[转贴]：粉喷桩处理软土地基浅谈

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粉喷桩处理软土地基浅谈?
陈 强
(江苏省交通科学研究所 南京市210017)
1　前言
　　随着改革开放的深入和国家“九五”计划的实
施，在软土地基上建造高层建筑、港口码头、公路
铁路和大型工业设施等工程日益增多，软土地基加
固技术越来越受到广大工程技术人员的重视。?
　　粉体喷射搅拌桩是利用水泥、石灰以及水泥掺
入20％左右的粉煤灰等材料作为固化剂，通过特制
的搅拌机械将粉状固化剂喷入软土地基中强制搅
拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、
化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和
一定强度的桩体，并与桩间土共同作用组成复合地
基。这种方法适用于加固软土特别是淤泥类土，经
过处理后的土体压缩性明显减小，抗侧向变形能力
有所提高，特别是对于处于桥头部位的软土，经粉
体喷射搅拌桩加固处理，可明显防止软土对桥台桩
基的侧向挤压作用，而且软土的固化时间较短，沉
降稳定所需时间较少，适应于快速施工要求。?
　　粉体喷射搅拌桩地基加固方法，国外七十年代
中期开始在地基加固工程中实际应用，国内七十年
代末期开始进行深层搅拌机械研制和室内外试验，
1980年开始在工程中正式采用深层搅拌法加固软土
地基。江苏公路工程采用粉体喷射搅拌桩处理软土
地基始于沪宜公路一座大桥。从沪宁高速公路开
始，高等级公路已经普遍采用粉体喷射搅拌桩处理
桥头软土地基，为大大缩短建设周期、减少地基沉
降起到积极作用。?
2　粉喷桩处理软基的适应性
　　粉体喷射搅拌桩适用于软土地基天然含水量在
35％～70％。在喷粉量相同时，其强度随土的天然
含水量的降低而增大。大量试验证明，地基土的含
水量在50％～85％范围内变化时，含水量每降低
10％，强度可提高30％以上。?
　　粉喷桩常用的固化剂为水泥，对于有机质含量
高的软土，有机质会使土层具有较大的水容量和塑
性、较大的膨胀性和低渗透性，并使土层具有一定
的酸性，这些都阻碍水泥水化反应的进行，从而影
响水泥土强度增长。对于有机质含量较高的软粘
土，用粉体喷射搅拌桩处理的软土地基的强度较
低，且沉降量一般也比较大，应慎重对待。?
　　粉体喷射搅拌桩是将水泥用机械拌入软粘土
中，当水泥拌入软粘土遇到土中的水，即发水化和
水解反应。水泥的各种水化物生成后，有的自身继
续硬化，形成水泥石骨架，有的则与其周围具有一
定活性的粘土颗粒发生离子交换、团粒化作用、硬
凝反应和碳酸化反应，生成新的化合物，从而提高
桩土的强度，因此要求有一定的水泥喷入量。而随
着土质与施工条件的差异，掺入比提高与桩土强度
增加的百分比是不完全一致的。当掺入比小于5％
时水泥与土的反应过弱，固化程度偏低，强度就不
能满足设计要求，因而在实际工程中水泥掺入量大
于5％才能取得处治的效果。?
　　粉体喷射搅拌桩所使用的机械其加固深度为15
～17米，但通常的机械在15米以上时依靠空压很难
将水泥压入桩体尖端，从而造成桩体尖喷粉量的不
足和原状土的扰动，使软基处理与设计要求不符。
还应当注意的是用粉喷桩处理软土层时，若桩未穿
透软土层，会造成未处理部分软土层的沉降量增
加，沉降速度变慢。因此，用粉体喷射搅拌桩处理
软土地基应将整个软土层穿透。粉喷桩处理软土地
基的软弱层埋深不应大于15米以上。?
3　粉喷桩设计的概况
　　粉体喷射搅拌桩所形成的桩柱体在无侧限的情
况下，也可保持直立和一定的抗压强度，它与砂
桩、石灰桩等柔性桩有本质区别；在轴向力作用
