橋梁加固中粉噴樁施工技術(shù)應(yīng)用分析

黃偉平

（廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510400）

1 粉噴樁施工技術(shù)概述

基礎(chǔ)持力層粉噴樁軟弱地基加固技術(shù)又稱(chēng)粉體噴射攪拌法，其主要以粉體材料水泥為固化劑，通過(guò)攪拌設(shè)備和壓縮空氣將水泥粉體噴入地基土中，將地基深處的軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，并充分利用其之間的水解、水化反應(yīng)增強(qiáng)軟弱土體的穩(wěn)定性及地基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體性，進(jìn)而形成優(yōu)質(zhì)地基。該加固技術(shù)適用于地下水埋深淺，地基土天然含水率在30～70%之間，地下水pH值>4的素填土、黏性土、粉土、黃土及松散砂土等地基[1]。粉噴樁加固技術(shù)因具有較強(qiáng)的性能優(yōu)勢(shì)而在軟弱地基加固及基坑支護(hù)等方面得到廣泛應(yīng)用。

粉噴樁加固技術(shù)能有效提升地基結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性和承載力，減少總沉降量，并能承受較大的加速荷載和抗變形應(yīng)力；粉噴裝置為密封設(shè)計(jì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，在施工過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，環(huán)境效益十分顯著；施工機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單，連續(xù)鉆進(jìn)施工工效高，機(jī)械費(fèi)用低，便于降低施工總成本。

2 工程概況

某與國(guó)道連接的北干渠橋梁跨徑10m，橋面凈寬25.5m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力空心板形式，下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁柔性橋臺(tái)形式，各橋臺(tái)設(shè)置3根樁徑100cm、樁長(zhǎng)25m的單排摩擦樁。該橋梁工程場(chǎng)地為黃河沖積平原地貌單元，第四系沉積土揭露地層，上部為粉質(zhì)黏土夾雜粉細(xì)砂，地下水不具腐蝕性，且場(chǎng)地為Ⅱ類(lèi)中軟場(chǎng)地土，施工條件良好。

3 粉噴樁施工工藝

3.1 設(shè)備及材料配套

該橋梁加固粉噴樁設(shè)計(jì)樁徑Φ50cm，所使用粉體水泥強(qiáng)度等級(jí)為32.5MPa，水泥設(shè)計(jì)摻加量為60kg·m-1，粉噴樁樁身5m以?xún)?nèi)抗壓強(qiáng)度至少為2000kPa，中部5～12m抗壓強(qiáng)度至少為1500kPa，下部12m以下范圍內(nèi)抗壓強(qiáng)度至少為1200kPa；閘室地基處理后的承載力至少為130kPa。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工條件，現(xiàn)場(chǎng)配置3臺(tái)GPP-5型粉噴樁機(jī)，1臺(tái)經(jīng)緯儀和1臺(tái)水準(zhǔn)儀，5臺(tái)電焊機(jī)。

3.2 施工方法

（1）定位放線：選定參照物后采用經(jīng)緯儀進(jìn)行定向，并用鋼尺量距，用水準(zhǔn)儀測(cè)定相對(duì)高程和軸線，根據(jù)樁位布置進(jìn)行細(xì)部放線，按照設(shè)計(jì)要求，定位樁樁位誤差不得超出±20mm，并通過(guò)石灰和竹簽進(jìn)行雙重標(biāo)記。

（2）鉆機(jī)就位：鉆機(jī)就位并調(diào)平后將其垂直度控制在1.5%以?xún)?nèi)，將鉆頭錐頭與竹簽對(duì)準(zhǔn)，檢測(cè)鉆機(jī)狀態(tài)后嚴(yán)格按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》及設(shè)計(jì)要求開(kāi)始鉆孔施工，首先選擇三檔/四檔快速鉆進(jìn)，如遇硬塑淤泥質(zhì)地層，應(yīng)調(diào)整至二檔后繼續(xù)鉆進(jìn)，直至設(shè)計(jì)樁底高程，為避免鉆桿埋沒(méi)，不能采用一檔鉆進(jìn)[2]。攪拌鉆進(jìn)過(guò)程中將鉆速控制在0.8～1.48m·min-1范圍內(nèi)，如需提升鉆速，不能超出0.4～0.8m·min-1的范圍，水泥粉體固化劑噴入地基土中與地基土的攪拌速度應(yīng)控制在28～35r·min-1，壓縮空氣風(fēng)壓為0.25～0.45MPa，風(fēng)速為2.0m3·min-1，噴射水泥粉體固化劑的速度為30～56kg·min-1。

（3）提升粉噴并攪拌：在設(shè)計(jì)鉆深范圍內(nèi)全面檢查噴灰管路的通暢性，無(wú)誤后開(kāi)啟送灰系統(tǒng)，并根據(jù)送灰管路實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行攪拌時(shí)間的控制，孔底噴灰攪拌時(shí)間通常為20～30s，再將傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整為反轉(zhuǎn)狀態(tài)，使其按照80～120cm·min-1的提升速度攪拌直至達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂高程后繼續(xù)攪拌20～30s。

