粉喷桩施工工艺

粉喷桩施工工艺和质量控制粉喷桩施工工艺和质量控制 颜鲁博 倪红珍 山东省交通工程总公司 摘要摘要 通过对粉喷桩复合地基的形成机理 施工工艺以及 质量通病的总结论述 揭示了粉喷桩在施工过程中的关键 控制工序 质量控制要点和质理通病的防治措施 关键词 关键词 粉喷桩 加固料 预喷 复搅拌 持力层 一 粉喷桩简介 粉喷桩是通过特制的深层搅拌机械 在地基深处利用 压缩空气向软弱土层内输送石灰 水泥等粉状加固料 不 向地基内注入水分使其与原位软弱土混合 压密 并通过 加固料与软弱土之间的离子交换作用 凝聚作用 化学作 用等一系列作用使软弱土硬结成具有整体性 水稳性和一 定强度的柱状加固土 它与原位软弱土层组成复合地基 粉喷桩可分为端承型和摩擦型 其长度应根据建筑物 对地基承载力和变形要求 结合地层情况合理选用 原则 上粉喷桩应穿透软弱土层到达强度相对较高的土层 简称 硬土层 但以提高抗滑稳定为目的的粉喷桩其桩长应根据 危险滑弧的位置决定 加固料水泥一般适用于淤泥质土 粘性土 粉土 素 填土 包括吹填土 杂填土 饱和黄土 中粗砂 砂砾等 2 地基加固 根据室内试验 一般认为水泥作加固料 对含 有伊里石 氯化物和水铝英石等粘土矿物的粘性土以及有 机质含量高 PH 值较低的粘性土加固效果较差 加固料石灰一般适用于粘性土颗粒含量大于 20 粉 粒及粘粒含量之和大于 35 粘土的塑性指数大于 10 液 性指数大于 0 7 土的 PH 值为 4 8 有机质含量小于 11 土的天然含水量大于 30 的偏酸性的土质加固 受机械设备的限制 国内施工机械加固深度大于 15 米 时 喷粉量难以保证 故粉喷桩加固深度不宜大于 15 米 目前粉喷桩常用的加固方法及形式有 1 按加固断面形状分为 桩式加固 格子式加固 竖式 加固 块体式加固 2 按支承形式可分为 承力层支承式 非承力层支承式 二 粉喷桩施工 一 室内配合比试验 粉喷桩作为一种软土地基处理方法 它的选择合理与 否很大程度上取决于工程地质条件 故而粉喷桩施工前进 行室内配合比试验是必要的 1 土样的采集 数量及要求 1 按照设计单位提供的 工程地质详细勘察报告 选 取有代表性的土层位置 钻孔取出一定数量的试样土 3 2 不同土层分别取出试验所需且有富余的土样 3 土样中含贝壳 树枝 草根等杂物应清除 4 记录土样采集的方法 位置 深度 取样日期 2 试验内容 1 加固料质量检验 主要检验加固料的物理 力学性能参数 2 软土的天然含水量 干容重 湿容重 塑限 液限 PH 值等各项指标 3 配合比试验 每个孔分别取上 中 下三组软土 根据事先拟定的 配合比分别做室内配合比试验 求得 R7 R28 R90 试 件尺寸应为 70 7mm 70 7mm 70 7mm 的立方体 试件带 模放入保湿室内进行湿润养护 养护温度宜为 20 30C 湿 度为 75 养护龄期为 7 天 28 天 养生最后一天浸水 24 小时 加固处理土的强度应以无侧限抗压强度衡量 但在施 工时必须同时满足强度和喷粉量的双控指标 二 现场工艺性试桩 为了确保各种操作技术参数 在粉喷桩大面积施工前 必须按室内配比进行工艺性试桩 可根据软土厚度选择 2 处有代表性土质情况的位置进 行试桩 每处不少于 5 根 4 试桩检测项目及数量 1 试桩时现场记录内容 搅拌头直径 mm 设计桩长 m 粉喷深度 m 停灰 面标高 m 钻进速度 