺陷性质可由反射波的性质或勘察、施工记录确定。

3.4 抽心检测

采用地质勘探仪从桩心钻孔抽样，以此检测桩的完整度和实际长度。

3.5 桩身抗压强度试验

准备桩身材料，按实验规程将其做成标准试件，并对试件施加压力，直到其破坏为止，以此求出桩身材料的抗压强度值。

3.6 静载试验

按照实验规程规定，取合适的静载板并对其加载，记录变形时间和变形压力，以此推断地基的承载力和变形尺度。

4 粉喷桩加固地基的特点和应用

粉喷桩具有可加固、改良地基的作用，可提高地基的承载力和水稳性。它具有无污染、无噪声和造价低的优点。其机具设备简单，液压操纵方便、快捷，操作技术简单，成桩效率高，适用于7层以下在用建筑或底层工业建筑，且只能在含水率大于3%的黏性土、砂土软土地基上做浅层（深14 m以内）加固。目前，该方法已在保税区40%的项目工种中被应用，并取得了良好的技术、经济效果。

〔编辑：张思楠〕

摘 要：通过分析粉喷桩的加固原理、施工工艺、施工方法、检查方法和实际应用效果，阐述了其在加固软土地基中的实践应用，并证实此种方法是加固软土地基的优选方案。

关键词：粉喷桩；加固处理；软土地基；承载力

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）19-0053-02

随着我国经济建设的快速发展，在土木建筑、水利水电、铁路交通和化工化学等工程中，经常遇到较软性土（也称为软土）等不良地基，出于对地上建筑稳定性和安全性的考虑，就必须对此类地基进行相应的处理。地基处理技术除了常用的挽填法、振冲法、强夯法、深层搅拌法、灰土挤密桩法和高压喷射注浆法等外，还有目前已被广泛应用的喷粉桩地基、排水固结地基、水泥粉煤灰碎石地基、土工织物地基和树根桩地基等。其中，粉喷桩加固技术在保税区被普遍采用。由于该技术提高了复合地基的承载力，大大减小了沉降量，所以在实际应用中取得了较好的运用效果。下面对粉喷桩法的加固原理和施工要点等展开论述。

1 粉喷桩的加固原理

采用喷粉桩机成孔，用压缩空气将水泥粉体输送到钻头，以雾状喷射到加固地基的土层中，借助铝头叶片的旋转均匀搅拌，以便充分混合，形成水泥土桩体，并与原地基构成复合地基，最终达到加固软弱地基的目的。复合地基的承载力可按下公式计算：

2 粉喷桩的施工方法

2.1 设备

采用PH-5型或其他型号的粉喷机。粉喷机主要由液压步履式低架、井架、导向减压机构、钻机传动系统、钻机、液压系统、喷粉系统和电气系统等组成。

工序流程为：机械就位→对准桩位→调平机身→启动主甩机钻进→钻头接近地面时，启动空气机送气→钻至设计深度时停止钻进，并反转钻头→打开送料阀→关闭送气阀→启动喷送加固粉料→加固粉料到达桩底后，打开送气阀→关闭送料阀→将搅拌钻头边旋转边向下钻至设计深度→提升搅拌钻头→据设计要求确定桩头部位是否复打和复打深度→将搅拌钻头提升至地面→关闭主电机、空压机→搅拌成桩。

2.2 施工要点

施工中具体要注意以下7点：①机身调平工序应以钻杆是否垂直为依据，在实际操作时可采用钻锤吊线法从正面和侧面调整，必要时可在机身安装激光对中仪等设备。②喷粉或喷气时，喷粉压气一般在0.3～0.4 MPa之间，如果气压达到0.45 MPa以上，则喷送管路可能会出现堵塞，此时应立即停止喷粉，断开空气压缩机的电源停止送气，并将钻头提升至地面，查明堵塞原因并排除故障。值得注意的是，钻头未提至地面前不能停止送气。③在钻头钻至设计深度时，应停滞一段时间，以保证加固粉料送至桩底。一般在开工前，通过观察确定停滞时间，采用的30 m送料管时，停滞时间一般在2～4 min之间。④在整个制桩过程中，一定要保证边喷粉边提升的连续作业，钻头提升速度=单桩加灰量÷喷粉速度·桩长。在空气温度高、粉体流动性差、喷气压力大或单位桩长喷粉量大时，还应开通灰罐进气球阀，以加压罐料。如果出现断粉现象，则应及时补喷，补喷重叠长度不应<0.5 m。⑤粉体固化剂入罐时必须经筛网过筛。水泥可采用不同的品种，比如普通的硅酸盐水泥、矿碴水泥和火山灰水泥等。一般采用425或525标号的水泥，掺入量应在7%～15%之间。当水泥标号提高100号时，水泥土的无侧限抗压强度会增加20%～30%.⑥开始喷粉时，应将电子称显示屏置零，并使喷粉过程在电子计量显示下进行。在搅拌喷粉时，记录人员应随时观察电子称的变化，以保证本阶段喷粉的均匀性。⑦在粉喷桩搅拌下沉时，应尽量不采用水冲下沉，当遇到硬土层或下沉太慢时，可适量冲水。在喷粉提升前，必须将喷浆管内的水排净。在冲水成桩时，水会对桩强度产生影响，当土层的含水量增加10%时，水泥土的强度会降低10%～15%.

