水泥粉喷桩施工工艺和质量控制.doc

水泥粉喷桩施工工艺和质量控制
1、概述
水泥粉喷桩是通过粉喷桩机，借助于压缩空气，沿深度将水泥粉喷射至被加固的深层软弱地基中，强制地搅拌压缩，并吸收周围水份产生一系列物理化学反应形成具有一定强度的水泥土桩，以加固软土地基。粉喷桩法处理软土地基具有施工速度快、处理效率高、工后沉降小、不影响工期等优点，在公路软基处理工程中广泛应用。
宁连公路连云港段位于黄淮冲积平原区，土层绝大部分为第四系沉积物，表层为以海相沉积为主的软弱层，厚度为6-10米，呈软塑一流塑状，含水量高达60%，物理力学性质较差；下层为含钙的硬塑一软塑状粘土和亚砂土，物理力学性质较好。根据此地质特征，为保证封闭工程跨线桥桥头高填土路基的稳定，在桥头段80米长度范围内采用间距为1.5-2.0米，长度为8.0-10.0米的φ50水泥粉喷桩，形成复合地基，来提高地基承载力。
2、施工操作步骤和工艺流程
2.1、操作步骤
⑴粉喷桩机就位
⑵预搅下沉
⑶喷水泥干粉搅拌提升离地面0.5米处
⑷重复搅拌下沉
⑸重复搅拌提升至地面0.5米，回填水泥土并压实
⑹关闭搅拌机械
2、工艺流程
地面整平