下，它又有一定的压缩性，特别是当桩身强度很低
时，就可能产生较大的压缩变形，这与混凝土桩等
刚性桩又有所区别。也就是说，粉体喷射搅拌桩是
一种介于刚性桩与柔性桩之间具有一定压缩性的
桩。即桩身强度越高，其性质越接近刚性桩；反之
则越接近柔性桩。?
　　在进行设计中，软土地基加固经常遇到塘沟等
低洼地形。为了便于施工必须进行场地整平，一般
采用大面积填土，这种新填土的自重固结沉降对刚
性桩来说必将产生不可忽视的负摩阻力，但对搅拌
桩来说，由于粉体喷射搅拌桩变形模量比刚性桩低
得多，受荷后桩本身有一定压缩量，桩与桩间土能
同时下沉，所以回填土的固结不致在搅拌桩侧壁产
生较大的负摩阻力。因此在工程设计中，可不考虑
被加固地基表层新填土固结所产生的负摩阻力，也
不应考虑新填土所提供的侧壁摩擦力。
　　粉体喷射搅拌桩加固软土地基，设计时应根据
工程地质特点和各路段对沉降的要求，采用不同的
桩距和长短桩相结合等不同的加固形式，以达到调
整沉降量和节省材料、缩短软土地基处理建设工期
的目的。?
　　粉体喷射搅拌桩复合地基的沉降是由两部分组
成，即桩体与桩间土的压缩变形和桩端下未加固土
层的压缩变形之和。大量的粉体搅拌桩设计计算结
果显示，粉喷桩的压缩变形量在1～3cm之间。桩端
下未加固土层的压缩变形根据现行规范要求采用分
层总和法进行计算，将两者相加即可计算出粉体喷
射搅拌桩加固地基的沉降量。?
4　粉喷桩的施工
　　粉体喷射搅拌桩施工场地事先应予平整，必须
清除地面上大于10cm的石块、树根、生活垃圾等一
切障碍。场地低洼时应回填素粘性土，禁止回填杂
填土。?
　　由于粉喷桩桩体强度和质量与多种因素有关，
因此施工前，首先要在室内标准条件下制备水泥土
试件，进行不同龄期强度试验，以验证设计参数，
如达不到设计要求应调整水泥剂量，满足实际工程
需要。粉体喷射搅拌桩施工前，必须进行成桩试
验，以掌握所在路段的成桩经验及各种技术参数。
成桩试验应达到下列要求：(1)满足设计水泥喷入
量的各种技术参数；(2)水泥搅拌的均匀程度，掌
握下钻及提升的困难程度，确定合理的技术处理措
施。施工中应严格控制喷灰时间及停灰时间，确保
粉喷桩长度，禁止在尚未喷灰的情况下进行钻机提
升作业，每根桩成桩结束后应及时检查水泥的喷入
量。施工中发现喷粉量不足，实行整桩复打，复打
喷粉量仍应不少于设计用量。施工现场每批水泥应
进行抽检，满足设计要求的水泥才允许投入工程使
用，严禁使用过期、受潮、结块、变性的劣质水
泥。?
　　为了充分利用粉体喷射搅拌桩对软土地基的加
固效果，粉喷桩施工中必须保证其垂直度和桩位的
准确性。所有打设的粉喷桩其偏斜度不得大于
1.5％的桩长，桩位偏差一般不得大于10cm，桩体
无侧限抗压强度不得小于设计中规定的要求。?
5　结束语
　　粉体喷射搅拌桩处理软土地基与其他软土地基
处治方案一样，是一项复杂的设计、科研工作。这
种软土地基处理方法对于加固软粘土特别是淤泥类
土，加固效果较显著，加固后可很快投入使用，适
应快速施工的要求。但是也存在着许多不足之处，
例如这种软土 基加固方法是一种不经济的处治方
法。从我省高等级公路应用的实际情况看来，用这
种方法处治的路段其处治费用约占该路段路基总造
价的30％；对于天然含水量大于85％的软土地段，
使用此种软土地基其效果并不很理想；一般地段软
土地基常含有机质和腐植质，对于有机质含量较高
的软粘土，用粉喷桩加固后的强度一般较低；目前
国内生产的粉喷桩机械处理层最深达17米，处理效
果明显的应在15米以内；若粉喷桩未穿透软土层会
造成未处理部分软土层的沉降量增加，沉降速度变
慢。这些都有待于进一步研究和探索，使粉体喷射
搅拌桩处理软土地基技术更好地为交通建设服务。

