竹洲头泵站水泥搅拌桩喷浆法和喷粉法工艺性成桩试验

龙 胜

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)



竹洲头泵站水泥搅拌桩喷浆法和喷粉法工艺性成桩试验

龙 胜

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

介绍竹洲头泵站进行的水泥搅拌桩成桩试验，采用喷浆和喷粉两种方法进行对比，并得出深层搅拌桩试桩试验结果。针对试验成果，调整了设计施工方法，确定了喷浆和喷粉工艺适用的范围和部位。

深层搅拌桩 喷浆法 喷粉法 成桩试验 竹洲头泵站

1 工程概况

竹银水源工程位于广东省珠海市斗门区白蕉镇，在珠江三角洲磨刀门水道右岸。工程建成后通过泵站抽水水库蓄淡，与珠海现有的供水系统相结合，向澳门、珠海东区(主城区)和珠海西区水厂供水，满足居民生活用水、工业企业用水及城镇公共用水需求。

竹洲头泵站基坑设有临时围堰进行挡水，基坑开挖采用大开挖结合水泥搅拌桩栅格状重力式挡墙进行支护，先将上部人工填土以1∶2坡度放坡开挖至-1.0m高程平台，在此平台上做水泥搅拌桩栅格状重力式挡墙，使围堰和基坑满足稳定性、强度和变形要求。

泵站各主要建筑物(包括进水间、主机间、安装间、副厂房)基础，均采用水泥土搅拌桩复合地基，水泥土搅拌桩穿过软土层进入全风化细砂岩层。

以上二处原设计均为喷浆法水泥搅拌桩，但根据以往珠海市水闸工程的施工经验，当地绝大部分临江建筑物基础均采用喷粉法水泥搅拌桩，且施工效果较好，因此本次实验采用了喷浆法和喷粉法两种成桩工艺进行比较。

2 竹洲头泵站地质情况概述

竹洲头泵站地面高程1.0m～3.5m，地形平坦，为人工开挖及填筑地形，根据钻孔揭露，站址处岩土层自上而下为：

①人工填土。土黄色，成份主要为粉质粘土，含少量基岩碎块，稍经压实，厚度1.0m～4.0m；

②淤泥质粉质粘土、淤泥。灰黑色，成分主要为粘粉粒，标贯击数1～6击，平均3击，厚度2.6m～25.0m。顶板埋深1.0m～4.0m，相应高程-1.54m～0.59m。总体上，上游较浅，下游略深，靠西侧山边较浅，东侧河东较深；

③淤泥质粉细砂、含泥砂卵砾石层。灰色，主要成分为粉细砂砂砾石，间夹少量贝壳碎片，夹淤泥质土中或其下厚度1.4m～5.0m；

④全风化细砂岩或花岗闪长石、细砂岩。土黄色，细砂结构，中厚层状构造，花岗闪长岩，土黄色夹灰黑色，花岗结构清晰可见，全风化层中偶夹强风化碎块，层厚0～14m，顶板埋8.2m～26.0m，相应高程-2.26m～-23.5m，标贯击数10～39击，平均20击；

⑤强风化花岗闪长岩、细砂岩。灰白色，主要成份为石英，中厚层或块状构造，岩心多呈碎块状、砂砾状或半岩半土状，顶板埋深6.2m～28.8m，相应高程-26.03m～-2.26m，标贯击数30～51击，平均43击。

竹洲头泵站上部人工填土、粉细砂和软土层厚约8.2m～28.8m，存在砂层震动液化，软土变形及抗滑稳定问题，不宜作为泵站基础持力层。泵站前池进水间及主厂房建基面高程分别为-7.60m及-6.70m，副厂房及安装间建基面高程分别为0.3m及0.0m。处于软土层内，必须对泵站地基进行处理或采用桩基础。

竹洲头泵站面临西江，背靠竹洲山，根据地质钻孔显示，软土层靠近江边处较深，沿泵站轴线往下游逐渐变浅，近江处深约26m。

3 喷浆法和喷粉法工艺性成桩试验

3.1 成桩试验参数选择

3.1.1 喷浆成桩试验参数选择

(1)水泥选用。按照《通用硅酸盐水泥》(中华人民共和国标准GB175-2007)第6.2条规定：“普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级”，在经与监理、设计等单位沟通同意后，采用江门市新昌水泥厂生产的P.O42.5R普通硅酸盐水泥；

(2)水泥掺量选定。在经与监理、设计等单位沟通同意后，按14%、16%、18%的水泥掺量来做试桩实验；

(3)桩机的选定。采用PH-5B型喷粉桩机(按配套设备的不同，可喷粉也可喷浆)；

(4)搅拌次数，采用四喷四搅工艺；

(5)试验技术操作参数选择如下：①水灰比约为0.45～0.50(暂定为按0.50进行试验)；②钻进速度：V≤1.0m/min；③提升速度：V≤0.8～1.0m/min；④搅拌速度:大于(30～50)转/min；⑤注浆泵压力：(0.2～0.5)MPa；⑥注浆泵调速电机：(250～450)转/min；⑦水泥浆预搅时间：>4min；⑧桩尖标高按进入持力层土层的深度不小于50cm(可根据工作电流的变化判断是否已进入持力层)控制；⑨确定每米水泥浆量和水泥浆比重。

