粉喷桩处理公路软土地基的施工监理

粉喷桩处理公路软土地基的施工监理
温永杰 韦承宏
摘要：本文将主要从施工准备阶段的监理、施工工艺性试验监理、施工过程中的监理、粉喷桩质量检测等方面进行阐述。
关键词：水泥粉喷桩；软土地基；施工监理

粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称，即以水泥作为固化剂，利用特制的深层钻探搅拌机械，将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩，并吸收周围水分，经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体，它对提高软土地基承载能力、改善天然地基土层的物理化学性质、减少地基的沉降量及保证桥头高填土路基稳定性具有显著效果，目前在高速公路建设领域应用广泛。下面笔者结合工程实际，对粉喷桩处理公路软土地基的施工监理进行简要探讨。
1工程实例设计简介
　　某工程有13座跨线桥位于软土地基路段，其土层状态基本是表层1～3m厚硬塑层，下8～10m厚软、流塑层，再下为硬塑层(或基岩)。本工程粉喷桩设计桩径为50cm，间距1～2m，按梅花型布置，桩长以穿透软、流塑层进入硬塑层不少于50ｃｍ为原则，通常为8～12m，用于粉喷桩的水泥(425＃普通硅酸盐水泥)为干粉。根据地基含水量的大小，采用水泥喷入量为45～60kg/m。含水量在40％以下时，水泥用量为45kg/ｍ；含水量在40～60％之间，水泥用量为50kg/ｍ；含水量在60～70％之间，水泥用量为55kg/m；含水量＞70％时，水泥用量为60kg/m。设计要求水泥土28天无侧限抗压强度≥1.2MPa。
2施工准备阶段的监理
2.1原材料质量监控
水泥粉喷桩加固软土地基工程粉喷技术所使用的固化剂为水泥，水泥的质量对软土加固效果至关重要。在本工程中，选用的是425＃普通硅酸盐水泥。在施工前，应核对进场的水泥的品种和标号是否符合设计要求、是否具有厂家保质单和出厂试验报告等；对所购进的水泥，要采取施工单位自检、监理抽检的方式进行复核验证，经监理工程师批准后方可使用；进场后的水泥堆放应符合防雨、防潮的要求，严禁使用受潮、结块、变质的水泥；不同批次的水泥不得混用；水泥入罐时；应经筛网过筛，最大粒径不超过5mm，不得含有纸屑、塑料布、垃圾等杂物。
2.2施工机械设备的检验
施工前，应检查施工机械是否均性能良好，严禁使用非定型产品或自行改装的机械设备；对于粉喷桩机，应检查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(或电脑计量装置)是否能正常使用，严禁施工时使用没有粉体计量装置的喷粉机；对于施工中所使用的深度计、电子秤、各种压力表、电压表读数等。电压表、电流表等，均应经过计量部门标定合格后方可使用，不合格的仪表须及时更换；钻头直径磨耗量不得大于2cm。
2.3测量放样监理
为保证水泥粉喷桩加固软土工程质量，要严格按设计要求布点定位。因此，粉喷桩施工前，施工单位应根据控制点及水准点按方格网放样，用钢尺量距平面误差不得超过5cm；应按要求控制定位偏差，并填写放样报验单，提交监理工程师审核；然后监理工程师应与施工单位对工程导线点、水准点进行复测检查，确保放样准确，在满足设计文件精度后，办理现场交桩手续。
2.4室内配合比监理
在施工前，为确保粉喷桩的质量，应在含水量较大的地点取样进行室内配比试验，测定该种软土的天然含水量、液塑限、有机质含量、孔隙比、PH值和不同掺入量水泥土各龄期的无侧限抗压强度，以检验粉喷桩加固该种软土的适用性，及在设计掺灰量下，成桩强度能否能达到设计要求。在整个配合比试验过程中，监理人员应进行全过程旁站监督，以保证试验结果准确可靠。
2.5 施工技术资料的监理
在施工前，监理人员应收集和施工有关的技术资料，如施工场地的工程地质报告、土工试验报告、室内配合比试验报告、粉喷桩设计桩位图、原地面高程数据表、工程控制桩、水准点及放样测量记录等。
3 施工工艺性试验监理
在粉喷桩大面积施工前，监理工程师应监督施工单位进行施工工艺性试验，并邀请设计单位、建设单位派员参加。工艺性试验时，试桩数量不得少于5根，试桩的目的是：提出满足设计水泥喷入量的各种操作参数，如钻机钻进速度、提升速度、搅拌叶片旋转速度、喷气压力、单位时间喷粉量等；检验水泥的搅拌均匀程度及成桩直径；确定该地质条件下，符合质量要求的合理掺灰量，及合理的工艺流程；了解钻进及提升的阻力情况，并提出相应的实施措施。在试验结束后，施工单位应将书面工艺性试验总结报告交予监理工程师审查批准，作为今后水泥粉喷桩施工依据。无监理工程师书面指令，施工单位不得随意更改。