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粉喷桩检测方法浅论
周 立 军
(无锡市高速公路指挥部无锡 214031)

摘要：粉喷桩技术被广泛应用于软土地基处理，本文较详细地介绍
了粉喷桩的特征、加固形成的粉喷桩特性、常用检测方法及试验结
果分析等，可供有关工程技术人员参考。
关键词：粉喷桩　特性 检测 分析


1 前言
　　在我国沿海地区及广大南方地区，广泛存在着海相沉积、内陆
湖相沉积以及冲积形成的软土地层。这些软土地基具有高含水量、
大孔隙比、高压缩性的特点。80年代以来，在交通工程特别是高等
级公路建设中，因路面的工后沉降控制要求较高，处理软土地基一
般采用按太沙基的固结理论如超载预压，砂井、插塑板排水固结预
压。90年代以来，随着复合地基理论研究的深入，诸如搅拌桩(水泥
浆、水泥粉体)、碎石桩等技术在高等级公路施工中得到广泛应用，
较成功地解决了路基的后期沉降、高填土路基稳定、管涵施工避免
二次开挖等问题。?
2　粉喷桩桩体特征
　　粉喷桩是粉体喷射搅拌加固软土技术的简称，在国外也广泛使
用，定名为Dry Jet Maxing Method(简称DJM工法)。粉喷桩是将粉
状加固材料以压缩空气为输送动力，喷入软土地基中，与原位土进
行强制搅拌混合，使土与加固材料产生化学反应，在改善土质性状
的同时，提高其强度。?
2.1　施工工艺流程
　　一般施工工艺流程见图1。

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?图1?

2.2　工艺参数
　　钻进速度V＝0.5m/min?
　　提升速度V＝0.5m/min?
　　搅拌速度R＝30r/min?
　　气体流量Q＝0.5L/S?
　　空气压力P＝0.4MPa?
2.3　加固形成的粉喷桩的特征
　　(1)加固形成的桩体——加固体，从微观的材料物理、力学性能
分析，它不是质地均匀的同一、同性材料，而是包含孔隙、水、加
固料自硬及化学反应凝结形成的具有一定随机性的复合材料。?
　　(2)从宏观角度分析，桩体强度主要是由掺入水泥量的多少决
定，和搅拌均匀程度也有关系。目前工程采用的掺入量(水泥)一般
为加固土重量的15％。?
　　(3)经常采用的粉喷桩桩体直径与钻头直径相同，一般为50cm。
在桩体水平截面中央，存在5～10cm不等的未经压实加固土的松散
“盲区”，有的甚至形成孔洞。这是粉喷桩施工工艺所决定的，是
不可避免的。?
　　(4)观察桩体垂直截面的强度情况，一般是上部强度较下部高。
这与水泥喷入量、孔隙水压力、搅拌均匀程度等情况有关。?
　　衡量粉喷桩加固高速公路软土地基的加固效果，主要有二条：
第一，其加固深度及加固区的变形模量是否满足设计对路面工后沉
降量的要求；第二，桩体强度能否满足在设计荷载作用下竖向及侧
向的稳定要求。?
3　常用的检测方法
　　由于目前施工机械设备的掺入量定量、定时输送控制调整，以
及瞬时测定输入量设备尚不够完善，施工技术和管理水平有差异，
对粉喷桩施工工后质量检测必不可少。目前经常采用的检测方法有
静载、压桩头和钻探取芯3种。?
3.1　静载试验
　　静载试验是根据现场测定的P(荷载)-S(沉降)曲线，检测粉喷桩
强度及加固效果。静载试验按压板面积大小，可分为单桩和复合地
基试验二种。单桩试验中，一般是粉喷桩桩体发生破坏，所以其测
定的极限荷载，反映的是粉喷桩被压裂部位的强度。大量的单桩静
载试验结果证实，桩体破坏部位一般是桩顶以下0.5～2.5m，桩体强
度的薄弱处。出现桩体发生“刺入”破坏形式是很少见的。复合地
基测定的P-S曲线，是反映加固区复合地基的变形模量。在复合地基
试验中，测定桩间土压力或桩顶压力，也可确定桩体的破坏强度。
3.2　压桩头试验
　　压桩头试验就是在开挖桩头检查以后，在桩顶以下截取几段桩
体，做足尺无侧限强度试验。通常是在桩顶以下2m范围内，截取三
段，做成直径50cm、高度50cm的柱体。该方法具有试验方法简捷、
经济的优点，适合于在分散施工的现场检查。由于试样采集受到施
工场地及采集设备的限制，因此试验结果验证桩体质量范围是有限
的，尚不能满足公路填土荷载决定的影响深度较深的特点。?
3.3　钻探取芯
　　钻探取芯是检查粉喷桩质量的重要方法。该方法是日本检查粉
喷桩(DJM工法)质量的主要手段。它是通过钻探，连续地采集粉喷桩
试样(岩芯)，以判定粉喷桩的连续性和整体强度。为保证采样质
量，在必要时用双层岩芯管取样器或丹尼森取样器和三重取样器。
为了取得高质量岩芯，取样器的直径可使用?86mm、?116mm等较大
尺寸，钻孔位置应在粉喷直径的1/4处。?
4　试验实测结果的分析
　　锡澄高速公路粉喷桩软基处理施工中，上述3种检测方法都曾采
用，以压桩头试验为主。在某些标段质量检测中，同时也采用静载
试验和钻探取芯。由于此次静载和钻探取芯的抽验桩数较少，且各
组试验数据离散性较大，下面仅选择有代表性的几组数据，反映检
测结果。?
4.1　静载试验
　　1182＃复合地基静载试验结果见表1～2和图2～3。


