【摘要】公路工程是经济发展的基础产业，公路工程行业的发展对国民经济的发展具有极大的影响力。水泥粉喷桩加固技术在软土地基处理中的大量应用，极大提高了公路工程的质量。本文主要对水泥粉喷桩施工的设备、施工工艺及质量控制进行了分析。
【关键词】水泥粉喷桩；设备；施工工艺；质量控制
水泥粉喷桩是加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化主剂，通过钻机、粉体发送器、空气压缩机等设备就地将软土和固化剂进行强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有一定整体性、水稳性和一定强度的地基。
一、工程概况
郑州机场高速公路改扩建工程NO.3标段收费站互通式立交B匝道桥桥头地基处理采用粉喷桩，处理的目的是为了减小路基工后沉降量，保证路基稳定，解决结构物与路基衔接处跳车等病害。根据B匝道桥位处的地质钻探资料显示，粉喷桩依次穿过的地层分别是粉砂、粉土、粘土、粉质粘土、到达细砂层。设计采用粉喷桩处理里程为BK0+362.2～BK0+387.2，BK0+499.8～BK0+524.8，共计处理长度50m。处理措施为粉喷桩+碎石垫层+土工格栅。处理宽度为39.6m和38.6m。粉喷桩共计916根，单根长度为12m，总长10992m。碎石垫层822.4m3 ，土工格栅4112.2m2。粉喷桩桩径为50cm，采用正三角形布置。
二、水泥粉喷桩施工设备
水泥粉喷桩的施工机械设备主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头和动力设备（发电机组）等。
1、钻机
钻机是粉体喷射搅拌法施工的主要机械，它必须满足：①动力大、扭矩大和符合大直径钻头成桩要求，钻头直径一般与水泥粉喷桩的直径相同；②具有正向钻进，反转提升的功能；③具有反转提升时能匀速提升、匀速搅拌、匀速喷粉等功能。
2、粉体发送器
粉体发送器是定时发送粉体材料的设备，它是粉体喷搅拌法加固施工机械中的关键设备，其工作原理为：由空气压缩机送来的压缩空气，通过节流阀②调节风量大小，压缩空气进入“气水分离器④”后使压缩空气中的气水分离，然后“干风”送到粉体发磅器喉管与“转鼓”里输出的粉料混合，成为气粉混合体，进入钻机的旋转龙头，经空心钻杆由钻头喷出，使水泥粉经钻叶与软土拌和。
粉体的定量输出，由转鼓转速控制。施工时根据配合比确定掺入比和钻头提升速度及钻机的转速，并选定合适的粉体发送量（确定转鼓转速）。
每根桩水泥总量喷入多少，由灰罐电子称控制。喷粉过程中认真做好粉量记录，确保掺入量符合设计要求，一般掺入量采用15%～16%。
3、空气压缩机
喷粉桩水泥的喷出，是以空气压缩机作为风源。空气压缩机的选定主要由加固工程的地质条件及加固深度所决定，但平常采用的空气压缩机压力不大，为0.2～0.4MPa，其风量也不宜太大，一般为1.6～2.0m3。
4、搅拌钻头
粉体喷射搅拌法凭借钻头叶片的搅拌作用将使灰粉与软土混合，因此，搅拌钻头的形状直接影响灰、土的搅拌效果。搅拌钻头的形状要保证在反向旋转提升时，对桩中土体有压密作用，而不是将灰、土向地面翻升而降低桩体质量。
5、计量装置及动力设备
计量装置在喷粉桩施工过程中起到质量监测的作用，施工前必须标定，施工过程中要有专人监控记录。施工过程中监测一般包括深度计、电子称、各种压力表、电压表、电流表读数等。电压表、电流表主要反眏钻头钻进过程中的受力情况，从中可判别钻头经过地层的情况。
