摘要:详细叙述某公路桥梁桥头路基的粉喷桩设计和试桩情况，提出对粉喷桩质量控制和检测的看法。
　　关键词:软土；粉喷桩；设计；检测
　　
　　一、概述
　　
　　深层搅拌法加固软土地基，就是在钻孔过程中利用水泥、石灰等材料作为固化剂，使用深层搅拌机械将浆液状或粉状固化剂注入软土地基的深层，经机械搅拌，使原位土与固化剂均匀混合并发生一系列的物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。在深层搅拌法中，固化剂的注入有两种形式，一是浆液灌注，二是粉体喷射。前者由于有漏浆现象，工人操作条件较差，且对含水量较高软土地基的加固效果尚待论证，而粉体喷射法以它具有的诸多优点而后来居上，在工程中得到广泛的应用。
　　粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称，其加固地基的机理在于固化剂与原位土充分混合后，由于固化剂吸收周围土层中的水分而发生物理化学反应，使混合桩体凝结硬化，既提高了自身的强度，又稳定了桩周围土层，从而使天然的软土地基改变成优质的复合地基，大大提高了地基的承载能力。
　　固化剂可以采用水泥、石灰、石膏等材料，由于水泥桩的性能比较优越，因此一般采用普通硅酸盐水泥作为固化剂。从水泥与软土的物理化学反应过程分析，水泥与原位土搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土结构的离散性越小，地基的总体强度也越高。
　　粉喷桩有许多优点，主要有以下几方面。加固工艺合理。在制桩过程中仅向土层中喷射固化料干粉，无需注入附加的水分，使固化剂能充分吸收软土中的水分，从而增强加固效果。WWw.11665.cOm
　　施工简单、技术可靠。国内有多种粉喷桩施工成套机械，制桩过程完全机械化，减轻了工人的劳动强度，提高了成桩效率。制桩原料除原位土外，仅有适量的固化剂便可。
　　可以在含有地下水的地层中直接施工制桩，避免了水下施工的麻烦，大大简化了施工程序。
　　施工工期短，进度快。经粉喷桩处理的地基，路基填筑时可大大加快填筑速率，基本不需考虑由于填筑过快而导致路基失稳的可能。
　　保护环境。在制桩过程中无振动、无噪音、无污染，对附近建筑物无影响。
　　粉喷桩虽然有许多优点，但在应用上还有一些限制。
　　在理论上，粉喷桩群体范围内的压缩变形量较小，根据荷载、桩长、桩身强度、天然地基土强度、置换率、复合地基的变形模量等估算，一般可取2cm～5cm。而下卧软弱土层压缩变形量的确定，可以假定粉喷桩群体形成一种实体深基础，按双层地基计算该实体深基础底部的附加应力，然后再进行下卧软弱土层压缩变形量的计算。在附加应力的确定上，有学者指出：室内试验表明，水泥土的重度比原位土略有增大，增大量在1．2％～3．5％之间，加固桩身对下部未加固部分不会产生过大的附加应力，也不会由于加固桩身附加荷重而引起地基附加沉降。但有些学者却持相反观点。目前，不同的软土特征和施工实际情况对附加应力的影响尚待研究。
　　相对于国外多种多样、五花八门的粉喷桩施工机械设备而言，国内的机械设备可以说是品种单一、类型雷同，这直接制约了粉喷桩的设计和应用。比如在桩径的确定上，由于国内的机械设备均只能施工直径为50cm的粉喷桩，因此在设计上也只能按该直径考虑。又如在桩长的确定上，理论上以穿透软土层为最佳，但国内配套钻杆长度绝大多数都在15m以内、12m左右，因此在应用粉喷桩时，都以下卧软土层的厚度不超过上述长度为选择依据之一，如果下卧软土层的厚度超过上述长度，则一般可以不考虑采用粉喷桩，转而采用其他的软基处理方法如塑料排水板等。
　　
　　二、粉喷桩的应用实例
　　
　　（一）工程简况及软基处理方案
　　位于宁波东部某一级公路在建桥梁桥头路基为典型的软土路段，其原位土的物理力学性质指标见表1。软弱土基下为承载力较高的卵砾石层。路基填筑设计高度为4．2m，根据现场地质资料，设计软基采用粉喷桩进行处理。桥头路基粉喷桩处理示意设计采用425＃普通硅酸盐水泥作为固化剂，桩直径为50cm，喷粉量45kg?m，桩体28d无侧限抗压强度要求大于750kpa，桩长10m，平面布置为梅花形。桩间距离b值根据处理段离桥台的远近而变化：距离桥台0～10m范围内的b值为1．2m，距离桥台10m～25m范围内的b值为1．5m，距离桥台25m～40m范围内的b值为1．8m。这样设计的目的是使桥头路段与一般路段之间有一个过渡，防止沉降的突变。