3 检测方法

对于经过加固的复合地基，可采用钎搽、面波测试、桩基无损动测、静载试验、抽芯检验、桩身抗压强度、静载试验等检测方法。

3.1 钎探

采用质量为10 kg的穿心锤，自由落距为50 cm，将探头连续击入土中，记录探头每次进入土层30 cm的锤击数，并根据锤击数确定地基土的密实度和承载力。该方法在开浅部地层测试中具有直接、可靠等特点。

3.2 面波测试

均匀地布置测线，每米布置1个检波器，用DZQ-12型江层地震仪接收重锤激发的面波，根据面波的频率特性，找出不同频率面波部分相邻管道上的时差，从而求得面波波速、自由面波波速和频率，取相应波长的1/2作为波动影响深度，并以此评价复合地基的整体质量。对于土体而言，此方法的误差率仅为5%.

3.3 桩基无损动测

嵌入土中的桩相当于在阻层介质上端自由、下端弹性大的弹性杆。由于桩长L远大于桩径∮，所以可将桩视为重向一维弹性杆。如果在桩顶施以激励，就会产生沿桩身向下传播的弹性波，弹性波遇到阻抗界面（桩底面或断裂、夹泥、扩径、缩径等桩间缺陷界面）并反射。设桩底的反射时间为T，缺陷部位的反射时间为T'，则在已知桩长L的情况下，桩体弹性波速的计算公式为：

桩体的缺陷性质可由反射波的性质或勘察、施工记录确定。

3.4 抽心检测

采用地质勘探仪从桩心钻孔抽样，以此检测桩的完整度和实际长度。

3.5 桩身抗压强度试验

准备桩身材料，按实验规程将其做成标准试件，并对试件施加压力，直到其破坏为止，以此求出桩身材料的抗压强度值。

3.6 静载试验

按照实验规程规定，取合适的静载板并对其加载，记录变形时间和变形压力，以此推断地基的承载力和变形尺度。

4 粉喷桩加固地基的特点和应用

粉喷桩具有可加固、改良地基的作用，可提高地基的承载力和水稳性。它具有无污染、无噪声和造价低的优点。其机具设备简单，液压操纵方便、快捷，操作技术简单，成桩效率高，适用于7层以下在用建筑或底层工业建筑，且只能在含水率大于3%的黏性土、砂土软土地基上做浅层（深14 m以内）加固。目前，该方法已在保税区40%的项目工种中被应用，并取得了良好的技术、经济效果。

〔编辑：张思楠〕

摘 要：通过分析粉喷桩的加固原理、施工工艺、施工方法、检查方法和实际应用效果，阐述了其在加固软土地基中的实践应用，并证实此种方法是加固软土地基的优选方案。

关键词：粉喷桩；加固处理；软土地基；承载力

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）19-0053-02

随着我国经济建设的快速发展，在土木建筑、水利水电、铁路交通和化工化学等工程中，经常遇到较软性土（也称为软土）等不良地基，出于对地上建筑稳定性和安全性的考虑，就必须对此类地基进行相应的处理。地基处理技术除了常用的挽填法、振冲法、强夯法、深层搅拌法、灰土挤密桩法和高压喷射注浆法等外，还有目前已被广泛应用的喷粉桩地基、排水固结地基、水泥粉煤灰碎石地基、土工织物地基和树根桩地基等。其中，粉喷桩加固技术在保税区被普遍采用。由于该技术提高了复合地基的承载力，大大减小了沉降量，所以在实际应用中取得了较好的运用效果。下面对粉喷桩法的加固原理和施工要点等展开论述。

1 粉喷桩的加固原理

采用喷粉桩机成孔，用压缩空气将水泥粉体输送到钻头，以雾状喷射到加固地基的土层中，借助铝头叶片的旋转均匀搅拌，以便充分混合，形成水泥土桩体，并与原地基构成复合地基，最终达到加固软弱地基的目的。复合地基的承载力可按下公式计算：

2 粉喷桩的施工方法

2.1 设备

采用PH-5型或其他型号的粉喷机。粉喷机主要由液压步履式低架、井架、导向减压机构、钻机传动系统、钻机、液压系统、喷粉系统和电气系统等组成。

工序流程为：机械就位→对准桩位→调平机身→启动主甩机钻进→钻头接近地面时，启动空气机送气→钻至设计深度时停止钻进，并反转钻头→打开送料阀→关闭送气阀→启动喷送加固粉料→加固粉料到达桩底后，打开送气阀→关闭送料阀→将搅拌钻头边旋转边向下钻至设计深度→提升搅拌钻头→据设计要求确定桩头部位是否复打和复打深度→将搅拌钻头提升至地面→关闭主电机、空压机→搅拌成桩。