表2 试桩号1182＃复合地基?静载试验桩、土应力

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图2 Q-S曲线

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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
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9.   </tr>
   
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图3　lgt～S曲线
1182＃粉喷桩复合地基的静载试验，在最大荷载 247.5 kN 作
用下，总沉降量 为 67.71mm。图2～3分别为Q～S曲线和lgt～S曲
线，可以判别复合地基极限承载力大于247.5kPa，允许承载力大于
123.75kPa。该试验桩龄为53d ，推算复合地基承载力为120.6kPa，
而123.75kN＞120.6kPa，故推算至90d桩身强度，复合地基允许承载
力大于155kPa。?
4.2　压桩头试验
　　部分粉喷桩现场无侧限抗压强度试验结果见表3。

本工程R90＝K1K2K3RT。其中RT＝试验龄期强度(MPa)；K1为推
断系数，K1＝ √90/T；K2为试件边界条件修正系数，一般为1.15；
K3 为制样强度损伤系数， 一般 为 1.3。从表2可知，本次试验的
强度代表值为1.78MPa，各试块的强度均大于1.2MPa，满足高速公路
建设要求。?
4.3　钻探取芯

表4 粉体搅拌桩监测成果表
桩顶以下2m以内，强度普遍较高、标贯击数在70击左右。桩顶
以下2～6m，系粉喷桩的复搅深度，总体强度较好，标贯击数高者达
63击，一般在40～60击之间。桩顶以下6～10m，加灰后粉体桩的强
度普遍比原地基土强度略有增高，特别是44/19号桩，其桩体强度有
明显增长，标贯击数达18～26击，无侧限抗压强度达494.8KPa(见表
4)。桩顶10m以下，直到粉体桩长18m以内，地基土标贯击数一般在3
～7击，粉体搅拌桩标贯击数一般在5～10击，总体强度增长不大，
无侧限抗压强度60～122KPa之间波动。
　　压桩试验结果表明，试样现有龄期强度在1.0MPa左右，与单桩
复合地基试验测得的破坏时桩顶应力即桩体强度较接近。因此，从
工程应用角度出发，压桩头试验替代耗时、费力的静载试验是可行
的。?
　　试图以1.4×1.4m压板尺寸的单桩复合地基试验，来检查加固深
度为18m的粉喷桩加固效果，是比较困难的。?
　　钻探取芯结果表明，桩体自上至下标贯击数明显递减，桩体强
度在逐渐下降。试验测定的标贯击数与采集试样无侧限抗压强度，
具有较大的离散性，试图建立其相关关系是十分困难的。用取芯试
样强度与桩体实际强度建立相互关系可能比较实际。
5　体会
　　(1)从保证工程质量角度而言，最重要的是完善工程机械设备和
质保体系，加强现场的旁站监理，统一施工工艺和质量控制标准。
?　(2)明确钻探取芯为检查粉喷桩质量主要手段，通过大量试验，
积累数据，规范钻探取芯技术。

