粉体喷搅拌桩施工工艺

粉体搅拌桩施工工法华祥国际工程有限公司作为软土地基处理手段之一的深层粉体搅拌桩,在我国土建工程中,正被广泛应用。其结构型式可分为块式、壁式、格子式和桩式四种，在公路工程中主要采用桩式结构型式。一、特点（一）该法以粉体作为加固料，不需向地基注入附加水份，并能充分地吸取地下水，因此加固后地基柱体承载力与相类似的浆喷桩（深层搅拌桩）相比要高，其固结效果要好；（二）加固后的水泥土柱与周围土体形成的复合地基，不需压力即可获得较高的复合地基承载力及复合变形模量。加固体的压缩量仅为0.6％左右，下卧层的沉降量一般也能减小地基沉降总量的1/2～2/3，提高软基承载力的1.5～2倍；（三）施工时低压操作安全可靠，无污染，无振动，无噪音，对周围环境建筑物无不良影响；（四）根据不同土质条件及设计要求，分别选择不同加固材料，如水泥粉、石灰粉、钢渣粉、粉煤灰及其他复合材料。当水泥掺入量为15％时，90天龄期无侧限抗压强度可达20Mpa。二、适用范围（一）适用于淤泥质土（流塑土、软塑土）、粘性土、粉土、杂填土和天然含水量大于3％等软弱地层的加固；（二）在高路堤桥头接线处或深度在10米以内，效果更为明显；（三）对含有氧化物和水铝英石等粘土矿物的粘性土；对有机质含量高的酸性粘土，加固效果较差。三、工艺原理粉体搅拌是以石灰、水泥等粉体固化材料，通过专用的粉体搅拌机械用压缩空气将粉体送到软弱地层中，凭借钻头叶片，在原位进行强制搅拌，形成土和掺和料的混合物。使其产生一系列的物理—化学反应，从而形成柱状加固体，提高土的稳定性和力学性能。四、工艺流程及操作要点（一）工艺流程，如图所示：图1施工工艺流程（二）常用施工工艺参数可参考表1：放线·定位钻孔对位钻进调平空压机送气空压机停灰·停气转入下一循环设计桩顶成桩设计孔深复搅1/3桩长喷灰·搅拌·提升送灰机送灰空压机表1序号参数名称单位参数值试桩及施工中的参数备注1搅拌转速（n）r/min27-8060-652原位土搅拌次数（t）次t≥2.52.53提升速度（v）m/min0.80.84喷粉量（q）kg/m60-70605空气压力Mpa0.25-0.40.25-0.46钻进速度Vpm/min1.40.8（三）在试桩及施工时工艺参数（四）施工程序和操作要点：1.为尽量保持粉喷桩机轴的垂直度，方便桩机移动和调平，首先应进行场地平整。对道路及桥梁的要求一般应满足10t卡车及汽车吊机的行走要求。2.粉喷桩在施工前，必须先通过工艺性试验。一般工艺性试桩应在工程位置上进行。并应达到下列要求：①满足设计水泥，喷入量的各种技术参数；②水泥的搅拌均匀程序；③了解下钻及提升的阻力情况，选择合理的技术措施。工艺性试验采用5根桩的测试。3.柱体对位：根据设计，确定加固机体的位置，使搅拌轴保持垂直（图2-①）。4.下钻：启动搅拌钻机，钻头边旋转边钻进。为了不致堵塞喷射口，此时并不喷射加固材料，而是喷射压缩空气。钻进时喷射压缩空气，可使钻进顺利，负载扭矩小，随着钻进，准备加固的土体在原位受到搅动（图2-②）。5.钻进结束：钻至设计标高后停钻（图2-③）。图2粉体喷射搅拌法施工顺序6.提升启动搅拌钻机，钻头呈反向边旋转，边提升，同时通过粉体发送器将加固粉体料喷入被搅拌的土体中，使土体和粉体料进行充分拌合。沿深度方向，加固材料的混合量，系根据发送器输出的加固材料数量与搅拌叶片提升速度的关系确定。（图2-④）。7.提升结束，柱体形成当钻头提升至距离地面的30-50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，成柱结束，（图2-⑤）。由于装置的回路是封闭的，在回路内的输送过程中，粉体不会向空中喷发与飞散。实践证明向土体喷射过程中的提升最后阶段，若在搅拌钻头距地表30-50cm处停止喷粉，则粉粒不会溢出地面。一般常限制在距地表50cm处停止喷粉。8.复拌，根据设计要求在地面下一定深度范围内需进行重复搅拌，此时，停止喷粉，钻头边将转边钻进至设计要求复拌的深度，再提升反向边旋转边提升。使土体和粉体充分拌和，土块被充分粉碎。水泥粉均匀分布在地基土中。9.施工中发现喷粉量不足，实行整桩复打，并不小于设计用量；如遇停电机械事故等原因导致喷粉中断也必须复打。复打重叠孔段长度不小于1m。五、主要施工机具及材料要求（一）主要施工机具1.钻机：要求动力大，扭矩大，适合大直径钻头成柱，具有正向钻进，反转提升的功能，并能实现匀速提升。