m min 参考值 V 1 5m min 搅 拌速度 转 min 参考值 R 30 转 min 50 转 min 平 均提升速度 参考值 VP 0 5m min 0 8m min 气体流 量 L S 钻进 复搅与提升时管道压力 Mpa 参考值 0 25Mpa P 0 4Mpa 复搅长度 m 水泥喷入量 Kg 电流量 A 正常与否 2 荷载试验 成桩 28 天后进行单桩承载力试验 3 根 和复合地基 承载力试验 3 组 3 无侧限抗强度试验 每处 3 根桩 每根桩应在桩体三等分段各钻取芯样一 个 试验要求见 TB10113 96 附录 C 4 有效桩长及成桩均匀性检测 随机抽检 3 根桩 用钻探法或小应变动测法 三 粉喷桩施工 1 清表回填 进行粉喷桩施工的场地 事先应予以平整 清除桩位 处地上地下的一切障碍物 如石头树根等 并进行清表处 理 场地低洼时 应先填粘性土 沟塘处需打粉喷桩 应 5 考虑抽水 清淤回填及平整 2 施工放样 根据设计图施工范围用全站仪每间隔 10 米精确放出中 桩和边桩 其间用钢尺放出每根粉喷桩桩位 桩间距偏差 应小于 100mm 并插以竹桩等标示物报监理复核 3 桩机就位 根据施放的桩位确定粉喷桩机体的位置 使机体搅拌 轴保持垂直状态 4 下钻 启动搅拌钻机 钻头边旋转边钻进 为了不致堵塞喷 射口和减少负载扭距 钻进时喷射压缩空气 不输送加固 料 钻进速度应小于 1 5m min 如地层压力较小时可在下 钻时就喷加固料 该方法可充分利用搅拌机械 增加复搅 次数保证搅拌均匀性 5 钻进结束 对于摩擦型粉喷桩达到设计深度时可停止钻进 对于 端承型粉喷桩必须要穿透软弱土层到达强度相对较高的持 力层 并深入硬土层 50cm 持力层深度除根据地质资料外 还应根据钻进时电流表的读数来确定 当下钻速度在 0 5m min 最慢一档速度 时电流表电流值达 70A 以上并 伴有钻头跳动现象时表明钻头已深入持力层 如能持续 50cm 以上则表明钻头已深入持力层应停止钻进 如软土层 6 厚度与设计桩长不符时 应遵循以下原则 1 如达到设计桩长 软土层仍未穿透时 应继续 钻进 直至深入下卧硬层 50cm 2 如未达到设计桩长 而钻杆钻进又十分困难时 至少应深入硬层 100cm 6 喷粉 提升钻机 喷粉一定要在提升钻机前先预喷 预喷粉的重量是在 打试桩时根据钻头到桩底时送 喷 粉机管道压力喷灰时 管道压力表上的空气压力来确定 见附表 气 压 Mpa 0 250 30 350 40 450 50 55 预喷粉 量 Kg 15182023191513 预喷应在钻头到达桩底前 1m 内开始喷粉 但从预喷开 始到提钻喷粉中间绝对不能断喷 这样才能保证桩底喷粉 量达到设计要求 提钻时钻头呈反向以 0 5 0 8m min 的 速度边旋转边提升 同时粉体发射器以 0 25 0 4Mpa 的喷 7 粉压力将加固料喷入被搅拌的土体中 使土体和加固料进 行充分拌和 注意钻机提升时管道压力不宜过大 以不堵 塞出气孔为原则 以防钻孔淤泥向孔壁四周挤压形成空洞 7 提升结束 当钻头提升至距离地面 50cm 时 发送器停止向孔内喷 射加固料 成桩结束 8 复拌 复搅是否均匀是确定成桩质量的重要因素 复搅不均 匀桩体会变成球形或千层饼形 这样的桩就是加固料掺入 量再多也没有强度 因而对于一般土质 要求全桩复搅 最好上部 60 再进行二次复搅 若遇到特殊土质可适当缩 