（4）復(fù)攪鉆進(jìn)及補(bǔ)噴：待提升粉噴攪拌至設(shè)計(jì)樁頂高程后停止提升，并將傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整至正轉(zhuǎn)狀態(tài)后停止噴粉，從設(shè)計(jì)樁頂高程自上而下按照二檔/三檔的速度復(fù)攪鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底，同時(shí)將傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整為反轉(zhuǎn)狀態(tài)，按照80～120cm·min-1的速度復(fù)攪，并檢測(cè)灰量，如果灰量低于60kg·m-1，則必須重新啟動(dòng)送灰系統(tǒng)補(bǔ)噴，以保證灰量至少達(dá)到60kg·m-1。補(bǔ)噴結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)向下攪拌鉆進(jìn)1m，提升復(fù)攪補(bǔ)噴，直至?；颐娉蓸?。

4 施工效果試驗(yàn)檢測(cè)

4.1 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)

本橋梁工程粉噴樁施工共用時(shí)14d，完成粉噴樁施工工程量845根，實(shí)際施工進(jìn)尺為8065.5m，待粉噴樁復(fù)合地基達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后隨機(jī)抽取3根樁體和45根樁身按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》等所規(guī)定的載荷試驗(yàn)檢測(cè)依據(jù)和加載方式分別進(jìn)行靜載試驗(yàn)和動(dòng)測(cè)檢測(cè)。檢測(cè)設(shè)備主要為量程0～300kN的30t千斤頂，4個(gè)靈敏度0.01kN、量程0～50MPa的百分表，1個(gè)靈敏度1.5級(jí)、量程0～100MPa的壓力表。

按照粉噴樁復(fù)合地基實(shí)際承載力的2倍確定現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最大加載量，并分成8級(jí)，第一級(jí)加載量為45kPa，此后按照5min的間隔逐級(jí)遞增45kPa，直至最大載荷量。單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)承壓板為78cm×78cm（長(zhǎng)×寬）的方塊，將10cm厚的中粗砂找平層鋪設(shè)在承壓板底，開(kāi)挖出5m×5m的試樁坑底并開(kāi)挖至基底標(biāo)高，通過(guò)手動(dòng)油壓千斤頂加載，搭設(shè)工字鋼加載平臺(tái)，設(shè)置12根底深2.5m的Φ300m地錨以提供反力。

由壓力表測(cè)量橋梁粉噴樁所承受的荷載，并根據(jù)千斤頂標(biāo)定曲線進(jìn)行換算。在承壓板四邊對(duì)稱(chēng)架設(shè)百分表測(cè)量試樁沉降，百分表均通過(guò)磁性表座固定在工字鋼基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁所在的基準(zhǔn)樁中心距離承壓板中心4.0m，基準(zhǔn)樁中心距離地錨邊1.0m。待全部檢測(cè)點(diǎn)加載至預(yù)期最大試驗(yàn)荷載時(shí)終止加載，所抽查得單樁復(fù)合地基承載力均在180kPa以上，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 基樁底應(yīng)變反射波檢測(cè)

按照《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》所規(guī)定的瞬態(tài)激振時(shí)域頻域分析法進(jìn)行粉噴樁完整性檢測(cè)，即將速度傳感器安裝在樁頂以獲取瞬態(tài)激振響應(yīng)信號(hào)，依據(jù)振動(dòng)理論并結(jié)合應(yīng)力波在粉噴樁樁體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)測(cè)信號(hào)時(shí)域波性與頻域頻譜分析，充分了解樁體內(nèi)波阻抗變動(dòng)特征，判斷樁體均質(zhì)性，并發(fā)現(xiàn)潛在缺陷的位置、尺寸與類(lèi)型?；鶚兜讘?yīng)變反射波檢測(cè)設(shè)備主要有EG-10傳感器速度計(jì)、SY-3加速度計(jì)、黃油耦合劑、手錘等，根據(jù)完整程度進(jìn)行判斷：樁身水泥土結(jié)構(gòu)完整，樁底應(yīng)變反射合理，波速在合理范圍內(nèi)，且在樁底反射波抵達(dá)前無(wú)同相反射信號(hào)出現(xiàn)的為Ⅰ類(lèi)樁；樁身水泥土結(jié)構(gòu)存在輕微缺陷，樁底應(yīng)變和波速基本合理的為Ⅱ類(lèi)樁。在本次試驗(yàn)的50根粉噴樁中Ⅰ類(lèi)樁和Ⅱ類(lèi)樁分別為45根和5根，符合樁身動(dòng)測(cè)及基樁底應(yīng)變反射波檢測(cè)試驗(yàn)合格要求。

5 結(jié)論

本橋梁加固中粉噴樁施工工藝及施工效果試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，粉噴樁施工工藝較為復(fù)雜，為保證施工質(zhì)量，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并加強(qiáng)過(guò)程控制和工后質(zhì)量檢測(cè)。本橋梁工程投入使用后，通過(guò)對(duì)其使用狀況的跟蹤調(diào)查表明，其地基沉降與設(shè)計(jì)要求相符，粉噴樁加固技術(shù)的運(yùn)用較為成功，此外，該技術(shù)還能有效降低工程造價(jià)，提升施工過(guò)程的機(jī)械化程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少噪聲及振動(dòng)等對(duì)周?chē)h(huán)境的不利影響。