粉喷桩在公路软基处理中的应用
摘要：本文论述了粉喷桩在软基处理过程中的原理、复合地基承载力、土的含水量、置换率、掺入量、复搅转速对桩强度的影响等。
关键词：软基处理，粉喷桩，应用
粉喷桩属于深层搅拌法加固软土地基的一种形式，也叫加固土桩。深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械将一定深度内的软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的一根根加固土桩，与周围桩间土形成复合地基，从而达到提高地基承载力，减少地基沉降的目的。粉喷桩就是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法，它适合于加固各种成因的饱和软粘土。
常熟市董古公路为连接市区与港区的一条主要通道，全线采用一级公路标准设计，道路宽度36米，设计车速80km/小时，道路全长5.25km，设大中桥7座。经全线钻探资料揭示：本项目所在区域土层为第四系全新统粘砂性土，在钻探所达深度范围内，场地地层层序自上而下为：
第①层：素填土，层厚0.50～0.50米，层顶标高1.40～2.30米，层底标高为0.90～1.80米，结构松散。
第②层：淤泥质粉质粘土，灰色，有腥臭味，饱和，含有机质，流塑，属高压缩性土，层厚1.60～12.80米，层顶标高0.90～1.80米，层底标高-1.50～-11.00米。
第③层：粉质粘土，灰黄色，硬塑，稍湿，无摇震反应，捻面较光滑，韧性较高，干强度高，夹黑色结核，属中等压缩性土。层厚0～7.10米，层顶标高-1.50～-11.0米，层底标高-1.5～-18.10米。
第④层：含粉砂粉质粘土，含粉砂，湿，摇震反应慢，捻面较光滑，韧性中等，干强度中等，局部含低液限粉土夹层，软塑，属中等压缩性土，层厚6.40～10.20米，层顶标高-1.50～-18.1米，层底标高-7.9～-28.3米。
根据公路路基所处地质状况，设计对其中14处桥头及高填方路段均采用粉喷桩进行加固处理，粉喷桩长度采用12.5米、10.5米、9.0米、8.0米四种形式，共需处理粉喷桩总长101060延米。
经实践证明，采用粉喷桩方法加固软土地基具有许多优点：如能有效地减少地基的总沉降量，对控制路堤的工后沉降和解决桥头"跳车"具有明显的效果。具体表现在地基加固深度内沉降量的大幅度减少，经加固后路基在填筑过程中侧向位移明显减少，实测的最大侧向位移仅6～7cm，而且在较短时间内即趋稳定；粉喷桩复合地基能提高地基土的承载力，适应快速填筑施工，可以允许有较高的填土速率。
总结粉喷桩法在本项目中的实际应用，尚需要对一些问题做进一步探讨。
1粉喷桩加固软土地基的深度限制
由于受目前我国施工设备的限制，国内最大的施工深度大约为18米左右，超出此深度时，将难以控制施工质量，故《公路路基设计规范》规定，采用粉喷桩法加固软土地基时，深度不超过15米。对于深厚的软弱土层，尚需其它的方法进行处理。
2地基土含水量对粉喷桩质量的影响
粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这主要与掺入粉体的质量、施工工艺、地基土的性质有关，其中尤以含水量的关系甚为密切。《建筑地基处理规范》规定，地基土的天然含水量在小于30％或大于70％时不宜采用。因为当土的含水量小于30％时，土中的水份不足以使粉体进行水化作用；当含水量大于70％时，含水量过高的土壤往往孔隙比大，若按常规掺入粉体数量，由于水分过多形成不了足够强度的水泥土桩体，将严重影响粉喷桩的强度，在这种情况下必须增加粉体的掺入量(75~80kg/m)和采用全程复搅的施工工艺。同时高含水量、大孔隙比和粘粒含量多时，土周边的束缚力极低，当钻头反转提升喷灰时，产生一个垂直向下挤压力和一个径向水平推力，由于土呈流塑状，束缚力极低，桩体在成形过程中向下及向四周水平向排水，影响形成竖向桩体，通常形成所谓"掉桩"或"下沉"，常为地表下1～2m。所以对于高含水量的软土层，应在施工中严密监视，发现问题及时处理。
