粉喷桩施工技术在穿堤建筑物基础处理中的应用

汤正清

（沅江市挖泥船队 益阳市 413100）

引 言

粉喷桩的基本工作原理是运用搅拌桩机在地基一定深度范围内把水泥粉喷入土体并搅拌均匀，使水泥粉和土体产生一系列的物理－化学反应凝结形成具有一定强度的粉土桩，进而形成复合地基。粉喷桩适用于正常固结的淤泥与淤泥质土、素填土、粉土、粘性土以及无流动地下水的松散砂土等地基。加固深度一般大于5.0 m。根据场地工程地质条件和上部结构荷载要求及粉土桩的受力状态，粉喷桩形成的粉土加固体，可作为竖向承载的复合地基；大体积粉稳定土等。粉喷桩加固体的形状可分为柱状、壁状、格栅状和块状等。其中，柱状加固体形式多用于软土加固的复合地基；壁状、格栅状加固体形式，主要作为深基坑开挖的围护档墙、防渗帷幕；块状加固体形式，多用于上部结构单位面积荷载大，不均匀沉降控制严格的构筑物地基。但是，不论哪种加固体形式，粉喷桩施工均具有成桩速度快、效率高、成本低、无振动、无噪音、无污染等特点。

1 施工设备

粉喷桩施工主要采用铁道部武汉工程机械研究所生产的PH-5 型粉喷桩机及附属设备。主要由钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和动力设备等组成。进场设备配备性能良好的能显示钻杆钻进时电流变化的电流表，显示管道压力的压力表和计量水泥喷入量的电子秤和流量计。

2 粉喷桩施工

2.1 粉喷桩施工工艺要求

粉喷桩施工采用粉喷桩机切割土体，喷灌粉固化成桩施工工艺，其工艺流程如附图。

附图 工艺流程图

（1）施工前应准确测放轴线和桩位，并用竹签或钢筋标定。

（2）桩机对位，误差不应大于5 cm，调节桩机支腿油缸，使导向架和搅拌轴垂直度不超过1%。

（3）关闭粉喷机灰路阀门，打开气路法门。

（4）开动桩机，启动空压机并缓慢打开气路调压阀，对桩机供气。桩机逐渐加速，正转预搅下沉。当钻至接近设计深度时，应用低速慢转钻，钻机原位转动（1～2）min。

（5）提升喷粉搅拌。当确认粉料已喷到孔底时，一般以1.0 m/min 左右的速度反转提升；当提升到设计停灰标高后，应慢速原地搅拌（1～2）min。

（6）重复搅拌。为保证粉体材料与地基搅拌均匀，可采用复喷及复搅措施。

（7）当提升喷粉至桩顶标高以上0.5 m 时，应立即停止喷粉，利用管道内余灰量喷入土中，以防止粉尘污染环境，同时要求孔口加调喷粉防护装置。

（8）原位转动（1～2）min 后，将钻头提离地面约0.2 m 减压放气，打开灰罐上盖，检查罐内灰余量。

（9）钻机移位对孔，施工下一根桩。

2.2 粉喷桩施工技术要求

在粉喷桩施工前，应在监理工程师批准的地点，根据工艺性特点和工程师一起进行工艺性试桩，并将试验成果报监理部，便于确定各种操作技术参数。

试成桩：为了确定搅拌机械的搅拌深度、灰粉泵输粉量、输粉压力、灰粉经输粉管到达搅拌机喷粉口的时间和起吊设备提升速度等施工参数及按照设计要求通过成桩试验确定粉土配合比和施工工艺的适宜性，在开工前应进行试成桩。试桩数量一般不少于2 根。试桩位置应选在勘察孔附近。

试成桩后7 d 内，监理人员会同施工单位质检员钻取桩身粉土样，观察、记录搅拌的均匀程度；试成桩28 d 后，宜采用动测试验查明桩身质量；对于基坑围护结构粉搅拌桩，宜取28 d 龄期试块强度平均值作为设计依据； 竖向承重粉搅拌桩，宜取90 d龄期试块强度平均值作为设计依据。