　　（二）第一次试桩情况
　　第一次试桩分别按45kg?m、50kg?m和55kg?m的喷粉量进行了施工。成桩16d和28d时，分别取芯进行了无侧限抗压强度试验，可以看出：每延米喷粉量越多则试件的强度越高，这符合设计理论和一贯认识。但问题是如何在有限的投资内使粉喷桩的施工质量能够得到保证并有所提高。
　　综合施工情况和对抗压强度试验报告的分析，认为问题的关键并不在于提高多少喷粉量，而在于每延米喷粉量的控制和复合土的搅拌均匀程度上。因此要求施工单位配备能自动记录每延米喷粉量的电脑设备，同时要求尽设备最大能力对复合土进行全桩长范围内复搅，以保证水泥与原位土的充分混合。在设计方面也同时调整桩长至14．5m以充分适应设备的钻进能力。

　　（三）第二次试桩情况
　　第二次试桩按45kg?m的喷粉量，按1．2m的桩间距进行了三根桩的施工。2＃桩喷粉曲线，其钻进深度14．5m，停灰深度0．5m，复搅深度8．6m。复搅深度达到8．6m时，钻杆电流突然增大，钻杆无法下钻，说明该层土体经过喷粉控制和一次搅拌后已达到了一定强度。成桩36d时，取芯进行了无侧限抗压强度试验。
　　每块芯样的搅拌程度均较均匀，上、中、下三层试件间的强度相差不大，桩身整体强度比第一次试桩时有大幅度地提高，除2＃桩强度稍低外，其他桩强度均高于设计推算值。
　　针对2＃桩强度低于其他桩的情况，进行竖向抗压静载荷试验，以测定其单桩复合地基承载力。试验结果：最大试验荷载为260kn，对应的沉降量为20．35mm，完全满足设计提出的160kn要求。
　　三、粉喷桩的检测
　　（一）规范规定内容
　　国家行业标准《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》（tb10113—96）规定全数检查加固料质量、成桩深度及复搅长度、加固料用量、桩身强度等四项保证项目，按10％频率（但不少于3根）检测桩轴线偏移、钻杆倾斜度、桩长、单桩喷粉量等四项允许偏差项目。
　　国家行业标准《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（jtj017—96）和《公路工程质量检验评定标准》（jtj071—98）规定按2％频率检查桩距和桩径，根据施工记录检查桩长、竖直度和单桩喷粉量，按5％频率检查桩身强度，上述五项均为允许偏差项目。
　　（二）工程检测方案
　　根据省内外其他几条公路的检测实例来看，上述规范规定的检查内容已不适应当前公路建设的实际需要。比如，规范对粉喷桩单桩承载力和复合地基承载力的检测没有规定，而对桩身强度检查频率的要求偏高，影响了工程的进度，也增加了工程的投资。因此，必须对规范规定的检查内容加以修改和补充。
　　根据工程实际情况，工程建设指挥部制定了《粉喷桩检测方案》，并报请了上级主管部门的批准同意。该方案对规范进行修改和补充的主要内容如下。
　　桩身强度检测频率取总桩数的1％，对于检测不合格的桩应进行等量补桩。不合格率超过10％时，应扩大检测范围按相同频率继续检测。当不合格率超过30％时，应对整个处理路段进行补桩。
　　在大桥、特大桥两端桥头各做两处静载荷试验。单桩静载试验加载到承载力设计值的1．7倍，复合地基静载试验加载到承载力设计值的1．7倍。同时对每个施工标段有代表性区域进行天然地基的静载荷试验。
　　
　　结论
　　
　　粉喷桩能大大提高软弱地基的承载能力，其复合地基承载力可比原位土天然承载力提高约2倍。提高粉喷桩桩身强度的关键在于每延米喷粉量的控制和复合土的搅拌均匀程度，应要求施工单位配备能自动记录每延米喷粉量的电脑设备，同时在规范要求深度以外对桩身进行复搅。在认为有必要的地点，如高填土的桥头，应进行复合地基承载力或单桩承载力的检测。若有每延米喷粉量的施工记录，则粉喷桩的桩身强度检测频率可适当降低，这样既可加快工程进度，又可减少工程的投资。