水泥粉喷桩沉桩问题的分析与处理

深层搅拌桩地基加固有两种施工方法:喷粉和喷浆。当地基天然含水量大于60%时，设计人员往往选择喷粉来降低地基含水量。但当天然地基含水量较高时，则采用喷粉法。由于喷粉施工时风压和气流的作用，塑性泥浆在搅拌过程中因扰动而液化，强度来不及形成，导致沉桩。通过施工现场试验，证明采用喷射混凝土法施工搅拌桩解决沉桩问题是有效的，工程造价变化不大，是可行的。

关键词:深层搅拌桩沉喷法路基工程

一.前言:

经过近20年的发展，由于施工技术和施工机械的成熟，深层搅拌桩已广泛应用于软土地基加固、边坡支护、基坑和大坝防渗。深层搅拌桩可以提高软土地基的承载力，减少沉降，提高边坡的稳定性，具有快速、经济、有效的特点，因此将其应用于公路桥头软土地基，以加快公路建设进度，消除或缓解桥头跳车等问题。其施工方法分为喷粉和喷浆两种方法。当地基天然含水量大于60%时，设计人员往往选择喷粉法来降低地基含水量。由于地质条件千变万化，如果淤泥含水量过高，采用喷粉法可能会出现沉桩问题。摘要:本文对粉喷桩沉桩工程存在的问题进行分析，并提出处理方法，与同行探讨。

二、工程实例

1，项目简介

某高等级公路K9+753~K10+836桥头186米处采用粉喷桩进行处理。粉喷桩呈正三角形布置，桩径50kgcm，桩距1.5m，平均桩长10m，水泥掺入比为15%。施工单位在施工设备标定，试桩方案得到监理单位和业主单位认可的情况下，采用喷粉法进行试桩。* * *共检测59根桩，其中沉桩21根，沉桩深度一般在1.1m ~ 4.5m之间..

2.沉桩原因分析

水泥深层搅拌桩的加固机理是通过水泥的水解和水化、水泥水化物与土颗粒之间的离子交换和造粒、硬化和碳化等一系列化学反应，形成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土桩。所以沉桩的原因可以从地质和施工工艺两个方面来分析。

地质上，由于各地质层土质不同，水泥加固土的效果也不同。一般认为含高岭石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加筋效果较好，含伊利石、氯化物、一水硬铝石的粘性土和有机质含量高、PH值低的粘性土加筋效果较差。各地质层含水量的不同也是水泥与土发生一系列化学反应导致强度形成速度不同的原因。

在施工工艺上，水泥和土混合不均匀，甚至水泥和土不能混合。这与施工机械的各种施工参数有关，如钻速、钻头速度、提升速度、喷粉压力、水泥用量等。要通过试桩，根据不同地质层、不同土质、不同土压力找到合适的施工参数，并严格控制，使桩身均匀，防止缩颈、断颈。

1)地质方面

在第一次试桩的一排7根桩中，有4根桩沉在路线的右侧。试桩后第七天，对其中两段进行抽芯检测，发现桩身上有两段水泥明显没有凝固。试桩后第十天，应对沉桩处的地质进行调查，具体地层自上而下如下:

①填砂:河砂，层厚0.5m .

②粉质粘土:灰黄色、灰褐色，可塑，稍湿~湿，随深度增加逐渐变为软塑状，层厚1.2m

③粉土:深灰色、灰黑色，软塑~流塑，饱和，粘性强，含油脂，岩性均匀，底部含腐殖质，层厚6.0m

④粉质粘土:灰色、青灰色，软塑，饱和，坚硬，均匀，层厚1.8m

⑤泥夹砂:灰色、青灰色，软塑，含多量中粗砂，含量30% ~ 50%，松散，层厚1.5m

⑥砂层:浅灰色，稍密至中密，饱和，以粗砂为主，含粘性土，级配良好，层厚1.9m

⑦粉质粘土夹砂:灰黄色、褐黄色，软塑，湿，含量20% ~ 50%，岩性不均匀，层厚2.6m

⑧砂层:以中粗砂为主，灰白色、灰黄色，中密，饱和，含粘性土，级配良好，层厚0.3m

软土的物理力学指标很差。粉土的平均含水量为90%，天然孔隙比为2.51，直接快剪C=6.79Kpa，φ=7.36。

从以上地质调查分析，主要有以下原因:

(1)由于该段淤泥的含水量为90%，粉喷后桩体内水泥的吸水率有限(50 ~ 60 kg/m)，参考类似工程的试验结果，可以看出水泥加固土的含水量减少量在短时间内低于水泥掺入比，即该段淤泥加固土的含水量仍在75%以上，土和水泥在搅拌时仍处于流塑~软塑状态。喷50 ~ 60 kg/m水泥9m后，自重增加4500~5400KN。水泥土在流塑~软塑状态下的压缩模量较小，自重引起的桩压缩较大；水泥加固土的抗剪强度较低，导致其自重产生较大的侧向挤压；