粉喷在施工时应控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度，应定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度, 对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗量不得大于20 mm。当钻头提升至地面以下500 mm 时，喷粉机应停止喷粉，在喷桩过程中遇有故障而停止喷粉时，第二次喷粉接桩，其喷粉重叠长度不得小于1 m。

2.3 粉喷桩成桩施工

（1）粉喷桩施工过程中质量监控的关键是以工序质量控制为核心，从放线定位、机械就位和粉液制备开始直到成桩结束，监理工程师对每一道工序均要进行认真的检查和落实。检查重点是：搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头转数和提升速度、水泥用量、输粉压力、桩长、复搅次数和复搅深度、停泵处理方法等。

（2）竖向承载粉喷桩施工时，停粉面应高于桩顶设计标高（300～500）mm。在开挖基槽（坑）时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。

（3）施工中应保持搅拌机械底盘水平和导向架的垂直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%；桩位偏差不得大于50 mm；成桩直径和桩长不得小于设计值。

（4）深层粉搅拌桩施工主要步骤如下：搅拌机械就位、调平→预搅下沉至设计加固深度→边喷粉、边搅拌提升直至预定的停灰面→重复搅拌下沉至设计加固深度→根据设计要求，喷粉或仅搅拌提升直至预定的停灰面→关闭搅拌机械。

施工中亦可根据设计要求在预搅拌下沉的同时进行喷粉，到达设计深度后,再边搅拌提升,边喷粉,直至桩顶标高以上（300～500）mm。

2.4 粉喷桩施工要点

（1）施钻前应进行放线，准确定出各孔位中心，打木桩作出标记，并在木桩周边撒上石灰以醒目，便于施钻过程中寻找。

（2）所有桩在制桩过程中，都必须准确测量钻进深度，确保桩顶及桩底标高符合设计要求。

（3）桩体顶端一般常因喷粉量不足、搅拌不匀等原因造成质量缺陷，因此粉体的喷射长度应比设计桩顶标高高出（40～50）cm，待桩体达到一定强度（一般可取25 d～30 d）后，再将多余桩体截掉。此时应注意采用合适的截断方法，避免保留桩体遭到破坏。截掉桩头时应谨慎操作，先用人工沿周边凿槽，再用铁锤轻轻击碎，任何情况下都不得采用猛力冲击的方式来切断桩头。条件允许时，应采用有效的切割工具实施桩头截除。为避免桩顶因送气压力骤减出现松散段，在每根桩的上部1/3 的范围内，应重复钻进喷粉一次。

（4）采用喷桩加固的建筑物基础底下均应设置有一定厚度的垫层，以均匀传递上部荷载。制桩时，必须按设计要求将桩顶嵌入到垫层中，这是保证桩基整体性所必须的。因此，施工时，桩顶要预留50 cm，以确保桩头质量。

（5）粉喷适宜在含有地下水的土层中施工，但在任何情况钻进和制作桩过程中，均不得随意向孔中注水；对特别干燥的土层，可经试验论证后，提前向土层中注水或浸水湿润，并等水分均匀掺透到土层中后，再实施制桩。

（6）必须做粉体喷出量试验，保证按设计规定的掺入比向孔中喷射粉料，不允许降低喷入量。

（7）严格防止地下水或其他水渗入套管等输送气粉混合料的通道中，以免堵塞通道，影响喷粉质量。防止方法是钻头一入土就不停地送气。若出现堵塞，则应起升钻杆，拆下钻头，用铅丝通开。

