结合工程实例探讨水泥粉喷桩施工技术在水闸地基工程中的应用

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　　摘要：水闸作为蓄水和排涝建筑物，在现今社会中的作用越来越大，不仅关系到人民的财产和生命安全，也是地方经济发展的保证。水泥粉喷法是利用喷粉桩机，将水泥干粉喷入软弱基土中，并在原位进行强制搅拌，通过水泥和土的一系列复杂的物理化学作用形成水泥土桩体，与基土共同作用形成复合地基，达到提高承载力和减少沉降的目的;该技术成本低、工效快。本文结合实例，就粉喷桩在水闸软地基施工中的应用进行了探讨，以供类似工程参考。
　　关键词：水闸；水泥粉喷桩；软地基；施工
　　
　　1 前 言
　　作为水利基础设施，水闸直接关系着民生大计。水闸通常建在河道、渠道及水库、湖泊岸边，具有挡水和泄水功能。水闸多数是低水头水工建筑物，挡水高度一般不超过15m，上下游最大水位差一般不大于10m。众多水闸的修建，在防洪调度、排除涝水、农业灌溉、水产养殖、城镇工业和居民生活供水等除害兴利方面发挥了巨大社会效益和经济效益，属于不可缺少的水利基础设施。
　　
　　2软土地基上水闸设计和施工时应解决问题
　　(1)选择适宜的闸址；
　　(2)选择与地基条件相适应的闸室结构形式，保证闸室及地基的稳定：做好防渗设计，特别是上游两岸连接建、构筑物及其连接部分，要在空间上形成防渗整体；
　　(3)做好消能、防冲设计，避免出现危害性的冲刷；
　　(4)选择适合的软基处理和施工方法，高质量的完成闸基施工。
　　在水闸施工中对软基处理的方法有很多，如钢筋砼灌筑桩、碎石振冲桩、粉体桩等，每一种处理方法都有自己的特点，本文结合实例，就水泥粉喷桩在水闸软地基施工中的应用进行了探讨，以供类似工程参考。
　　
　　3工程概况
　　 某水闸重建工程，担负着防洪潮、排涝、灌溉、供水及连接两岸交通等任务。工程由水闸、交通桥和管理区房屋建筑物三大系统组成。主体结构由5孔净宽10m的水闸组成，其中左岸边孔为300t级通航孔，闸室总宽度58.8m,左右岸设护岸混凝土挡墙，上下游设消力池、防冲槽等消能结构。
　　工程地质条件：闸址位置表层为淤泥，以下为牯土与砂砾层。其中表层淤泥层深度达15.7～26.6m，含水量高(52.5～97.2％)，孔隙比大(61.O％～73.7％)，压缩性大(压缩模量0.91～2.10MPa)，力学强度低(无侧限抗压强度0.8～1.2MPa，凝聚力I～9MPa,内摩擦角1°10′～3°2O′)。本工程的水闸、空箱、挡土墙、防洪堤等结构物采用水泥粉喷桩加固软基，喷粉深度直达更新世粘土和砂砾层组成的持力层，平均处理深度约18m。
　　
　　4粉喷桩设计要求
　　(1)桩径¢ 500，桩距8OO～1200mm(密排双桩桩距400mm)，桩长15～19m，按梅花形、正方形、圆弧等距、矩形、密排双桩等形式布置。
　　(2)采用水泥作固化剂，水泥采用金旺牌425R普通硅酸盐水泥，喷粉强度55kg/m，水泥掺入比约15.6％。
　　(3)单桩桩身无侧限抗压强度为1.50MPa(90天龄期)。
　　
　　5粉喷桩施工工艺
　　5.1 粉喷桩施工程序
　　本工程中采用GPP-5型深层搅拌机，配备PJ4―1型喷粉记录仪、2m3空气压缩机、储粉罐、刮灰器等。施工前应根据所用的材料，按设计要求的配合比在现场做2～3根成桩试验，确定钻进速度、提升速度、搅拌次数、压缩空气压力、喷粉量等要素。粉喷桩施工必须作好施工流程控制，严格按图1工艺流程进行施工。
　　图1 粉喷桩工艺流程图
　　
　　(1)就位对中：平整场地，测量放样，桩机安装就位、对中。
　　(2)预搅下沉：启动搅拌钻机，钻头正向旋转，按试验确定的参数下沉到设计孔底标高后停钻。为了不堵塞钻头上的喷射口，钻进过程中只喷射压缩空气。
