[提要]：粉噴法加固軟弱地基是將生石灰粉、水泥粉等粉體材料通過專用機械，利用壓縮空氣讓粉體處于氣體輸送狀態噴入要加固的地基土中，再通過機械的強制性攪拌，讓其與土充分混合并壓密，從而使地基土和加固料發生物理化學反應，使軟粘土硬結，并形成整體強，水穩性好和足夠強度的柱體。其施工技術已基本成熟，加固效果也普遍受到公認。因此，該方法近些年來廣泛應用于鐵路、高速公路、市政工程、工業與民用建筑工程等軟弱地基加固工程中。

　　[關鍵詞]：粉噴樁,軟弱地基,復合地基

　　 

　　1、引言：粉噴法最先由瑞典的克杰爾德·鮑斯（kjeidpaus）早在1967年提出并進行了研究，稱為石灰柱法，1971年瑞典的linden-Alimak公司根據鮑斯的成果在現場制成了第一批石灰柱，1974年正式取得專利并應用于工程實踐。

　　我國于1984年在廣東省云浮硫鐵礦專用鐵路的涵洞軟基加固工程中正式作為試驗性應用并取得了成功，1985年4月鐵道部對該項技術組織了鑒定，認為該法技術先進，可在鐵路、公路、市政工程、港口碼頭及工業與民用建筑等軟弱地基加固上推廣應用。

　　粉體噴攪法加固軟土技術又稱干粉噴射攪和法（DJM法），它是利用壓縮空氣向軟土輸送和噴射干粉基，利用干粉與土拌和所起化學反應改善土質提高地基強度的方法，它屬于化學加固方法，它是利用壓縮空氣將粉體加固料以霧狀噴入地基深部，憑借鉆頭葉片的旋轉，使粉體加固料與原位軟土攪拌并得到充分混合，從而使軟土硬化而形成具有整體性、水穩性好和足夠強度的地基。

　　2、粉體攪拌法的適用條件：

　　粉體攪拌法適用于淤泥質土、粘性土、粉土、素填土、雜填土、飽和黃土、中粒砂、礫砂等地基土，適用于天然含水率大于30％的軟土。這是因為以粉體作為主要加固料，不需向地基注入附加水分，反而能充分吸收周圍軟土的水分，因而加固后的地基初期強度高，所以對含水量大的軟土效果顯著，但是當地基土的含水率大于70％，PH值小于4時不宜采用。含水率較大的軟土地基采用粉體攪拌法存在以下缺陷：a、噴粉時的高壓氣流對軟土的擾動作用明顯，擾動后的軟土原有結構及土粒間的膠結作用被破壞，在新的穩定性結構形成前，土體的強度喪失，反而降低了地基的承載力；b、水泥粉與土體不易均勻混合，高含水率的軟土，特別是淤泥擾動后，整個土體幾乎成了流體，含有大量水分，水泥粉遇水后即成為團塊，團塊外表面水化膠結形成一個不透水的堅硬體，團塊內部則粉體狀態的水泥，阻止了團塊內部水泥的水化作用，降低了處理效果；c、水泥粉與水結合形成水化強度是需要時間的，攪拌結束后短時間內樁體強度小，相當于被擾動軟土的強度，相對于原狀土而言強度反而降低。粉體攪拌法的深度一般不超過15m。

　　根據室內試驗，水泥粉噴法對含有高嶺石，多水高嶺石，蒙脫石等粘土礦物的軟土地基加固效果較好，而對含有伊利石氯化物和水鉆英石等礦物的粘性土以及有機質含量高的粘土地基，加固效果較差，水泥粉噴法降低了地基土的滲透性；石灰粉噴法適用于粘土顆粒含量大于20％，粉粒及粘粒含量之和大于35％，粘土塑性指數大于10，液性指數大于0.7，PH值4-8，有機質含量小于11％，土的天然含水率大于30％的偏酸性的軟土地基。