表1-4详附图

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表2

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表3

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表4

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喷粉搅拌桩桩体质量检测方法探讨

钱国超　　　　　　　刘松玉

【南京机场高速公路管理处　211100】　　【东南大学交通学院　210018】

摘　要：为了确保喷粉搅拌桩桩体的质量，本文在分析和试验的基础上，提出采用静力触探法(CPT法)结合标准贯入试验法(SPT法)对喷粉桩工程质量进行检测和控制。
关键词：喷粉搅拌桩　质量　桩体　检测　控制

1　引言

　　粉体喷射搅拌法(DJM工法)是深层搅拌加固技术的一种。1967年瑞典BPA公司的Kjeld Paus先生提出了一种采用生石灰粉与原位软粘土搅拌形成石灰柱的软土加固法，即"石灰柱法"(Lime Columns Method)，它标志着粉体喷射搅拌技术的问世。1971年瑞典的Linden-Alimat公司根据 Kjeld Paus 的研究成果，在现场用生石灰和软土搅拌制做了石灰柱，进行了第一次现场试验，1974年正式取得专利并进入工程实用阶段，开创了粉喷技术的新时代。
　?日本在1967年由运输部港湾技术研究所开始研究石灰搅拌施工机械，1974年开始在软土地基加固工程中应用，且在施工技术上超越瑞典。研制了两种施工机械，形成两种施工方法，一类是使用颗粒状生石灰的深层石灰搅拌法，即DLM法(Deep Lime Mixing工法)；另一类是喷射搅拌的粉体，且不限于石灰粉末，可使用水泥粉之类干燥的加固材料，称之为粉体喷射搅拌法，即DJM(Dry Jet Miximg工法)。
　　由于使用的固化剂为干燥雾状粉体，不再向地基土中注入附加水份，它能充分吸收软土中的水，对含水量高的软土加固效果尤为显著，较其他加固方法输入的固化剂要少得多，不会出现地表隆起现象。同时，水泥粉等粉体加固料是通过专用设备，用压缩空气将粉体喷入地基土中，再通过机械的强制性搅拌将其与软土充分混合，使软土硬结，形成具有整体性较强、水稳性较好、有一定强度的柱体，起到加固地基的作用。这种地基处理方法在施工过程中无振动、无污染，对周围环境无不良影响，近二十年来，在国外得到了广泛应用。
　　1983年，铁道部第四勘察设计院引进这项技术，进行了设备研制和生产实践，1984年在广东省云浮硫铁矿铁路专用线上的软土地基加固工程中率先使用，后来相继在武昌、连云港等用于下水道沟槽挡土墙和铁路涵洞软基加固，均获得良好效果。
　　由于喷粉桩加固软基效果好、速度快，可以最大限度地减少工后沉降，特别是对于减少桥头跳车现象、减少地基不均匀沉降、防止路堤失稳方面有着其它软基处理方法无法比拟的优点。因此，近年来在高速公路软基处理工程中得到广泛应用，至目前为止，我省在高等级公路上喷粉桩的使用已超过800万延米。
　　实践证明，喷粉桩是一种具有很大推广价值的软土地基加固技术，这一技术已广泛应用于铁路、市政工程、工业民用建筑等的地基础处理中。然而近来由于喷粉桩复合地基施工质量不易控制，出现事故较多，上海等地相继暂停该项技术在工民建地基处理中的应用。粉体喷搅法加固软弱土层中，其设计理论、施工控制技术一直存在争论。概括起来，在喷粉桩应用领域存在两类问题：
　　(1)喷粉桩复合地基的设计计算方法，包括其荷载传递特性、桩土共同作用理论、沉降计算方法、承载力计算方法等；
　　(2)喷粉桩施工质量控制技术。喷粉桩的施工质量是保证其处理效果的关键，由于喷粉桩属隐蔽工程、"良心"工程，目前还没有公认的、行之有效的质量控制方法，这是导致喷粉桩处理软基失效或处理效果不好的主要原因。