（8）向固化剂罐中送料时，应在罐口装过滤网，防止纸屑、灰块、杂物、金属碴等掉进罐内。

（9）钻架必须注意保持竖直，以保证桩体的垂直度。每一孔在开钻前，均须检查钻头是否对准桩位中心，不得偏位。

（10）施工中注意避免发生供气不足、喷粉不够、断喷、喷嘴堵塞等不良现象，发现问题应及时处理。

（11）每根桩的桩体制作应一气呵成，不得在喷粉过程中间歇中断。应根据桩长和固化料掺入比计算出一根桩的喷灰量，并装入灰罐，完成一根桩后，再装入另一根桩的用灰。当然，每根桩的用灰入罐量应稍高于计算用量，以防因喷灰不均匀造成贮灰量不足。

（12）桩体强度除与掺入料有直接关系外，还与土层的物理力学性质密切相关，施工时应充分结合土层的含水量、粘土粒含量、密度、压缩系数、塑性指数、松散程度、抗剪指标、土层厚度、地下水埋深度等，合理确定钻进速度、提升钻头速度、成桩时间、掺入料用量，以达到最佳的成桩效果。

（13）钻孔时应把握钻进速度，不宜过快，确保使原位土搅拌后疏松透气。提升外头时应均匀慢速，保证掺入料与原位土充分混合。严格控制固化剂喷入量，固化剂喷入量与设计值误差应控制在3%之内。

（14）粉喷桩应自然养护14 d 以上方可进行基坑开挖。为防止开挖作业中造成桩顶损坏，应采用人工开挖和出土；当挖除土层很厚时，桩顶以上80 cm以上部分可用机械开挖。

（15）施工结束后应开挖基槽对所有桩进行质量检测及复合地基承载力检测，必要时还应进行单桩承载力和桩体强度检测。所有检测指标必须达到设计标准，桩位及桩数也必须符合设计要求。

（16）对断桩、缺桩、缩颈、逊径、强度较低、桩长不够、偏位较大、表面缺陷等事故，必须按设计要求进行补强处理，不允许降低设计标准。

（17）施工过程中应有专人负责记录所在粉喷桩的桩号、成桩时间、设计桩长、实际桩长、设计桩径、实际桩径、固化剂实际喷入量、桩顶标高等。成桩时间记录必须按制桩程序(钻进、提升、复搅)详细记载，时间记录误差不得大于5 s，桩长（孔深）记录误差不得大于5 cm。

2.5 施工注意事项

（1）严禁使用结块、受潮、过期、低标号水泥。水泥标号要符合设计要求。

（2）控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度。

（3）严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。

（4）定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗量不得大于1 cm。

（5）当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉，在第二次喷粉接桩时，喷粉重叠长度不得小于1 m。

（6）粉喷桩施工时，泵送水泥必须连续，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录，其用量误差不得大于±1%。

（7）为保证搅拌机的垂直度。应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，使垂直度偏差不超过1%。

（8）搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录，深度应达到设计要求，时间误差不得大于5 s，施工前应丈量钻杆长度，并标上明显标志，以便掌握钻入深度，复搅深度。施工中出现问题应及时处理、做好记录。

（9）储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50 kg，如储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。

（10）粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等，监理人员应随时检查记录情况。

（11）粉喷桩施工的作业面内存在已经施工完毕的预应力管桩，所以在施工中要注意粉喷桩机的施工和挪动不能影响已施工管桩的质量和位置。

（12）在邻近综合管沟处的粉喷桩施工，更要严格控制桩位偏差，不能因粉喷桩桩位的偏差而影响到后续综合管沟的开挖和施工。

（13）施工时应严格按照设计图纸及《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002 的要求来组织施工。

（14）在现场移位时要听从指挥人员的指挥，对地面不平处要填平再移动，地表的大障碍物要及时移走。防止倾覆对铁路安全网和既有线路造成影响。

2.6 施工常见问题及处理方法（附表）

附表 施工常见问题及处理方法

3 质量检验

3.1 桩身质量检验

（1）质量标准。执行《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002 中11.3、11.3、11.4 等章节内有关条文的规定。