　　3、粉噴樁加固軟弱地基的設計與計算方法：

　　3·1粉噴樁的樁體特征

　　粉噴樁是石灰粉或水泥粉與天然地基土強制混合結硬后的產物，加固料的摻量與土層性質，尤其與含水量有關。根據國內外大量的室內外試驗和實測，一般控制在土自重的10-18％，含水量低、有機質含量小的略低些；反之略高些。一般摻量在15％左右，水泥土的初期強度較大，28天強度為7天強度的1.5-2倍，90天抗壓強度可達1.6-2.0KP（無側限抗壓強度）,抗剪強度為抗壓強度的1/2左右,水泥土的壓縮模量為天然土的10-30倍。

　　粉噴樁的單樁允許承載力可達120-200kn，相應沉降為6-10㎜，樁身極限破壞多發生在4.5倍樁徑處，即受力樁頂以下2-2.5m處。粉噴樁界于柔性和剛性之間，樁體與原始土之間在同時受力時的應力比為3:1—4:1，因此粉噴樁加固的地基按復合地基考慮和計算。

　　3·2粉噴樁的設計與計算

　　樁的平面布置在條形基礎時可采用單排或鏈條狀雙排等；筏板基礎時可采用梅花型或矩形，獨立基礎時可采用梅花型，一般情況下，均不考慮護樁，樁的深度可按現在設備最大深度12.5m以內按地基結構確定，樁距常以置換率控制（即加固區內總樁面積與加固區面積之比）一般在10-18％，因粉噴法加固軟弱地基，目前多以水泥粉為粉體材料，現就以水泥粉噴樁為例來看粉噴樁的計算。

　　3·2·1、水泥粘土樁單樁承載力計算

　　當水泥粘土的強度標準值大于500KP時，它的單樁承載力標準值可按下式計算：PK=ηfcuAp

　　  PK=qsupL+αApqp

　　式中：fcu-—與工程攪拌樁的水泥粘土配方相同的室內加固土試塊，在標準養護條件下90d齡期的無側限抗壓強度平均值（KPa），試塊可用70.7㎜邊長的立方體,也可用50㎜邊長的立方體或土工無側限標準體

　　 η—樁身強度折減系數，粉噴水泥粘土樁取0.2-0.33，漿噴水泥粘土樁取0.25-0.33

　　 up—-樁的周長（m）

　　 qs—正常固結粘土中樁周界面的平均摩阻力，對于淤泥可取用4-7KPa，對淤泥質土可用6-12KPa，對于一般粘性土可用10-15KPa

　　 L—樁的長度m

　　 qp—樁端天然地基土的承載力標準值，（KPa），可按現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》（GBJ7—-89）的有關規定來確定。

　　 α—樁端天然地基土的承載力折減系數，可取0-0.5

　　 懸在淤泥中的水泥粉噴樁的承載力很低，尤其高含水量低強度的淤泥，它的樁周和樁底的摩阻力較小，并受各種因素影響，設計者使用務必謹慎；而樁端擱置在硬土層上的水泥粉噴樁計算結果與荷載試驗結果較接近。

　　 3·2·2、水泥粘土樁復合地基承載力計算

　　水泥粘土樁復合地基的承載力一般是通過復合地基荷載試驗來確定，水泥粘土樁復合地基承載力也可通過承載力計算式進行計算，它們還是采用力的平衡方程，即樁上的力加土上的力等于復合地基的力，計算式為：

　　 fsp，k=mRk/Ap+β（1-m）fs，k

　　式中：fspk-復合地基承載力標準值kpa

　　 m—樁土面積置換率

　　 fs，k—樁間土承載力標準值kpa

　　 β—樁間土強度發揮系數，一般碎石樁取1.0，由水泥粉煤灰碎石組成的CFG樁則取0.9

　　 在水泥粘土樁加固的復合地基中，當樁端土承載力大于樁側土承載力時，B取0.1-0.4，差值大時取低值；當樁端土的承載力小于或等于樁側土的承載力時，B取0.5-1.0，若兩者承載力差值大或樁頂端設有墊層時，則取高值。