3.1.2 喷粉成桩试验参数选择

(1)水泥掺入比。珠海地区淤泥层含水量大，工程性质差，根据设计要求，结合以往珠海市水闸工程的施工经验，在经与监理、设计等单位沟通同意后，试桩每米水泥掺入比选取14%、16%、18%三种，对应每米桩体水泥掺入量分别为70kg、80kg、90kg三种(泥土容重按1.74g/cm3考虑)，每种掺入比试桩2条；

(2)喷粉量。采用电脑控制每米的喷粉量，其偏差在-3kg～+5kg范围内；

(3)搅拌次数。采用二喷四搅工艺，桩体全段一次复搅；

(4)试验技术操作参数选择如下：钻进下沉速度：(0.8～1.5)m/min；喷粉提升速度：(0.6～1.2)m/min；复搅：(0.6～1.2)m/min；压缩空气压力：(0.2～0.4)MPa；气流量：20L/s。

3.2 主要施工人员及施工设备配备

喷浆成桩施工人员及施工设备配备见表1、表3；喷粉成桩施工人员及施工设备配备见表2、表4。

表1 喷浆主要劳动力配备

表2 喷粉主要劳动力配备

表3 喷浆主要设备投入

表4 喷粉主要设备投入

3.3 成桩试验方案

3.3.1 桩数的选定。按14%、16%、18%三种不同的水泥掺量，即每米掺量70kg、80kg、90kg水泥，每组四条，其中两条采用水泥浆搅拌法，两条采用喷水泥粉搅拌法，共计十二条。

3.3.2 试桩的地点。选在基坑开挖范围外，下层土质条件接近工程区域的位置。

3.3.3 桩长的选定。经实测，试桩区地面高程为2.60m，据地质资料，上面1m～1.5m左右为人工回填土，其下层-14m基本均为淤泥质粘土，拟定桩长可定在12m和15m，桩身入淤泥质粘土层可达10m～13m。

3.4 施工方法

3.4.1 喷浆施工方法

喷浆施工工艺流程：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→钻进并打开高压注浆泵注浆至设计深度→提钻喷浆搅拌上升至工作基准面以下0.5m→重复喷浆搅拌下钻至设计深度→重复喷浆搅拌上升至设计深度至地表→成桩结束→施工下一根桩。

3.4.1.1 喷浆施工准备。测量队放出该段基础的边线和中桩，并用白灰撒出场地并清理，用装载机将坑洼不平部位表面推平，局部低洼处回填路基填筑料，防止桩基下沉，路基坡脚外挖出排水沟，以防止积水。

在原地面用挖掘机或装载机等机械挖至设计标高后，定出桩位，并用石灰水或打入竹片桩作好桩位标识，顶上用红油漆涂上桩中心点，并洒上白灰，桩机移动到所打桩位处，使钻头中心、桩中心及钻杆中心保持在同一竖直线上。

3.4.1.2 定位。吊机就位后，悬吊深层搅拌机到指定位置，对准桩位，保持起吊架垂直。钻机就位应满足图纸要求，垂直度偏差不大于1.0%(装吊垂球检测)，为确保垂直度控制良好，分别在钻机四个支座处加设较大面积的钢板，使钻机在钻进中保持平稳，钻进时要经常检查垂直度，如发现偏差则边钻进边调整，在开始时保持较慢的钻进速度，待机身稳定后再加快钻进速度。桩的孔位置与图纸偏差不得大于50mm。

3.4.1.3 配制水泥浆。在深层搅拌机沿导向架边搅拌切土下沉前，开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，配置好的浆液必须过筛，并将水泥浆倒入集料斗中备用。

3.4.1.4 预搅喷浆下沉。待深层搅拌机冷却水循环正常后，启动搅拌机，后缓慢放松起吊钢链条，使深层搅拌机沿导向架边搅拌边切土下沉边打开高压注浆泵注浆，下沉速度由电机电流监测表控制，保证工作电流不大于额定电流。施工过程中严格控制搅拌时的下沉和提升速度，提升或下沉速度不得超过1.0m/min，以保证加固范围内每一次深度均得到充分搅拌。在成桩过程中遇有故障而停止喷浆，第二次喷浆接桩时，其重叠长度不得小于0.5m。接桩间隔时间不大于24h，否则应重打该桩。