一般为75KW的发电机组即可满足动力设备要求，也可使用市电。动力设备与桩机为一一配置。
二、水泥粉喷桩施工工艺及质量控制
1、施工顺序及施工工艺
水泥喷粉桩的主要施工顺序为：施工准备→钻机就位→钻进提升→喷粉搅拌→升到设计标高后再复钻→提升复拌→升到设计标高后停机→下一桩循环施工。
2、施工质量控制
（1）施工准备
施工准备主要是进场道路准备、施工工作面准备和备料准备，进场道路要满足施工机械的进出要求，施工场地强度要满足喷粉机械的承载力要求，一般要先垫一定厚度的砂层，该层也作为喷粉桩的预加桩头层用，一般厚为50～100cm。粉喷桩的水泥用量较大，要根据施工进度要求备足料。
（2）工艺性试桩
粉喷桩正式施工前要先施工3～6根桩进行工艺性试桩，以确定：①要穿过软土层的实际深度；②了解各软土的阻力，以确定钻进及提升速度和喷粉量。在实际工作中根据其取芯质量情况发现，对含水量较大的软土，提升速度要慢，风量要大才能保证成桩质量；对砂层，特别是粗砂层，提升速度应较淤泥层快，风量应较淤泥层的小。
（3）各主要工序的质量控制要点。
①桩机就位：根据设计，确定加固放置机体位置的基础（即加垫砂层），使搅拌桩机机轴保持垂直，以防打斜桩，影响桩基承载力。
②下钻：启动搅拌钻机，钻头边旋转边钻进。为不致于堵塞喷射口，此时并不喷射加固材料，而是喷射压缩空气，可使钻进顺利，减小负载扭距。随着钻进，准备被加固的土体在原位受到搅动。
③提升钻头并反转：在提升过程喷粉搅拌，通过粉体发送器将水泥粉喷射入搅拌的土体中，使土体和水泥沿深度方向充分拌和。要根据地质情况，决定提升速度，以得到较均匀的水泥土桩，提升速度根据试桩参数确定。
④提升结束：当钻头号提升到距地面30～50cm时，发送器停止向孔内喷射粉料，成桩结束。这时由于装置的回路是封闭的，粉体不会向空中喷射和飞散。在向上体喷射过程中的最后阶段，在搅拌钻头距地面30cm处停止喷粉，粉粒不会溢出地面。一般在设计桩顶预加50cm桩长作为破除桩头用。
⑤复拌：停止喷粉，钻头边旋转边钻进，直至设计深度的1/3处，再边提升边反向旋转，使土体和粉体充分拌和，土体被充分粉碎，水泥粉被均匀地分散在桩土中。复拌的深度一般为设计桩长的1/3，复拌是保证成桩均匀和提高桩体强度的有效措施。
3、质量标准及验收
（1）基本要求
水泥的标号要符合设计要求，要按成桩试验所确定的技术参数进行施工；严格控制喷粉时间、停粉时间及水泥喷入量，确保粉喷桩的长度；桩体上部1/3的桩长范围内必须进行2次搅拌，确保桩体质量；发现喷粉量不足时，应整桩复打；喷粉中断时复打的重叠孔段应大于1m。
（2）桩体质量检验及质量分析
桩长及强度检测应以取芯为准，本工程以取芯和轻便触探联合检测，前者为甲方抽检，频率为2%，后者为施工单位自检，频率为5%。
从取芯的结果得：原状土为含水量大的软弱淤泥时，桩体胶结较差，且为松散可塑～硬塑状，桩体强度低；若原状土为粗砂层或细砂层时，桩体胶结好，强度高；若原状土为粉砂、淤泥质粘土时，桩体胶结介于二者之间。根据地质性质，确定提升搅拌速度是控制整桩质量的关键。
三、结束语
综上所述，施工企业必须高度重视水泥粉喷桩施工技术及质量，严格控制施工过程中的每一个环节，只有这样才能避免工程安全隐患的产生。
参考文献：
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