放线定位

钻机就位

空压机送气

开 钻

设计桩长

开机喷灰

搅拌提升

停 灰 面
停灰停气

复 搅

成 桩
转入下一桩位
三、施工准备：
1、清理场地，桩位放样
平整施工场地，清除地上、地下一切障碍物（包括石块、树根、垃圾等），低洼处用粘性土填平，沟塘内先排水清淤后再用粘性土回填。根据设计图纸，室内绘制粉喷桩桩位图，并进行实地放样。桩位误差不超过50mm。
2、材料配比试验
粉喷桩处理软基的效果，很大程度上取决于配比的选择是否适合当地工程地质条件。现场钻孔取样（地面下7.0m处），测定原状土天然含水量为50.3%，按50kg/m的掺灰量（即14.5%的水泥掺入量）制作7.07×7.07cm的立方体试块,置入恒温湿箱养护,做7天和28天无侧限抗压强度试验,验让配合比是否满足要求。试验时采用3t压力机控制加荷速度，逐级加压并保持应力直到试件破坏。经测定7天平均强度1.58Mpa,28天平均强度2.36天Mpa,均合格。
3、设备安装就位
准备粉喷桩机，粉料发送器、储灰罐、空压机和电子计量秤等施工设备、安装就位并进行调试。
四、试桩
粉喷桩施工前，考虑到不同的地质情况，须进行1-2根工艺性成桩试验，以掌握对该场地的成桩经验，确定各种技术参数，主要有下钻及提升的困难程度、输灰泵的输灰量、水泥干粉经输灰管到达搅拌机喷灰口的时间、预搅下沉速度、喷灰搅拌提升速度、重复搅拌下沉提升速度、水泥搅拌的均匀程度等。
试桩时应注意对机械性能的检查，试桩成功后应写出试桩报告，并将取得的施工参数挂牌标明在机架上以便执行和检查。
五、施工方法
1、钻机就位：移动钻机对准设计桩位，严格控制钻机竖直度不得大于1.5%。
2、上灰：将水泥送入灰罐中，记录上灰总量。储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg 。
3、钻进：启动钻机和空压机，钻头以30转/min 的旋转速度钻至设计桩长，并满足进入相对硬土层50cm。钻进同时喷射压缩空气，使加固土体在原位受到搅动。
根据试桩结果，钻机下钻时在软弱土层宜采用Ⅳ-Ⅴ档（武汉产PH-5A型粉喷桩机），钻进速度1.2-1.5m/min，电流值为40-50A为正常，当电流值上升至60A时，说明钻头将要进入硬土层，改换Ⅲ—Ⅳ档速度1.0-1.2m/min，电流值继续上升至70A，说明钻头已进入硬土层。按设计要求，桩尖进入硬土层0.5米，电流值此时高达80A，即可结束下钻。
4、喷灰搅拌提升
启动粉体发射器，将水泥喷入被搅动的土体中，钻机停留1-2分钟，以便等待水泥粉输送到孔底，采用Ⅰ—Ⅱ档0.5-0.8m/min）的速度提升钻头,以保证喷灰量,对土体和水泥进行充分拌和,并强制压密。当钻头提升至距地面0.5米停灰面时,关闭粉体收送器。
钻进时空气压力控制在0.2-0.35MPa，提升时控制在0.25-0.4Mpa，该气压值既不堵出气口保证喷粉均匀，又能防止钻孔淤泥向孔壁四周挤压中心形成空洞引发沉桩。输灰管长度控制在60-80M，并应经常检查不得泄漏和堵塞。
5、复搅
考虑到粉喷桩复合地基受力、变形和破坏的特点，确保成桩质量，提高桩体的承载强度，需在粉喷桩的全长范围内重新下钻进行复搅。如喷灰量不足时进行整桩复打，复打喷灰量不小于设计用量。控制标准以复搅时电流表读数达到钻杆下钻进入持力层电流表读数为准。
六、质量控制
1、粉喷桩采用干喷法施工，使用的425#普通硅酸盐水泥应确保质量，须进行安定性和强度试验，合格后方可用于施工，严禁使用过期、受潮结块、变性的劣质水泥。
2、粉喷桩施工设备严禁使用非定型产品或自行改装设备，所使用的设备必须配置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或流量计。施工时，泵送喷灰必须连续，不允许有间断。水泥喷量以延米控制数量，水泥的瞬时喷入量和累计喷入量及泵送时间应有专人记录，水泥材料用量的误差不得大于1%。
3、粉喷桩机提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺，每下沉或提升的时间‘’应有专人记录，严格控制下钻深度、喷粉高程和停灰面，确保粉喷桩长度。要求深度误差不超过5cm，时间误差不大于5秒，并定期检查钻头，误差不大于20mm。
4、桩身必须全长复搅，其桩身应力强度比不复搅的桩身强度提高60%左右。
5、粉喷桩应穿透软弱土层，打入强度较高的持力层，并深入持力层50CM，能有效地控制沉降量，对工后沉降可基本消除或很小，也能解决桥头跳车问题，同时对调整路基横断面不均匀沉降有较好的效果。
6、如软土层厚度与设计桩长不符时，应遵循以下原则：
⑴如达到设计桩长软土层未穿透时，应继续钻进直至深入持力层0.5米；
⑵如未达到设计桩长在探明确已钻至硬土层的情况下，至少应深入硬土层1.0米。
7、因机械故障或停电等原因导致喷灰中断时，必须在12小时内恢复喷灰，两次喷灰处的接头搭接长度超过1.0米，特别困难时以电流表读数明显变化为准，但在提升喷灰前要有等待送粉到达的时间，防止断桩；若停喷超过12小时应补打，新桩距报废桩的距离不能大于桩距的15%，并填报在事故记录中备查。
七、质量事故及预防措施
粉喷桩在施工过程中，由于操作人员对地基状况不甚了解，对施工工艺熟练程度不够，常因操作不当而出现一些质量事故，主要有卡钻、喷粉不畅或堵塞、桩体疏松、强度不够、断桩和沉桩等，现分述如下，并提出相应的预防解决措施：
1、卡钻：主要是钻头通过含水量低的粘土层或板结的硬土层或局部遇有障碍物，此时应慢速钻进或停钻提升钻具重新钻进。
2、喷粉不畅或堵寒：主要原因是气压不够漏气或水泥粉结块、粉料中混有大颗粒杂物堵塞喷口或地层透气性不良或输灰管偏长。此时应控制输灰管长度，保持气压，不使用受潮结块水泥并应过筛，通过反复开关喷粉器来解决。
3、桩体疏松：主要原因是水泥安定性不合格，土层含水量低或遇松散杂土造成粉体流失使桩体含粉量不够，防治措施是禁用不合格水泥，土层含水量低于在钻孔时适当注水或注浆成桩，桩体疏松时可钻进复喷加强。
4、桩体强度不够：主要原因是水泥不合格，喷灰量不足。防治措施是采用合格水泥，通过控制提升搅拌速度来调整喷灰量符合要求。
5、断桩：主要原因是水泥结块或异物粘土堵塞管口、气压不足、提钻速度过快、灰用光未察觉继续搅拌提升。措施是不使用变质水泥，保持气压稳定和喷粉提钻速度，在原位复喷或邻位补桩。
6、沉桩：主要原因是桩底未至持力层，土体波动和停灰面偏低。措施是严格控制停灰面和喷灰量，桩底须达到持力层。
八、质量检测方法
粉喷桩是地下隐蔽工程，施工质量受机具、施工工艺和施工人员的责任心等多种因素的影响，其质量控制应贯穿于施工的全过程。
2、首先施工原始记录必须齐全准确，通过原始记录检查桩距、桩径、桩长、竖直度、单桩喷灰量等指标是否达到设计要求，桩体是否穿透软弱层。施工过程中，须检查喷灰量、桩长、复搅长度以及桩体是否进入硬土层，施工中有无异情况。
3、在成桩7天内采用轻便触探仪检查桩的质量，触探点应在桩径方向的1/4处，抽检频率2%。7天后进行开挖检查，观测桩体成型情况，搅拌喷粉均匀程度。
4、成桩28天在桩体上部（桩顶以下0.5M、1.0M、1.5M）截取三段桩体进行现场桩身无侧限抗压强度试验，检查频率为2%，每一工点不少于2根，推算90天龄期水泥土强度，要求粉喷桩90天强度不小于1.2Mpa。
R90=K1×K2×K3×RT
RT——试验龄期的强度
K1——推算系数 K1= 90/T T为试验龄期
K2——试件边界条件修正系数，一般为1.15
K3——制样强度损伤系数，一般为1.3
粉喷桩基础既加强了地基土的受力强度，又充分发挥原有地基土的强度潜力，如施工工艺成熟，实为一种经济、快捷的软基处理方法。