（2）施工过程中的质量评定：粉喷桩施工中应详细记录和计量每根桩的粉用量、桩长、搅拌头转数、提升速度、复搅次数和复搅深度，并对照规定的施工工艺对每一根桩进行质量评定。

3.2 检验方法和数量

（1）成桩后3 d 内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性。检查数量为施工总桩数的1%，且不得少于3 根。

（2）成桩7 d 后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停粉面以下0.5 m），目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查数量为总桩数的5%。

3.3 竖向承载力检验（适用于复合地基）

（1）竖向承载粉喷桩复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。

（2）载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件，并宜在成桩28 d 后进行。检验数量为总桩数的0.5%～1%，且每项单体工程不应少于3 根。

经触探和载荷试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28 d 后，用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度试验，检验数量为施工总桩数的0.5%，且不少于3 根。

3.4 补强措施

基槽（坑）开挖后应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符和设计要求，应采取有效补强措施。

4 验 收

粉喷桩分项工程的施工验收工作宜在开挖基槽（坑）后进行，其施工验收程序如下：

（1）承包单位在粉喷桩施工及桩身质量检验和承载力检测全部完成并自检合格的基础上，填写基坑围护结构粉喷桩或软土复合地基粉喷桩质量验收记录表和《分项工程报验单》，同时向工程项目监理部提交如下竣工资料：

●岩土工程勘察报告、施工记录、施工图、图纸会审纪要、设计变更单、建材报审表、建材复检报告、配合比试验报告、粉喷桩检验报告等；

●经审批的深层粉搅拌桩施工组织设计及施工中的变更情况资料；

●施工测量放线图及粉喷桩桩位放线复测资料；

●基槽（坑）挖至设计标高的粉喷桩竣工平面图及桩顶标高图。

（2）总监理工程师组织专业监理工程师依照法律、法规、工程建设强制性标准、设计文件和施工合同，对施工单位报送的粉喷桩或复合地基竣工资料进行审查，并对粉喷桩质量进行竣工预验收。对预验收中发现的问题，应要求承包单位分析并提出质量问题原因报告和整改处理方案，及时进行整改。整改完毕由总监签返《分项工程报验单》，并在此基础上编写质量评估报告。该分项工程质量评估报告应经项目总监和监理公司技术负责人审核签字。

（3）由业主方主持，监理方、设计单位、勘察单位、检测单位共同参加对粉喷桩分项工程的竣工验收。工程项目监理部提供相关监理资料，对验收中提出的整改问题，监理方应要求承包单位及时进行整改。整改结束，经检查粉喷桩工程质量符合要求，编写分项工程竣工验收报告，之后由总监会同参加验收的各方在分项工程竣工验收报告上签字。

5 存在问题

（1）实际施工中地基多数具有由几种土质组合而成的多元结构，由于地层的软硬程度不同、空隙率不同，在施工参数都相同的情况下，每米段的注粉量差异仍然很大，理论上对不同的土层应选择不同的施工参数，而搅拌设备下沉或提升和喷粉是一气呵成，使用不同施工参数进行施工难以实现。施工参数选择和施工过程控制如何适应地层的问题有待进一步研究解决。

（2）设备的定位及垂直度控制主要靠人为调控，既麻烦精度也不高，如何加强自动化控制程度需要设备制造商加以改进。

6 主要结论

水泥粉喷桩对软基建行基础处理施工工效高、造价低，是一种经济、可靠的地基加固技术，被广泛采用在建筑工地、铁路建设、道路桥梁建设和水利工程建设方面，并取得了良好的运用效果。本文根据水泥粉喷桩施工的经验，在简单描述水泥粉喷桩施工技术定义的基础上，展开了对水泥粉喷桩施工技术的分析，并通过对施工顺序、成桩原理和工程检测等技术环节的强调，提供了应用水泥粉喷桩技术的要点，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。

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