目前大部使用CPP5型-I·II二种，加固深度分别为12.5m，18m。2.粉体发送机：粉体发送机是定时设置发送粉体材料的设备，其工作原理：由空压机输送来的压缩空气，通过节流阀调节风量进入气水分流器，使压缩空气中的水分离，然后干风到达粉体发送器喉管与转鼓定量输出的粉体材料混合，成为气粉混合体，进入钻机的旋转龙头，通过空心钻杆，喷入地下。粉体定量的输出，由控制转鼓的转速决定，一般选用YP－1型。3．空气压缩机：粉体喷出时，作为风源之用。空压机的选型，主要与加固区的地质条件和深度有关。但它与旋喷法不同，压力不需很高，风量也不宜太大，一般选用TE－90，VE－115。其排气量分别为0.7－1.0m3/min。4.搅拌钻头：其形状直接影响灰土搅拌效果，因此钻头型式应保证于反向旋转提升时，对柱中土体有压密作用，而不是使灰土向地面翻升而降低桩体质量。其钻头直径一般为50cm。5.计量装置：通过安装在粉体发送机上的调孔装置，它能逐段逐层分析粉体的输入量，并能自动记录打印。6.其他辅助配套的设置，如发电机、起吊起具、电焊机等等。（二）主要材料1.目前常用的固化材料以水泥为主。①按设计要求的标号，在数量上应根据施工进度提前备料。②一般应是国家免检厂生产，并具有出厂保单，确保在有效期使用。③严禁使用过期、受潮、结块的变性水泥。施工单位对国家非免检厂生产的水泥应分批提供有关实际标号、安全性等试验报告。六、劳动组织及安全（一）劳动组织每台钻机由8-10人组成1.班长1名——负责施工指挥、质量进度协调各工序之间的工序衔接。2.司机工1名——正确操纵搅拌钻机的定位、下钻、提升喷射粉体等工序观察检查机械运转情况和维修保养。3.司泵工1名——负责空压机、电子秤以及泵送管道原正常运转和设备的保养。4.记录员1名——记录施工中的各类数据。5.送灰工1名——负责喷粉机的操作保养、掌握正确喷粉。6.送料工2名——保证灰罐中固化粉体充足。7.电工1名——维护全部电器设备的运转、保证正常照明。8.机械工1名——整套机械设备的运转和维修。（二）安全措施1.场地必须平整，清除地表地下的一切障碍。当表土过软时应采取防止施工机械失稳措施。2.每根桩开钻后必须连续施工，严格控制喷灰及停灰时间，不得间断，严禁在尚未喷灰的情况下进行提升作业，以确保粉体桩的长度。3.如有故障等原因而中断喷粉应记录中断深度，必须进行复打，重打重叠段不小于1.0m。4.对使用过的钻头直径，须随时检查，及磨损量不得大于1.0cm。5.坚守岗位，应根据上述劳动组织分工原则的基础上各负其责。6.在操作过程中遇有卡钻，机架晃动，偏斜或移动时，应停机提钻，查明原因，处理后再钻。7.在高空中作业或检修应系好安全带，严禁遵守操作规程。8.当保证喷粉量及搅拌均匀，对钻进速度和提升速度，在试桩后应定出上下限。七、质量检验及评定标准（一）加固质量效果的检验1.在已完成的桩中抽取2％的桩进行成桩检验，采用岩芯钻探或开挖桩体上部0.6m、1m、1.5m处截取原状土样，直接测定桩的强度，另外也可观察桩体均匀程度和成桩外观情况。2.认真作好粉喷检的施工记录，当有疑问时，以便查对。如附表。3.一般90天龄期无侧限抗压强度可达20Mpa以上。4.处理后的复合地基承载力比天然地基提高1.5-2倍。（二）质量评定标准应符合表2要求：粉体桩施工质量允许偏差表表2序号项目单位规定值或允许偏差检查频率检查方法1桩轴平面偏移（纵横）mm100每根桩用经纬仪或钢尺丈量2桩垂直度％1每根桩用经纬仪或垂线量测3桩垂高程m不高于设计标高每根桩喷粉前检查钻杆沉入长度4桩顶高程m不低于设计标高每根桩检查停止喷粉时钻杆高程5单位喷粉量％≤7每根桩计量仪或现场计量检查6粉体90天无侧限抗压强度Mpa不小于设计强度桩数的2％柱头或抽芯取样八、效益分析（一）本法加固软土地基的效果比其它方法更为明显可靠。一是沉降均匀、边坡与路中沉降值减少。二是沉降量小。三是整体性强度高。例如粉喷桩的桩长5.0m、桩径50cm、桩距1.3m水泥用量10％计，其28天无侧限抗压和复合地基承载力均大于真空预压及堆载预压。（二）一般粉喷桩在施工完100天左右，沉降量可基本稳定而真空预压则要140天，堆载预压需6个月到12个月。利用粉喷桩处理软基可加快工程进度。（三）当用于加固桥梁接线软土地基时，可基本消除跳车现象。粉喷桩施工无振动、无噪音、无污染，对周围建筑物和环境无影响。