　　 式中的B值是反映樁間土力學性能發揮程度的一個參數，它與設計和施工有密切關系，是反映設計和施工水平的一個系數，實際是一個能否充分發揮樁間土承載力的技術水平的問題，所以又可稱它為樁間土承載力折減系數。

　　 轉換率和樁數的計算：

　　 依據設計要求的復合地基承載力標準值和單樁豎向承載力標準值可以計算水泥粘土樁的置換率m和樁數n

　　 m=（fsp，k-βfs，k）/（Rk/Ap-βfs，k，）n=mA/Ap

　　 式中：A—地基被加固的面積㎡

　　 Ap—水泥粘土樁單樁截面積㎡

　　 在得到n值后，根據上部結構的特點和地基土質的變化，可以作適當的調整。

　　 3·2·3、水泥粘土樁復合地基沉降計算

　　目前，復合地基的沉降計算尚沒有理想的公式，一般采用沉降折減系數法，所謂沉降折減系數，就是原有地基分成兩個部分，上部為加固區，下部為下臥區。下臥區一般按國家標準《建筑地基基礎設計規范》（GBJ7-89）有關規定確定，上部加固區按加固前的狀態用分層總和法計算沉降，然后乘上沉降折減系數。

　　3·2·4、水泥粘土樁復合地基穩定分析

　　穩定性分析比較困難，由于復合體的強度指標無法確定，造成計算困難，粉噴樁復合地基分析應以總應力法計算為宜，這里略。

　　4、粉噴樁的的施工

　　我國的施工機械起初為由冶金部建筑總院和交通部水運規劃設計院合作研制的SJB-1型機械，它為雙頭式，裝設專門的送漿管，為噴漿機械，由江陰振沖器廠定點生產。不久，天津機械施工公司利用進口鉆機改裝成一臺單軸攪拌，葉片噴漿的攪拌機，命名為GIB-600型攪拌機，后來又研制成粉體噴射攪拌法：主要有兩種機械：一種是GPP-5型由步履式移位機架，電動機、卷揚機、液壓泵、轉盤、變速箱等組成，加固深度為12.5m，成樁直徑50㎝；另一種為YP-1型，它的成樁直徑為50-70㎝，這里主要介紹GPP-5型。

　　4·1施工機械

　　GPP-5型粉體噴射攪拌機：它由幾部分組成，第一部分為步履式鉆機：由電動機、鉆架、卷揚機、液壓泵、轉盤、鉆桿、傳動鏈條、變速箱等機件組成；第二部分為固定在場地上的粉體輸送設備，由空氣壓縮機、節流閥、流量計、分離器、安全閥、灰罐等組成，技術指標如下：加固深度12.5m，成樁直徑500㎜，轉速28r/min、50r/min、92r/min、扭矩4.9kN·M、提升速度0.48r/min、0.8r/min、1.47r/min，井架高度14m，液壓步履縱向單步步矩1.2m，橫向單步步距0.5m，接地壓力34KPa，主機重量9233㎏。

　　4·2施工順序：

　�、俜艠佣ㄎ�，將攪拌機移動至施工樁位處后定位，孔位誤差不得大于50㎜；②調平鉆機平臺，使用4個支腿調整平臺，使鉆機鉆桿垂直度誤差不大于1％；③開機攪拌：以1、2、3檔逐級加速，將鉆頭順轉鉆進至設計深度，如遇硬土難以鉆進時可以降檔鉆進，放慢進度在鉆進時始終保持連續送壓縮空氣，以保證噴灰口不被堵塞，鉆桿內不進水，保證下一道工序送灰時順利通暢；④提升鉆桿噴粉攪拌，用反轉法邊攪拌邊提升邊噴粉，按0.5m/min速度提升，提升到設計停灰面時，應慢速原地攪拌2-3min；⑤重復攪拌，為保證充分將粉體攪拌均勻，須將攪拌頭再次下沉攪拌到原設計深度再提升攪拌，速度控制在0.5-0.8m/min；⑥防止施工污染環境：在噴粉提升至距地面0.5m處時應停止噴粉，在通管路時，應在孔口設置防灰保護裝置；⑦粉噴樁施工機具應有專門的自動計量裝置，該裝置能自動記錄沿深度的噴粉量和時間記錄等；⑧當一根樁施工完畢后移機接著重復上述方法逐根施工。