3粉喷桩复合地基承载力和粉喷桩单桩承载力的关系
粉喷桩复合地基的允许承载力公式为：
［σ复合］=η×［σ桩］+(1-η)［σ土］
式中：
σ复合——复合地基的允许承载力；
η——桩对土的置换率；
σ桩——搅拌桩的允许承力力；
σ土——天然地基土的允许承载力。
无疑，桩的强度将直接影响复合地基的强度，假设桩的强度不断增加而土的强度依然不变，按照公式的计算，复合地基的强度也会不断增加，然而实际情况并不如此。因为粉喷桩从本质上来讲是属摩擦桩类，当土的强度不变，而且饱和软粘土的强度很低时，在这种情况下，即使不断增加桩的强度，但总的复合地基强度也不会随之增加。只有当天然土的强度也增强时，整个复合地基的强度才会增加。所以桩的强度应适度，要和天然土的强度相互匹配。
4桩土置换率及粉体掺入量对复合地基强度的影响
在实际设计运算时往往提供所要求达到的复合地基强度、拟定的粉喷桩强度及天然地基土的强度来求桩土的置换率，计算出桩数，然后布置桩位，再作有关的验算。实践证明若置换率过低，如小于10％往往达不到设计要求，甚至全功尽弃。这说明作为复合地基的桩土置换率必须大于一定值，否则起不到复合地基的作用，所以在规范中定为10％～20％，这是有道理的。同样粉体的掺入量也需控制在一定值，根据冶金部建筑研究院的实验结果，对有机软土采用10％～15％掺入量对加固土的强度增长幅度最大。
5复合地基沉降
加固区的沉降量采用复合压缩模量法计算，复合压缩模量采用以下计算公式：
Eps=ηEp+(1-η)Es
Eps——桩体压缩模量；
η——桩对土的置换率；
Es——土体压缩模量；
复合地基是假定桩与桩间土是协调变形的，从理论上分析它与桩基不同，为满足协调变形需要，要求桩有较大的适用变形能力，并要求桩的破坏状态处于塑性破坏状态中，所以，复合地基的变形，采用桩与土相协调的复合压缩模量。
6复搅和转速对桩强度的影响
大量的施工实践已充分证明复搅与不复搅的质量相差甚大。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体与粘土及水得到比较完全的接触和作用，促使桩体的充分形成。同时，钻头喷出的粉体一般呈脉冲状，若不充分进行搅拌，粉体在桩中往往呈层状，形成一种"夹生"，对桩的强度不利。如承受水平推力截止水作用的话，应进行全程复搅，若作为路基加固只承受垂直向力作用，也可以只复搅上部1/3的桩体；但对含水量大于70％的软土层，应进行全程复搅。为了提高工效，粉喷钻机下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷粉搅拌时切莫快速旋转和提升；否则将会严重影响搅拌的均匀性和足够粉量的掺入。
结束语
1.在一定的厚度范围内，粉体搅拌桩可以有效地减少被加固土体的压缩量，提高软土地基的复合地基承载力，但当存在的软土厚度较大时，其沉降量并不能减少；
2.粉体搅拌桩处理过的路基能承受较快的加荷速率，能较好地满足工期较严的要求；
3.粉体搅拌桩不能改善地基排水条件，主要通过置换软土及应力集中作用提高地基的稳定性及减少沉降；但通过加固土桩的吸水固结可提高桩间土的结构性，同时桩顶铺垫砂层可便于地基排水，从而可适当加速桩间土的固结，减少工后沉降。
参考目录
JTJ017—96《公路软土地基路基设计与施工技术规范》[S]
JTGD30—2004《公路路基设计规范》[S]
GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》[S]