3.4.1.5 喷浆搅拌深层搅拌机下沉并喷浆搅拌至设计深度后，按设计确定的提升速度喷浆提升深层搅拌机。当深层搅拌机提升至地面以下1m时，应慢速提升和旋转，即将出地面时，应停止提升，搅拌10s～20s，以保证桩头密实。

3.4.1.6 重复搅拌。为使软土与水泥浆搅拌均匀，再次将深层搅拌机喷浆下沉至设计要求深度，再边搅拌边喷浆提升至地面，进行重复搅拌。根据设计图纸要求，水泥搅拌桩桩顶以下3m范围内应复搅。

3.4.1.7 清洗。向集料斗中注入清水，开启灰浆泵，清洗全部管道中残存的水泥浆，保持清洗干净。

清洗后，将钻机移至下一个桩位重复施工，同时对桩头进行处理，达到设计要求。

施工桩顶标高宜高出桩顶标高不少于1.0m，在开挖基坑时，应将搅拌桩桩顶施工质量较差的桩段用人工挖除。

3.4.2 喷粉施工方法

水泥喷粉深层搅拌桩施工工艺流程(二喷四搅)见图1。

图1 喷粉施工工艺流程

3.4.2.1 桩机就位。桩位复核，桩机就位，对准桩位，保持起吊架垂直。钻机就位应满足图纸要求，垂直度偏差不大于1%(装吊垂球检测)，为确保垂直度控制良好，分别在钻机四个支座处加设较大面积的钢板，使钻机在钻进中保持平稳。钻进时要经常检查垂直度，如发现偏差要边钻进边调整，桩的孔位置与图纸偏差不得大于50mm。

3.4.2.2 启动空压机，使气流正常运转时，开动钻机向正向转动，加压下钻，当搅拌头到达设计桩底以上1.5m时，即开启喷粉机提前进行喷粉作业，直到设计深度的持力层，转约1min。钻进速度为(0.8～1.5)m/min。

3.4.2.3 转1min后，立即提钻，同时开动钻机反转，边提升边搅拌边喷粉，提钻喷粉至桩顶标高以上0.5m处停止喷粉，平均提升速度为(0.6～1.2)m/min，钻头的搅拌速度为15mm/转，复搅与提升时的管道压力为0.2MPa～0.4MPa，汽流量为20L/s。

3.4.2.4 重复下钻喷粉搅拌到设计孔深，完成三次搅拌。

3.4.2.5 关闭喷粉阀门，提升钻头，搅拌到设计桩顶标高，完成二喷粉四搅拌工序。

3.4.2.6 对搅拌钻头进行检查，钻头内磨损量不得大于10mm，超过允许值，须更换。

3.4.2.7 清理。钻头提升至地面，清除钻头泥包。

清理完后，将钻机移至下一个桩位重复施工，同时对桩头进行处理，达到设计要求。

4 试验检测成果

4.1 试验实施情况

现场试验实施时出现以下特殊情况：

(1)搅拌机下沉到12m深时遇硬质层，无法继续下搅，现场监理确认后，将实验深度均调整为12m深；

(2)在喷粉试桩时，由于天气因素和其他因素影响，造成成桩时间过长，经监理现场确认，将喷粉桩各种掺入比调整为各打1条。

4.2 试验检测结果

本次试验桩到28d龄期，水利部珠江水利委员会基本建设工程质量检测中心对试验桩强度及完整性进行了抽芯检测。

所抽芯检测桩桩体水泥土连续完整，搅拌一般均匀～均匀。水泥掺入比为14%、16%和18%的喷浆水泥搅拌桩抽芯试件抗压强度分别为0.22MPa～0.47MPa、0.29MPa～0.74MPa和0.81MPa～0.92MPa；水泥掺入量为14%、16%和18%的喷粉水泥搅拌桩抽芯试件抗压强度分别为1.35MPa～1.45MPa、1.08MPa～4.04MPa和1.11MPa～2.21MPa。

5 试验结论

水泥掺入比为18%的喷浆水泥搅拌桩抽芯试件28d抗压强度为0.81MPa～0.92MPa(水灰比为0.55，设计fcu28≥0.80MPa)。

水泥掺入比为14%、16%和18%的喷粉水泥搅拌桩抽芯试件28d抗压强度分别为1.35MPa～1.45MPa、1.08MPa～4.04MPa和1.11MPa～2.21MPa，均大于设计fcu28≥0.80MPa。

考虑到支护桩及基础桩对防渗及承载要求各有侧重，并满足设计fcu28≥0.80MPa要求，采用：(1)支护桩着重考虑防渗要求，采用喷浆桩水泥掺入比不小于18%(水灰比0.55)；(2)基础桩着重考虑承载要求，采用喷粉桩水泥掺入比不小于16%。

龙 胜(1970.1-)，男，湖北荆门人，总经理助理，高级工程师，主要从事技术管理。

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TV675∶TV553

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2095-1809(2015)02-0008-04