4施工过程中的监理
4.1 施工开始前，应监督施工单位将原地面整平至粉体搅拌桩施工高程处，并将桩位处的一切障碍物清除干净，并予以整平。如场地低洼，应回填粘性土；施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层。
4.2 钻机就位应严格按照设计桩位及规范要求，用全站仪或经纬仪定位，并用水平尺在钻机杆或转盘的两正交方向检验搅拌机的平整度和导向架对地面的垂直度，每工作班检查不少于2次，使桩位平面误差不超过2cm，机械的垂直度偏斜不超过1％。
4.3钻机就位无误后预搅下沉，钻机呈正向旋转钻进(下钻速度一般为0.5m/min，具体数值由工艺试桩获得)，同时空压机送气以减轻负载和防止喷射口堵塞，钻至设计深度；在钻进的过程中，旁站监理人员应注意观察钻杆上标注的刻度，以控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度；粉喷桩宜尽量打至持力层上（一般控制为qc=800kpa），并且进入持力层50cm左右。
4.4 钻至设计深度时，严禁立即停气或停止搅拌，应保持深度不变，继续空搅1～2min，以防止堵塞喷口；钻入过程中，还应观察压力表读数，随钻杆下钻压力增大而调节压差（具体数值也由工艺试桩得出）；应严格控制喷粉和提钻的速度和时间，宜先喷粉1～2min后再提钻。
4.5 钻头钻至设计标高后，关闭气路阀门，并开启灰路阀门；由于从开始喷灰到钻头处出灰有一定时间，因此，当钻机钻至桩底后，必须预喷停留一段时间（停留时间由管道长度等确定），方可提钻。
4.6 当粉喷桩桩长度大于10m时，其底部喷粉阻力较大，应适当减慢钻机提升速度，以确保水泥的设计喷入量；为确保粉喷桩喷桩施工安全及上部桩身质量，钻头提升至整平高程以下1m时应慢速，当距地表0．2～0．3m时应关灰罐阀门，停止喷粉。
4.7在粉喷桩施工时，泵送水泥必须连续，固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录，其用量误差应控制在±１％以内。
4.8搅拌机械预搅下沉时应使土体充分搅碎搅匀，严格按设计确定的参数，控制水泥粉的喷出量和搅拌提升速度，施工中如发现水泥喷入量不足时应及时进行复喷，如遇机械故障导致水泥供应中断，必须将搅拌钻头下沉到停粉面以下0．5m处，待恢复供粉后再搅拌提升，且补喷重叠长度不得小于1m。
4.9提钻喷粉结束后，应采取复搅措施，以使水泥与土搅拌均匀，使粉体、土和水能完全接触与作用，促使桩体的形成；复搅时，不喷粉，且监理人员应严格控制复搅深度、复搅时下沉和提升速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到充分搅拌；复搅完成后，应回填5％石灰土或水泥土，然后关闭搅拌机移至另一桩位。
5 粉喷桩的质量检测
5.1开挖检验
一般在成桩7d后即可选取一定数量的桩体进行开挖检验，通常开挖桩头至停灰面以下50cm，桩体开挖外露后，直接目测桩体成型情况及搅拌均匀程度，量测成桩直径、校位误差等，检查频率为10％。
5.2桩体轻便触探检验
在水泥粉喷桩成桩后7d内，选取全部桩数的3％～5％的成桩，采用轻便触探仪（N10）进行检验，一般触探深度为0～4m，触探面为每桩2～7个截面，以检验搅拌均匀程度和判断桩身强度。
5.3桩体取样检验
为了直观地检验水泥粉喷桩的成桩质量和桩身强度，在成桩28d后可在桩体上部（桩顶以下0．5m、1．0m、1．5m）分别截取3段桩体进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验，并观察搅拌均匀程度，以验证桩体的整体强度及桩体变形情况。一般强矿下，检查频率为2‰，每一工点不少2根。
5.4 钻芯取样检测
成桩28天后，按1‰频率或每一工点不少于2根，进行钻芯取样检测，钻进时除进行指数记录外，还须做标贯试验和无侧限抗压强度试验。
综上所述，粉喷桩处理高等级公路软土地基是当前最常用的方法之一。在施工中，应做好施工准备阶段的监理、施工工艺性试验的监理、施工过程中的监理及粉喷桩的质量检测，只有在施工中实行全天候、全方位旁站，才能确保粉喷桩的施工质量。经实践证明，通过本工程粉喷桩处理软基施工的实践，其在投入运行后，运行良好，大大减少了桥头沉降。

参考文献：
[1]唐益波，向俊.浅谈粉喷桩处理公路软基施工工艺与检测方法[J].山西建筑，2006，32（04）.
[2]郑晨晖.粉喷桩处理软土地基的施工监理[J].江苏交通，2003，(7).