短复搅长度 但必须保证复搅长度不小于 5 米 为了搅拌 均匀在复搅时钻杆的移动速度要在 0 5m min 以下 而钻杆 的回转搅拌速度要在 92 转 min 以上 这样才能把土质打散 拌匀使土体和加固料充分拌和 9 桩机移位桩顶回填 复拌完毕机体移至下一桩位 桩顶 50cm 范围用参有同 剂量加固料的土回填 8 粉喷桩施工工艺框图 三 粉喷桩处理地基质量通病及防治措施 放线定桩位 钻机就位 钻桩至设计深度 边搅拌喷粉边提升钻杆 至桩顶 底面以下 50cm 处停止搅拌 喷粉 全程复搅一次 提升至地面 关闭搅拌机械 移至下一桩位继续施工 9 1 卡钻 产生原因 通过含水量低的粘土层 或板结的硬土层 或局部遇到障碍物 如石头树根 防治措施 方法 应停止钻进或慢速钻进 严重时应 停钻 并提升钻具 改进钻头 如在提升钻杆时卡钻 则 应暂时停止喷粉 待正常后再复打 2 喷粉不畅或堵塞 产生原因 气路连接部分密封不严 气源不足 气压 不够 加固料吸湿结块 喷口粘结粉 泥后变小 粉料中 混有杂物 大颗粒 部分地层透气性不良 输灰管过长 防治措施 方法 复打并应使气路连接严密 供气保 持充足 气压稳定并满足要求 防止加固料受潮 并过筛 遇喷粉不畅应迅速操纵喷粉阀 由开到关 由关到开 反 复多次来克服 严禁以物体敲击灰罐罐体 控制输灰长度 并满足要求 3 桩体疏松 产生原因 加固料安定性不合格 土层含水量太低 或遇松散杂填土 造成粉体流失 使桩体含水量不够 土 壤含水量低 复打也易产生疏松 防治措施 方法 先取加固料 土样进行试验 找出 原因 安定性不合格加固料禁用 土层含水量低 在钻孔 时适当注水 或改用注浆法成桩 发现桩体疏松 可钻进 10 复喷一次加强 4 夹层断桩 产生原因 加固料潮湿 或有异物堵管 管道漏气或 供气不足或气压不稳 喷粉孔磨损 被粘土堵塞 提钻速 度过快 先提钻后喷粉 灰喷完后未察觉 喷灰中断 仍 在搅拌成桩 防治措施 方法 雨季 夏季对加固料应采取防雨 防潮措施 喷粉时严格过筛计量和气压检查 注意控制喷 粉与提钻速度 应先喷粉 1 2min 后再提钻搅拌 堵孔应 将钻头提出清理 将上部断桩打去 在原位复喷或邻位补 桩 5 空心桩 产生原因 土壤含水量太低 中心部分气压减小 造 成桩体四周强度高 中部为土芯 形成空心桩 另外土干 气压偏大 加固料从两侧喷出 也易产生中间无加固料的 空心现象 防治措施 方法 遇含水量低于 20 的干土 应改为 喷浆搅拌法施工 或钻孔搅拌时适当注水 加大桩体含水 量 6 桩体强度不够 产生原因 喷灰量不足 加固料强度不够 加固料安 定性不合格 钻杆提升速度不均 喷粉管路轻微堵塞 造 11 成气压不稳 灰流量时高时低 喷灰不匀 遇局部松软土 漏灰 遇粘土搅不开 以减压阀调定的灰罐与喷灰管间存 在压差 也常会影响到定量喷粉 防治措施 方法 控制喷粉量 用合格加固料 控制 提升速度 经常观察电子称或流量计进行了解和控制 防 止管路堵塞 遇松软土 粘土应适当进行调整 使喷粉均 匀 7 沉桩 产生原因 土壤含水量过大 桩底空松 喷灰少 气 压不稳 喷灰不匀 造成断桩 气流过大 土体波动 停 灰面位置偏低 喷灰量不足 防治措施 方法 取土样试验 含水量过大时改变处 理措施 提升钻杆前先喷灰 保持气压稳定 喷灰均匀 避免断桩 调整气压 避免气流过大 严格控制规定的停 灰面和喷灰量 四 质量控制指标