(2)桩身周围被扰动的土体下沉后，土体对桩的侧面产生向下的负摩擦力。当土和水泥仍处于流塑~软塑状态，压缩模量小，抗剪强度低时，在负摩擦力的作用下发生沉桩。

(3)该段粉土的敏感性较大，敏感性为原状样的无侧限抗压强度与相同含水量重塑样的无侧限抗压强度之比。从试桩现场看，试桩现场砂垫层表面挤出的淤泥很薄，说明重塑强度很低，敏感性很高。

(4)喷粉在桩内吸水，使桩周土的孔隙压力消散下沉，短时增加桩上的负摩阻力，而水泥加固土强度很低，增长缓慢。

一般来说，在喷粉初期，水泥加固土的强度无法承受水泥加固土的自重和负摩擦力，发生沉桩。

2)施工技术

在施工工艺方面，针对沉桩问题，结合不良地质条件，从施工工艺上查找沉桩原因。各种施工参数(钻速、钻头速度、提升速度、喷粉压力、水泥用量等。)在试桩过程中得到有效控制。在52根桩的第二次试验中，采用不同的钻进速度、不同的钻头速度、不同的提升速度、不同的喷粉压力、不同的水泥用量进行严格控制。虽然在试桩中喷粉量增加到75kg/m，但沉桩问题仍未解决。

再看试桩现场，试桩现场砂垫层表面有大量淤泥。据分析，软塑~流塑状淤泥在粉体喷射施工中，在风压和气流的作用下，由于搅拌过程中的扰动而液化，液化淤泥涌至地表，导致桩体内淤泥减少，沉桩。

增加喷粉量不能解决沉桩问题的原因是:

(1)增加喷粉量就是增加桩的自重；

(2)增加粉喷桩量，导致粉喷桩在桩身的吸水率增加，使桩身周围的孔隙压力迅速消散下沉，桩身上的负摩擦力在短时间内增大。水泥加固土的强度并没有因为喷粉量的增加而显著提高。粉喷初期，水泥加固土的强度仍然无法承受水泥加固土的自重和负摩擦力，出现沉桩。

3、加工方法

通过以上分析，沉桩是由于喷粉前期对土体的扰动造成的，水泥加固土的强度无法承受水泥加固土的自重和负摩阻力。在水泥浆中加入适量的早强剂，可以解决粉喷桩成桩初期水泥土强度不能承受水泥土自重和负摩阻力的问题。主要原因:

(1)早强剂可以快速提高水泥加固土的强度，而早强剂可以均匀地掺入水泥浆中；

(2)当水泥浆注入土中，经过水泥的水解和水化、水泥水化物与土颗粒之间的离子交换和造粒、硬化、碳化等一系列化学反应，成为具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土桩时，水泥浆本身就有足够的水分，不需要从天然地基中吸收水分，不会使桩周土的孔隙压力消散，对桩产生负摩擦力。

因此采用喷射混凝土法，在水泥浆中加入适量的早强剂，解决喷射混凝土法成桩初期，水泥加固土的强度不能承受水泥加固土的自重和负摩阻力，出现沉桩的问题。

喷射混凝土施工参数:

桩径:50㎝

钻孔速度:控制在2 ~ 3档(30 ~ 50 cm/min)。

电流表读数:进入持力层时I≥60A。

桩底喷浆连续搅拌时间:≥30s。

喷射混凝土提升速度:≤30cm/min

喷涂压力:0.6 ~ 1.0 MPa

水泥浆水灰比:0.5

早强剂含量(水泥含量):0.8%

水泥浆搅拌时间:≥30分钟(每次搅拌)

喷射混凝土搅拌桩的施工工艺应按照中华人民共和国和交通部颁布的《软土地基公路路堤设计与施工技术规范》JTJ017-96执行。全部穿过淤泥，进入持力层50㎝。

以上施工参数现场测试，测试后七天进行桩身抽芯测试。从桩身的抽芯结果来看，桩的连续性和整体性较好，不存在沉桩问题。业主组织设计单位、监理单位、施工单位召开软基处理技术专题会议，决定将K9+753~K10+836桥头186m原搅拌桩施工方式改为喷射混凝土施工，原合同单价不变。该段施工改为喷射混凝土后，没有出现沉桩问题，证明喷射混凝土施工的搅拌桩对解决沉桩问题是有效的。工程造价变化不大，经济可行。

第三，结论

深层搅拌桩用于处理高含水量的软基，常采用喷粉法降低地基含水量。喷粉出现沉桩问题时，在水泥浆中加入适量早强剂解决沉桩问题。实践证明，用喷射混凝土法施工搅拌桩解决沉桩问题是有效的，经济上也是可行的。

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