粉体搅拌桩施工工法

1 前言

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。

2工法特点

2.1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；

2.2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；

2.3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；

2.4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。

3.适用范围

3.1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；

3.2在高路堤桥头接线处或深度在10米以内，效果更为明显；

3.3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。

4.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。

5.施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程，如图1所示：

复搅1/3桩长 转入 下一循环 设计桩顶 成 桩 设计孔深 停灰·停气 喷灰·搅拌·提升 送灰机送灰 放线·定位 钻孔对位 钻进 调平 空压机送气 图1 施工工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1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。

5.2.2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：

a满足设计水泥，喷入量的各种技术参数； b水泥的搅拌均匀程序；

c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。

5.2.3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）。

5.2.4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）。

5.2.5钻进结束：钻至设计标高后停钻（图2-③）。

5.2.6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）。

5.2.7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。

5.2.8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。

5.2.9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。

6.主要施工机具及材料要求

6.1主要施工机具

6.1.1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。

6.1.2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。

6.1.3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。

6.1.4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。

6.1.5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。

6.1.6其他辅助配套的设置，如发电机、起吊起具、电焊机等等。 6.2主要材料

6.2.1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。

7、劳动组织及安全

7.1劳动组织

每台钻机由8-10人组成

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。 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。

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。

记录员1名——记录施工中的各类数据。

送灰工1名——负责喷粉机的操作保养、掌握正确喷粉。 送料工2名——保证灰罐中固化粉体充足。

电工1名——维护全部电器设备的运转、保证正常照明。 机械工1名——整套机械设备的运转和维修。 7.2安全措施 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。

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。

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。

对使用过的钻头直径，须随时检查，及磨损量不得大于1.0cm。 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。 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。

在高空中作业或检修应系好安全带，严禁遵守操作规程。 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。

8质量检验及评定标准

8.1加固质量效果的检验

8.1.1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。

8.1.2认真作好粉喷检的施工记录，当有疑问时，以便查对。如附表。 8.1.3一般90天龄期无侧限抗压强度可达20Mpa以上。 8.1.4处理后的复合地基承载力比天然地基提高1.5-2倍。