2　喷粉桩质量检测方法综述

　　由于喷粉桩施工量大面广，且是隐蔽工程，现有喷粉桩施工机具无法自动地、准确地控制喷粉桩施工质量。因此，如何对喷粉桩施工质量进行检测，实施喷粉桩施工过程中质量的有效控制，是软基处理工程没有解决而迫切需要解决的问题，也是广大工程技术人员一直在探索和研究的问题。目前喷粉桩质量检测方法主要有以下几种：
　　(1)挖桩检查法是目前软基设计规范规定的方法，要求按桩总数2%的取样频率挖桩检查桩的成型情况，然后分别在桩顶以下50cm、150cm等部位砍取足尺桩头，进行无侧限抗压强度试验。
　　很显然，该方法只能对桩身上部(2～3m)桩身质量进行比较准确的检测，而该部分正是喷粉桩施工机械喷灰和复搅最易于保证质量的部分，且该部分往往位于硬壳层内而并非软土层内，故桩身成型情况及桩体强度一般都不会有问题，而对于喷粉桩易于出问题的下部则无法检测，故该方法检测结果毫无代表性，不仅挖桩、砍桩头工程量大，而且破坏了天然地层，回填困难，据此，该方法弊大利小，不应作为规范推荐的方法。
　　(2)轻便触探仪触探法也是规范规定的方法。轻便触探需在早期进行，一般龄期不能超过5～7d，且轻便触探探测深度一般不超过4m，故对喷粉桩深层质量无法测定，与第一种方法一样，测定结果无代表性。因此，作为规范规定的方法，显然不能满足工程质量控制的要求。
　　(3)钻孔取芯法采用地质钻机对喷粉桩进行全程钻孔取芯样(一般龄期28d)，这是目前喷粉桩质量检测中常用的方法，测定结果能较好地反映喷粉桩的整体质量，但该方法也存在检测时间长、钻孔费用高，钻孔取芯时间一般需在28d以后，难以对喷粉桩质量实施动态控制等问题。故此，考虑到费用、时间方面的因素，只能抽取少量的桩进行钻孔取芯检测。
　　(4)静载试验法能根据桩承载力的大小定性地确定桩体质量，但由于测试费用较高，每个工程只能抽检很少数量，故测试结果也无代表性。
　　(5)动测法主要是指小应变动测法，它是基于一维波动理论，利用弹性波的传播规律来分析桩身完整性。显然动测法检测速度快，测试简单，但国内大量资料表明，喷粉桩桩体强度与波速之间关系离散，桩端阻抗与周围介质没有明显变化，桩底反射不明显，因而难以用动测法评价桩身质量。
　　以上各种方法各有利弊，但每一种方法都不能快速、有效、经济地对喷粉桩质量检测，保证喷粉桩施工质量。本文采用静力触探法(CPT法)和标准贯入试验法(SPT法)对徐连高速公路喷粉桩进行了大量的测试，检测结果表明，CPT法结合SPT法能较好地评价喷粉桩施工质量，实施对喷粉桩施工过程动态质量控制。

3　CPT法和SPT法检测方法与测试结果分析

　　喷粉桩桩身质量应包括至少三个方面：桩体强度、搅拌均匀性和桩身长度。采用CPT法能够快速、经济、有效地对喷粉桩前期强度或施工时的实时质量进行检测，便于喷粉桩质量的事先控制。本次试验对不同龄期，不同的掺灰量，分复搅和不复搅等不同情况，结合钻孔取芯，对多根喷粉桩进行了对比试验，试验结果示于图1～7。当喷粉桩龄期超过7d时，由于强度增长，采用CPT法已难以试验，故CPT法只适合于7d龄期以内的喷粉桩质量检测。对于龄期超过7d的喷粉桩，采用标准贯入试验法(SPT)能较好地评价桩身质量。

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图1                              图2

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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
3.   <tr>
   
4.     <td width="100%" height="489">
   
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8.     </td>
   
9.   </tr>
   
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图3                              图4

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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
3.   <tr>
   
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图5                            图6

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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
3.   <tr>
   