　　(3)喷粉搅拌提升：启动搅拌钻机，反向旋转提升钻头．开启PJ4―1型喷粉记录仪和灰罐控制阀门，在原地搅拌约60s后，等加固料到达喷粉口，再按规定档速边喷粉(35～40kg/m)，边提升5～6m 。
　　(4)重复搅拌：桩机喷粉搅到5～6m后，关闭灰罐阀门。将钻头搅拌下沉至第一段开喷标高，然后边喷粉(20～15kg/m)边复搅边提升5～6m。提升5～6m并喷粉(35～4Okg/m)。
　　(5)往复双循环喷搅：关闭灰罐阀门，将桩机搅拌下沉至第一段开喷标高，重复上述2～5步骤往复双循环喷搅至桩顶。
　　(6)当钻头提升至高出桩顶40～50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，桩柱形成，将钻头提出地面。
　　(7)钻机移位：移动桩机至新孔位重复以上的过程进行下一根桩的施工。
　　5.2 粉喷桩质量控制要点
　　(1)钻架必须保持竖直，桩体的垂直度偏差应≤1%，桩位偏差应≤5cm。
　　(2)施工前应根据地质条件，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、土层厚度、地下水埋深等物理力学性质，按设计要求的配合比在现场做2～3根成桩试验，合理确定钻进速度、提升速度、搅拌次数、
　　成桩时间、喷粉量等要素。
　　(3)粉体的喷射长度应比设计桩顶标高高出40～50cm，待桩体达到一定强度(一般为成桩后25～30天)，再将多余桩体截除。
　　(4)搅拌钻头下搅到桩底标高时，宜在原地喷粉搅拌60s后再往上提升，当喷粉即将到设计标高时，宜停止提升并搅拌30s，以保证桩头的均匀密实。
　　(5)每根桩的桩体制作应连续，不得在喷粉过程中间歇中断。若因故停顿，第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度应≥ 1m。
　　(6)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。提升钻头时应均匀慢速，尽量达到均匀搅拌，保证掺入料与原位土充分混合。严格控制固化剂喷入量，每延米的固化剂喷入量与设计值误差应＜3%。
　　(7)粉喷桩应自然养护14天以上方可进行基坑开挖。
　　(8)施工过程中应有专人负责记录所有粉喷桩的桩号、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、桩底标高、桩顶标高等。成桩时间必须按制桩程序(钻进、提升、复搅)详细记载，时间记录误差应≤5s，桩长记录误差应≤5cm。
　　(9)粉喷桩在成桩后7天内用轻便触探仪钻取桩身加固土样，观察搅拌均匀程度，检验桩的数量应不少于完成桩数的2%。
　　5.3 检测结果
　　(1)施工过程中，浅部开挖成桩桩头(深度约50cm)，检查桩头直径均＞55cm，桩体外观整齐，灰土搅拌均匀，纵向无裂缝，符合设计要求。
　　(2)成桩后7天采用轻便触探仪(N10)检查桩的质量，触探点在桩顶桩径方向1/4处，贯入10cm 的击数N10均＞10击。
　　(3)经桩身静载、抽芯及动测检验表明：单桩地基承载力、复合地基承载力均达到设计要求。桩体均匀完整，桩体长度均符合设计要求。
　　
　　6结 语
　　水泥粉喷桩具有施工工艺简单、技术可靠、成本低廉、工期短、无污染、加固效果好等特点，适用于加固软土地基、加固软土边坡及防渗工程，具有显著的社会效益和经济效益。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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