桥梁加固中粉喷桩施工技术应用分析

黄伟平

（广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510400）

1 粉喷桩施工技术概述

基础持力层粉喷桩软弱地基加固技术又称粉体喷射搅拌法，其主要以粉体材料水泥为固化剂，通过搅拌设备和压缩空气将水泥粉体喷入地基土中，将地基深处的软土和固化剂强制搅拌，并充分利用其之间的水解、水化反应增强软弱土体的稳定性及地基结构强度和整体性，进而形成优质地基。该加固技术适用于地下水埋深浅，地基土天然含水率在30～70%之间，地下水pH值>4的素填土、黏性土、粉土、黄土及松散砂土等地基[1]。粉喷桩加固技术因具有较强的性能优势而在软弱地基加固及基坑支护等方面得到广泛应用。

粉喷桩加固技术能有效提升地基结构的水稳性和承载力，减少总沉降量，并能承受较大的加速荷载和抗变形应力；粉喷装置为密封设计，不会对环境造成污染，在施工过程中也不会产生振动和噪声，环境效益十分显著；施工机械设备简单，连续钻进施工工效高，机械费用低，便于降低施工总成本。

2 工程概况

某与国道连接的北干渠桥梁跨径10m，桥面净宽25.5m，上部结构为预应力空心板形式，下部结构为钻孔灌注桩柔性桥台形式，各桥台设置3根桩径100cm、桩长25m的单排摩擦桩。该桥梁工程场地为黄河冲积平原地貌单元，第四系沉积土揭露地层，上部为粉质黏土夹杂粉细砂，地下水不具腐蚀性，且场地为Ⅱ类中软场地土，施工条件良好。

3 粉喷桩施工工艺

3.1 设备及材料配套

该桥梁加固粉喷桩设计桩径Φ50cm，所使用粉体水泥强度等级为32.5MPa，水泥设计掺加量为60kg·m-1，粉喷桩桩身5m以内抗压强度至少为2000kPa，中部5～12m抗压强度至少为1500kPa，下部12m以下范围内抗压强度至少为1200kPa；闸室地基处理后的承载力至少为130kPa。根据设计要求及施工条件，现场配置3台GPP-5型粉喷桩机，1台经纬仪和1台水准仪，5台电焊机。

3.2 施工方法

（1）定位放线：选定参照物后采用经纬仪进行定向，并用钢尺量距，用水准仪测定相对高程和轴线，根据桩位布置进行细部放线，按照设计要求，定位桩桩位误差不得超出±20mm，并通过石灰和竹签进行双重标记。

（2）钻机就位：钻机就位并调平后将其垂直度控制在1.5%以内，将钻头锥头与竹签对准，检测钻机状态后严格按照《建筑地基处理技术规范》及设计要求开始钻孔施工，首先选择三档/四档快速钻进，如遇硬塑淤泥质地层，应调整至二档后继续钻进，直至设计桩底高程，为避免钻杆埋没，不能采用一档钻进[2]。搅拌钻进过程中将钻速控制在0.8～1.48m·min-1范围内，如需提升钻速，不能超出0.4～0.8m·min-1的范围，水泥粉体固化剂喷入地基土中与地基土的搅拌速度应控制在28～35r·min-1，压缩空气风压为0.25～0.45MPa，风速为2.0m3·min-1，喷射水泥粉体固化剂的速度为30～56kg·min-1。

（3）提升粉喷并搅拌：在设计钻深范围内全面检查喷灰管路的通畅性，无误后开启送灰系统，并根据送灰管路实际长度进行搅拌时间的控制，孔底喷灰搅拌时间通常为20～30s，再将传动系统调整为反转状态，使其按照80～120cm·min-1的提升速度搅拌直至达到设计桩顶高程后继续搅拌20～30s。

（4）复搅钻进及补喷：待提升粉喷搅拌至设计桩顶高程后停止提升，并将传动系统调整至正转状态后停止喷粉，从设计桩顶高程自上而下按照二档/三档的速度复搅钻进至设计桩底，同时将传动系统调整为反转状态，按照80～120cm·min-1的速度复搅，并检测灰量，如果灰量低于60kg·m-1，则必须重新启动送灰系统补喷，以保证灰量至少达到60kg·m-1。补喷结束后应继续向下搅拌钻进1m，提升复搅补喷，直至停灰面成桩。

4 施工效果试验检测

4.1 复合地基载荷试验检测

本桥梁工程粉喷桩施工共用时14d，完成粉喷桩施工工程量845根，实际施工进尺为8065.5m，待粉喷桩复合地基达到设计龄期后随机抽取3根桩体和45根桩身按照《建筑桩基技术规范》等所规定的载荷试验检测依据和加载方式分别进行静载试验和动测检测。检测设备主要为量程0～300kN的30t千斤顶，4个灵敏度0.01kN、量程0～50MPa的百分表，1个灵敏度1.5级、量程0～100MPa的压力表。

按照粉喷桩复合地基实际承载力的2倍确定现场试验最大加载量，并分成8级，第一级加载量为45kPa，此后按照5min的间隔逐级递增45kPa，直至最大载荷量。单桩复合地基静载试验承压板为78cm×78cm（长×宽）的方块，将10cm厚的中粗砂找平层铺设在承压板底，开挖出5m×5m的试桩坑底并开挖至基底标高，通过手动油压千斤顶加载，搭设工字钢加载平台，设置12根底深2.5m的Φ300m地锚以提供反力。

由压力表测量桥梁粉喷桩所承受的荷载，并根据千斤顶标定曲线进行换算。在承压板四边对称架设百分表测量试桩沉降，百分表均通过磁性表座固定在工字钢基准梁上，基准梁所在的基准桩中心距离承压板中心4.0m，基准桩中心距离地锚边1.0m。待全部检测点加载至预期最大试验荷载时终止加载，所抽查得单桩复合地基承载力均在180kPa以上，符合设计要求。

4.2 基桩底应变反射波检测

按照《基桩低应变动力检测规程》所规定的瞬态激振时域频域分析法进行粉喷桩完整性检测，即将速度传感器安装在桩顶以获取瞬态激振响应信号，依据振动理论并结合应力波在粉喷桩桩体内的运动规律，通过电脑实时监控系统进行实测信号时域波性与频域频谱分析，充分了解桩体内波阻抗变动特征，判断桩体均质性，并发现潜在缺陷的位置、尺寸与类型。基桩底应变反射波检测设备主要有EG-10传感器速度计、SY-3加速度计、黄油耦合剂、手锤等，根据完整程度进行判断：桩身水泥土结构完整，桩底应变反射合理，波速在合理范围内，且在桩底反射波抵达前无同相反射信号出现的为Ⅰ类桩；桩身水泥土结构存在轻微缺陷，桩底应变和波速基本合理的为Ⅱ类桩。在本次试验的50根粉喷桩中Ⅰ类桩和Ⅱ类桩分别为45根和5根，符合桩身动测及基桩底应变反射波检测试验合格要求。

5 结论

本桥梁加固中粉喷桩施工工艺及施工效果试验检测结果表明，粉喷桩施工工艺较为复杂，为保证施工质量，必须严格按照设计要求进行，并加强过程控制和工后质量检测。本桥梁工程投入使用后，通过对其使用状况的跟踪调查表明，其地基沉降与设计要求相符，粉喷桩加固技术的运用较为成功，此外，该技术还能有效降低工程造价，提升施工过程的机械化程度，降低劳动强度，减少噪声及振动等对周围环境的不利影响。