4.     <td width="100%" height="489">
   
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图7
首先，对桩身水泥土强度，可以通过标准贯入击数N63.5来评定，N63.5与无侧限抗压强度之间的关系已有较为成熟的经验公式，在本次试验中也提出了相关公式。实践表明，该公式能比较客观地反映桩身水泥土强度。
　　其次，在标准贯入试验的同时，进行取芯，通过芯样观察、描述，可以了解水泥主搅拌均匀性，同时必要时芯样可送回实验室，进行抗压试验，确定其强度。
　　第三，桩长是决定喷粉桩复合地基加固效果的主要因素之一，通过钻孔贯入过程，贯穿桩底，可以准确地确定出桩长。
　　采用SPT法对不同龄期、不同的掺灰量，结合钻孔取芯，对多根喷粉桩进行对比试验，试验结果示于图8～9。
　　根据静力触探比贯入阻力Ps和标贯击数N63.5与钻孔取芯无测限抗压强度Qu测试结果，采用数理统计方法可得出以下统计关系：
　　(1)静力触探比贯入阻力Ps与无侧限抗压强度Qu之间关系
　　　　Qu=39.3+4.17P?　　　　　　　　　　　　　(7d龄期)
　　(2)标贯击数N63.5与无侧限抗压强度Qu之间关系
　　　　Qu=17.85+6.8N63.5?　　2≤N63.5≤18 　　　(7d龄期)?
　　　　Qu=268.4+10.6N63.5?　 16≤N63.5?≤30　　(28d龄期)

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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
3.   <tr>
   
4.     <td width="100%" height="489">
   
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图8                            图9
4　结论

　　分析图1～9曲线及以上相关关系，可以得出以下几个有价值的结论：
　　(1)CPT法能较好地反映喷粉桩成桩后前期强度的情况，对不同掺灰量、不同龄期的喷粉桩强度以及复搅和不复搅的情况都有明显的反映，复搅和不复搅相比，其强度可提高60%以上，空搅不喷灰CPT测试结果与原地基土区别不大。因此，CPT法测试曲线也能较好地反映掺灰量的情况。
　　(2)SPT法能较好地反映不同龄期、不同掺灰量对喷粉桩强度的影响，N63.5与Qu之
间有良好的线性关系，采用这一关系能较好地确定喷粉桩28d的强度，以作为设计和检验的标准。
　　(3)在目前尚没有公认的有效且经济的喷粉桩质量检测方法的情况下，建议采用CPT法结合SPT法对喷粉桩工程质量进行检测和控制，在施工过程中采用CPT法，以对喷粉桩质量进行动态控制，防止秋后算账；而在工程完工验收时，进行28d龄期的标贯试验。这样可以较好地保证喷粉桩施工质量在有效的控制之中，确保喷粉桩处理软基的效果。

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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
3.   <tr>
   
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7.       </iframe>
   
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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
3.   <tr>
   
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粉喷桩在高速公路软基处理中的应用

易     敏

【江苏省高速公路建设指挥部   南京  210004】

摘  要：本文论述了粉喷桩在软基处理过程中桩的支承方式、单桩承载力、土的含水量、置换率、掺入量、复搅转速对桩强度的影响以及粉体计量等。
关键词：高速公路  软基处理   粉喷桩应用

    沪宁高速公路昆山试验段实践证明，采用粉喷桩方法加固软土地基具有许多优点：如能有效地减少地基的总沉降量，与排水固结法相比总沉降量能减少25％～49％，这对控制路堤的工后沉降和解决桥头“跳车”具有明显的效果，具体表现在地基加固深度内沉降量的大幅度减少。经加固后路基在填筑过程中侧向位移明显减少，实测的最大侧向位移仅6～7cm。与排水固结法在相同条件下相比，侧向位移减少60％～70％，而且在较短时间内即趋稳定。侧向位移的减少，不仅能增加路基的稳定，特别在桥涵与路堤连接处保护桥台桩基不受过大的侧向推力，而且也减少地基的沉降。粉喷桩复合地基能提高地基土的承载力，适应快速填筑施工，与排水固结法相比，可以允许有较高的填土速率。?
但是，粉喷桩法在实际应用中尚有一些问题需要进一步探讨，有一些缺点需要克服。?

1  粉喷桩的支承式与悬浮式对沉降的影响

    昆山段试验表明，在桩长11m范围内的沉降量与桩尖以下沉降的比值达1∶1.5。查阅其他资料也证明，当粉喷桩打穿软土层进入较硬的持力层沉降很少；若未打穿软土层，成为悬浮式时沉降就大。地基的过大沉降，说明桩尖下卧软土层的沉降还相当大，而且持续时间较长，将不得不重新进行处理甚至报废。目前高速公路不断向沿海近海地区延伸，遇到的深厚软土越来越多，而且是现有粉喷桩机所达深度远远不及的。如何来解决这个问题，除了进一步提高机械设备的性能外，在设计理论上也需要有一个突破。对下卧层软土的沉降有一个正确的评估，同时在实践中探索解决的方法。?