2.2 施工要点

施工中具体要注意以下7点：①机身调平工序应以钻杆是否垂直为依据，在实际操作时可采用钻锤吊线法从正面和侧面调整，必要时可在机身安装激光对中仪等设备。②喷粉或喷气时，喷粉压气一般在0.3～0.4 MPa之间，如果气压达到0.45 MPa以上，则喷送管路可能会出现堵塞，此时应立即停止喷粉，断开空气压缩机的电源停止送气，并将钻头提升至地面，查明堵塞原因并排除故障。值得注意的是，钻头未提至地面前不能停止送气。③在钻头钻至设计深度时，应停滞一段时间，以保证加固粉料送至桩底。一般在开工前，通过观察确定停滞时间，采用的30 m送料管时，停滞时间一般在2～4 min之间。④在整个制桩过程中，一定要保证边喷粉边提升的连续作业，钻头提升速度=单桩加灰量÷喷粉速度·桩长。在空气温度高、粉体流动性差、喷气压力大或单位桩长喷粉量大时，还应开通灰罐进气球阀，以加压罐料。如果出现断粉现象，则应及时补喷，补喷重叠长度不应<0.5 m。⑤粉体固化剂入罐时必须经筛网过筛。水泥可采用不同的品种，比如普通的硅酸盐水泥、矿碴水泥和火山灰水泥等。一般采用425或525标号的水泥，掺入量应在7%～15%之间。当水泥标号提高100号时，水泥土的无侧限抗压强度会增加20%～30%.⑥开始喷粉时，应将电子称显示屏置零，并使喷粉过程在电子计量显示下进行。在搅拌喷粉时，记录人员应随时观察电子称的变化，以保证本阶段喷粉的均匀性。⑦在粉喷桩搅拌下沉时，应尽量不采用水冲下沉，当遇到硬土层或下沉太慢时，可适量冲水。在喷粉提升前，必须将喷浆管内的水排净。在冲水成桩时，水会对桩强度产生影响，当土层的含水量增加10%时，水泥土的强度会降低10%～15%.

3 检测方法

对于经过加固的复合地基，可采用钎搽、面波测试、桩基无损动测、静载试验、抽芯检验、桩身抗压强度、静载试验等检测方法。

3.1 钎探

采用质量为10 kg的穿心锤，自由落距为50 cm，将探头连续击入土中，记录探头每次进入土层30 cm的锤击数，并根据锤击数确定地基土的密实度和承载力。该方法在开浅部地层测试中具有直接、可靠等特点。

3.2 面波测试

均匀地布置测线，每米布置1个检波器，用DZQ-12型江层地震仪接收重锤激发的面波，根据面波的频率特性，找出不同频率面波部分相邻管道上的时差，从而求得面波波速、自由面波波速和频率，取相应波长的1/2作为波动影响深度，并以此评价复合地基的整体质量。对于土体而言，此方法的误差率仅为5%.

3.3 桩基无损动测

嵌入土中的桩相当于在阻层介质上端自由、下端弹性大的弹性杆。由于桩长L远大于桩径∮，所以可将桩视为重向一维弹性杆。如果在桩顶施以激励，就会产生沿桩身向下传播的弹性波，弹性波遇到阻抗界面（桩底面或断裂、夹泥、扩径、缩径等桩间缺陷界面）并反射。设桩底的反射时间为T，缺陷部位的反射时间为T'，则在已知桩长L的情况下，桩体弹性波速的计算公式为：

桩体的缺陷性质可由反射波的性质或勘察、施工记录确定。

3.4 抽心检测

采用地质勘探仪从桩心钻孔抽样，以此检测桩的完整度和实际长度。

3.5 桩身抗压强度试验

准备桩身材料，按实验规程将其做成标准试件，并对试件施加压力，直到其破坏为止，以此求出桩身材料的抗压强度值。

3.6 静载试验

按照实验规程规定，取合适的静载板并对其加载，记录变形时间和变形压力，以此推断地基的承载力和变形尺度。

4 粉喷桩加固地基的特点和应用

粉喷桩具有可加固、改良地基的作用，可提高地基的承载力和水稳性。它具有无污染、无噪声和造价低的优点。其机具设备简单，液压操纵方便、快捷，操作技术简单，成桩效率高，适用于7层以下在用建筑或底层工业建筑，且只能在含水率大于3%的黏性土、砂土软土地基上做浅层（深14 m以内）加固。目前，该方法已在保税区40%的项目工种中被应用，并取得了良好的技术、经济效果。

〔编辑：张思楠〕