特殊施工场地的粉喷桩软基处理质量控制要点——以非洲高温高盐滨海地区为例

李海生

(中国土木工程集团有限公司 北京 100038)

0 引言

近年来，粉喷桩技术以施工成本低、适用范围广、工艺方法简单、施工震动小、无污染、高效率、高速度、加固有效等特点，在软土地基处理中得到了广泛的应用，且受到越来越多人的重视、认可[1]。粉喷桩技术是将水泥、石灰等材料作为粉体状固化剂，通过对软土地基的深层搅拌，使粉状体固化剂和软土地基的土层产生充分的化学反应，改善软土地基的原有的土层结构，以形成更为牢固的复合地基，实现软土地基的有效加固[2]。所以，粉喷桩技术的施工，关键在于对施工工艺的流程把控，以保证软土地基的施工质量。

本文结合非洲吉布提港区铁路连接线地基处理工程，详细介绍了材料配比的选用及粉喷桩施工参数的确定，实现在高温高盐特殊条件下对滨海地区软土地基的处理，以及其施工质量控制措施，为类似项目施工提供借鉴。

1 工程实例

1.1 工程概况

非洲吉布提港区铁路连接线地基处理工程，位于吉布提东南沿海塔朱拉(TADJOURA)湾的南岸入口处，全长50km，施工场地内有小沟渠、部分区域低洼积水，部分桩上方有高压线，有约300m～400m需要填筑，其余的2km不需要填筑。场地地势低洼，常年有海水浸泡，在强烈的日照蒸发下，地基土表面有白色盐晶体析出，形成了大面积的盐渍土，其物理力学指标如下：

粘聚力C 4～23kPa；

内摩擦角 15°～30°；

压缩系数0.45～0.91MPa-1；

天然容量17.2～18.9kN/m3；

天然含水量34.9～53.6%；

天然孔隙比0.98～1.48。

场地状况如图1所示。

(a)

(b)图1 施工场地图

1.2 地质概况

根据工程地质勘查报告揭露，场地土层自上而下分别为：

①0m～3m人工填土，褐色，稍湿，松散-稍密，主要成分为碎石及粉土，碎石砾径2cm～7cm，碎石含量约占65%，淤泥，灰黑色，软塑，主要成分为黏粒,夹10%左右细砂；

②3m～9m淤泥，灰黑色，软塑，主要成分为黏粒，干强度中等，无振摇反应，有光泽，含35%圆砾，粒径2mm～3mm；

③9m～13m主要是角砾岩，褐黄色，强风化,岩芯呈碎块状，块径2cm～6cm；

④13m～14m玄武岩，灰褐色，强风化,岩芯呈碎块状，块径2cm～7cm；

⑤14m～15m玄武岩，青灰色，弱风化,块状构造，节理发育，岩芯呈短柱状，节长6cm～12cm,RQD基本为0，工程地质柱状图如图2所示。

图2 工程地质柱状图

1.3 施工难点

①气候条件特殊。吉布提位于阿拉伯半岛近旁，又处于印度洋西岸，气候深受阿拉伯半岛干燥气候影响，全境终年酷热少雨，施工时间刚好处于热季(当地热季为4月至10月)，平均气温37℃，最高气温达45℃以上，导致水泥的水化反应减弱，容易造成水分蒸发，对后期强度的增长带来严重的影响，进而影响施工进度。

②施工区域土质均为滨海高盐渍土，具有高孔隙比、高压缩性、高含水量、低渗透性、低承载力等常规软土特性，以及孔隙水高含盐量、土的结构性与流变性、腐蚀性、遇水溶解等特征，在各种自然因素和上部荷载等因素的影响下，容易引起强度下降，地基容易发生溶陷变形，造成路面不均匀沉降，路面开裂，承载力不足等现象[3]，严重影响地基或路基填料的工程性能。