2  地基土含水量对粉喷桩质量的影响

    粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺入粉体的质量、施工工艺、地基土的性质有关，其中尤以含水量的关系甚为密切。规范规定，地基土的天然含水量在小于30％或大于70％时不宜采用。因为当土的含水量小于30％时，土中的水份不足以使粉体进行水化作用；当含水量大于70％时，含水量过高的土壤往往孔隙比大，若按常规掺入粉体数量，由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量和采用复搅的施工工艺。高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓“掉桩”或“下沉”，常为地表下1～2m。当发生“掉桩”或“下沉”时，只要当时采取立即回填土并重新复喷复搅，就能克服这种现象，如果不作处理将会造成过大的路基沉降。?

3   粉喷桩复合地基承载力和粉喷桩单桩承载力的关系

    粉喷桩复合地基的平均允许承载力公式为：

［σ复合］=a×［σ桩］+(1-a)［σ土］

式中：
    σ复合--复合地基的平均允许承载力；
     a--置换率；?
    σ桩--搅拌桩的允许承力力；?
    σ土--天然地基土的允许承载力。?

    无疑，桩的强度将直接影响复合地基的强度，假设桩的强度不断增加而土的强度依然不变，按照公式的计算，复合地基的强度也会不断增加，然而实际情况并不如此。因为粉喷桩从本质上来讲是属摩擦桩类，当土的强度不变，而且饱和软粘土的强度很低时，在这种情况下，即使不断增加桩的强度，但总的复合地基强度也不会随之增加。这如同一根筷子在浆糊里和一个钢筋在浆糊里的情况是类同的。只有当天然土的强度也增强时，整个复合地基的强度才会增加。所以桩的强度应适度，要和天然土的强度相互匹配。反过来桩的强度很低，这当然也是不行的。

4   桩土置换率及粉体掺入量对复合地基强度的影响

    在实际设计运算时往往提供所要求达到的复合地基强度、拟定的粉喷桩强度及天然地基土的强度来求桩土的置换率，计算出桩数，然后布置桩位，再作有关的验算。实践证明若置换率过低，如小于10％往往达不到设计要求，甚至全功尽弃。某高速公路采用粉喷桩复合地基处理，置换率仅为6％～7％，当路堤填至设计标高后出现裂缝，不得不重新处理。这说明作为复合地基的桩土置换率必须大于一定值，否则起不到复合地基的作用，所以在规范中定为10％～20％，这是有道理的。同样粉体的掺入量也需控制在一定值，规范定为10％～15％。如前所述，当软土中含水量大于70％，必须加大粉体掺入量，否则将形成不了桩体或形成强度达不到要求的桩体，不能满足设计要求。

5  复搅和转速对桩强度的影响

    大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用，促使桩体的充分形成。同时，钻头喷出的粉体一般呈脉冲状，若不充分进行搅拌，粉体在桩中往往呈层状，形成一种“夹生”，对桩的强度不利。如承受水平推力截止水作用的话，应进行全程复搅，若作为路基加固只承受垂直向力作用，也可以只复搅上部1/3的桩体。为了提高工效，粉喷钻机下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升；否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。?

6  粉体喷入的计量

    桩的质量与粉体掺入量的多少有直接关系，如何计量粉体便成为关键。从理论上讲，气体和固体双相流的计量具有很大难度，但又非常重要，目前使用的灰罐体积测量法、电子秤称重法、弹簧秤称重法等均不是很理想的计量方法。最近某些单位通过对粉喷桩新型计量装置的研制，提出了气固双相流称量计量，它可以较大程度地克服现有计量装置所产生误差，同时也提出了改进目前电子秤称重法的方案，从而使得粉喷桩施工工艺更趋完善，质量更加可靠。

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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
3.   <tr>
   
4.     <td width="100%" height="489">
   
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2. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" style="border-collapse: collapse" bordercolor="#111111" width="700" id="AutoNumber1" height="498">
   
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