　　5粉噴樁施工的質量控制

　　5·1①做好場地的“三通一平”工作，做好測量記錄工作，熟悉施工設計圖及說明；②工程樁施工前，應先做1-2根工藝性試樁，確定制樁技術參數，并經設計、質檢部門簽證后作為工程樁施工依據；③嚴格進行原材料質量監控，所用粉體加固料必須保證質量，不能使用過期、受潮變質材料。譬如：水泥的質量對軟土加固效果至關重要，所以施工中所用水泥的品種和標號應符合設計要求，一般最好使用國有大中型水泥廠產品，嚴禁使用過期、受潮、結塊、變質的劣質水泥，施工單位擬購水泥必經具有廠家保質單和出廠試驗報告，對于所購進的水泥施工單位要進行復核檢驗，監理實驗室也要隨機分批對使用的水泥材料進行抽驗，確保水泥材料質量；④認真做好室內試驗，在水泥粉噴樁施工前要進行軟土的物理性質，含水量、有機質含量和水泥強度試驗，以檢驗軟土的適用性和設計的水泥摻入量情況下水泥土強度能否達到設計要求，從而使水泥用量更加合理；⑤嚴把測量校樣關，為保證水泥粉噴樁加固軟土工程質量要嚴格按設計要求布點定位；⑥施工單位要嚴格掌握鉆井深度，確保樁體長度，嚴禁尚未達到設計樁長及尚未噴灰的情況下，進行鉆機提升作業，在施工過程中有專人定時檢查粉噴樁的成樁直徑及攪拌均勻程度，嚴格按預定的噴入量噴灰，對于噴灰量小于設計用量，中間發生停噴或少料等意外情況及設計要求的需要進行復噴施工，施工中發現水泥噴入量不足時應及時進行復噴，如遇停電，機械故障等原因中斷噴灰時，應將鉆機下引至停灰點以下0.5m，待恢復供灰時再噴粉提升，應特別注意樁頂的施工質量。

　　5·2、隨時抽檢鉆機的水平度和垂直度，鉆機的鉆進深度，鉆機的噴灰深度，停灰標高，重復攪拌深度以及噴灰機的管道壓力，灰罐壓力等各項操作參數，抽檢灰罐內的水泥加入量，剩余水泥量，檢查施工原始記錄及施工的安全性及文明施工措施的執行情況，認真填寫粉噴樁施工原始記錄表，記錄內容必經實事求是，逐根記錄。

　　6、結語：粉噴樁的優越性：①無噪音，無污染對周圍的土體無側向擠壓作用，對鄰近建筑物無影響；②能應用的工程類別多：道路、市政、深基坑開挖、工業民用建筑的地基加固均可應用；能應用的基礎類型多：筏板基礎、條形基礎、獨立基礎均可應用；③所使用的材料單一，不需要鋼材、木材、砂、石；使用的機械設備單一；④施工速度塊，工期短而施工場地整潔文明；⑤造價低廉，采用粉噴樁施工的基礎工程總造價為預制樁和砼灌注樁的基礎，工程總造價的30-60％；⑥這種樁既加強了地基土的受力強度又充分發揮了原有地基土的強度潛力，它既克服了砂井，塑料排水紙板等地基加固手段的預固結階段，又克服了某些加固手段的泥土污染和側向擠動，也避免了完全不考慮地基土強度而作人工深基礎的昂貴費用。