③施工区域上空有高压线，施工严重受限；部分区域有大量积水且含较多块石，有些施工区域还含有管桩，增加施工工序。

④施工供电难。由于吉布提国家电网建设不健全，接入程序复杂麻烦、浪费时间，故不接入市电，需专门配置发电机到工地参与全程施工。

2 设计概况

该工程粉喷桩设计，桩直径500mm,桩间距1200mm，桩长5m～10m，具体桩长现场实际情况而定，分2个标段施工。场地地基土含水量大于35%，采用干喷法施工，采用425普通硅酸盐水泥，处理后地基承载力不低于180kPa。

3 施工关键质量控制

3.1 施工顺序

施工准备→钻机就位→钻进→提升喷粉搅拌→升到设计标高后再复钻→提升复拌→升到设计标高后停机→下一桩循环施工。

3.2 质量控制要点

(1)为分析盐渍土对水泥加固的影响，首先进行水泥土配合比试验，选用场地土样与425普通硅酸盐水泥为试验材料，制作试块进行养护；试样养护到龄期后进行无侧限试验。由试验可得，当含盐量小于3.5%时，水泥土的强度随含盐量增大而增大；若含盐量大于3.5%时，水泥土的强度随着含盐量的增大而减少；当加入10%的粉煤灰外加剂可提高水泥土的强度，大大抑制了高含盐量对水泥土的破坏作用。因此，确定每延米水泥用量约为68kg，并配合粉煤灰外加剂进行施工。

(2)粉喷桩的施工工艺，根据室内配比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。该工程试桩10根，通过试桩确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、灰罐压力、空气压力等，如表1所示。

表1 试桩确定的施工参数

(3)为有效解决非洲高温天气对施工的影响，在施工范围内搭棚遮挡阳光，并选择早上、傍晚甚至晚上气温较低的时间施工，外加剂掺量控制在8%～10%；同时，做好材料堆放场地的地面排水工作，保持材料的干燥，且确保向灰罐中投入的水泥经过过滤网过滤，以防止结块的水泥进入桩体。

(4)安装计量设备。解决气体和固体双相流问题、对粉体掺入量及其均匀性的准确计量是保证粉喷桩成桩质量的关键。因此，施工时根据单桩喷粉量或每米喷粉量来调节储粉罐的压力和供粉速度。采用先进的电子称重法与钻机深度相结合的、正确反映每米喷粉量、总灰量等的计量装置。

(5)喷粉搅拌时，操作手与送灰操作工集中注意力，相互配合，严格控制喷、停粉标高和水泥喷入量，确保粉喷桩长度，不中途断喷粉。严禁在尚未喷粉的情况下进行钻杆提升作业。提升喷粉搅拌时，严禁使用快档，严格按照试桩确定的提升速度操作，保证搅拌均匀。

(6)施工过程中，若发电机出现故障引起停电导致中断喷粉，必须复喷，接桩长度不小于1m；如若发现喷粉量不足时，进行整桩复打，复打的喷粉量不小于设计用量。操作手除保证设计成桩深度外，还要注意地层的变化，根据电流大小，确认进入持力层的深度。定期检查粉喷桩的成桩直径和搅拌均匀程度，对使用的钻头定期复核检查。

3.3 施工现场如图3所示

图3 现场施工图

3.4 桩基检测结果

经现场试验及对试验数据的计算分析，抽检的粉喷桩单桩复合地基承载力特征值为180kPa，满足设计要求，如表2所示。

表2 单桩复合地基载荷试验结果

4 结语

软土地基若处理不当，会给工程的施工和使用造成很大影响，同时还有可能会导致安全隐患。该工程主要通过水泥固化盐渍土室内试验分析，确定采用425普通硅酸盐水泥并利用粉煤灰外加剂配合施工，有效地把握了粉喷桩施工工艺的施工参数。有效地控制了施工过程质量，采用粉喷桩施工技术在非洲特殊工况下即高温高盐的滨海地区进行软土地基处理，有效提高了软土地基的承载能力和稳定性，工程的整体施工质量极好，为类似工程提供借鉴和参考。