高壓噴射注漿法在路基處理工程的應用

黃兆恩

（佛山市市政建設工程有限公司，廣東佛山 528000）

1 概述

高壓噴射注漿法于20世紀60年代后期創(chuàng)始于日本。它是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進到土層預定位置后，以高壓設備使?jié){液成為高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個固結體。

20世紀70年代初期，高壓水射流技術開始應用到灌漿工程中，逐步發(fā)展為新型的地基加固和防滲止水的施工方法——高壓噴射注漿法（Jet Grouting）。若在高壓噴射過程中，鉆桿只進行提升運動，而不旋轉，稱為定噴；在高壓噴射過程中，鉆桿邊提升，邊左右旋擺某一角度，稱為擺噴；若在噴射固化漿液的同時，噴嘴以一定的速度旋轉，提升噴射的漿液和土體混合形成圓柱形樁體，則稱為高壓旋噴法。旋噴常用于地基加固，定噴和擺噴常用于形成止水帷幕。

2 加固原理

高壓噴射注漿是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定深度后，以20～40 MPa壓力把漿液或水從噴嘴噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。當能量大、速度快呈脈沖狀的射流，其動壓力大于土層結構強度時，土顆粒便從土層中剝落下來，一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等力的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿水比例和質量大小，有規(guī)律地重新排列，漿液凝固后，便在土層中形成一個固結體。達到加固地基的目的。

3 灌漿漿液材料

常用材料有以下幾類。

3.1 水泥漿液

水泥漿液取材充足，配方簡單，價格低廉又不污染環(huán)境，是世界各國最常用的漿液材料。主要原因是它具有膠凝性好、粘結石塊強度高、施工比較方便、成本也比較低。

（1）對水泥的要求。顆粒要細，穩(wěn)定性要好，膠結性要強，耐久性要好。

（2）水泥品種選擇。選擇原則應符合灌漿目的的要求。一般灌漿用硅酸鹽類水泥，回填灌漿、帷幕灌漿、固結灌漿、接縫灌漿所用的水泥強度等級不低于32.5號、42.5號、52.5號。有特殊要求的，可選用特種水泥。礦渣水泥、火山灰水泥不宜用于灌漿，原因是這類水泥早期強度低，穩(wěn)定性較差。

（3）對水泥顆粒的要求。為了保證灌漿效果，水泥顆粒的粒徑要小于裂縫寬度的1/5～1/3，因為，水泥顆粒細，不僅容易灌入細微裂縫，擴大灌漿范圍，而且漿液穩(wěn)定，不容易產生沉淀分離，水化反應充分，強度高，膠結牢固。

3.2 以水玻璃為主劑的漿液

水玻璃（Na2O·SiO2）在酸性固化劑作用下可以產生凝膠。常用水玻璃—氧化鈣漿液與水玻璃—鋁酸鈉漿液。以水玻璃為主的漿液，無毒，價廉，可灌性好，也是目前常用的漿液。

4 路基加固處理實例

4.1 工程概況

某市在建道路K0+220～K0+290段，根據(jù)鉆孔反映及現(xiàn)場調查結果，第四系覆蓋層：主要為沖洪積層（Qa1+p1）、殘積土層（Qe1），詳見表 1 所列。

4.2 設計處理方案

該工程地層較差，淤泥層較厚、較深、地下水位相對較高，需進行軟基處理，處理方法為旋噴樁法。旋噴樁樁徑為φ600，樁間距為1 300 mm，呈正三角形布置。單樁長根據(jù)各樁位實際情況而定，約22 m，根據(jù)設計要求，應穿過淤泥層，且進入下部黏土層②4不少于0.6 m。處理范圍從道路主線相交處延長62 m，寬17 m，大致與主線平行。范圍約有1 054 m2，布置719根旋噴樁，工作量共15 800延米。

表1 地層特征一覽表

施工主要控制參數(shù)如下：

漿液：使用32.5級普通硅酸鹽水泥作為固化劑，樁徑600 mm，水泥用量180 kg/m，水灰比1:1，相對密度1.53。

漿液壓力：20～40 MPa。

漿液流量：80～100 L/min。

噴嘴孔徑：φ2～φ3，數(shù)量2個。

提升速度：0.15～0.20 m/min。

旋轉速度：18～23 r/min。

復合地基承載力設計值：200 kN/m2。

4.3 施工方法

工程采用單管旋噴法施工。考慮到打樁時相鄰兩根樁相互干擾的問題，所有的樁應至少間隔一根樁，即跳躍式的施工，以保證盡可能小地影響相鄰的樁基。

（1）施工前先進行場地平整，清除地下障礙，挖好排漿溝，做好鉆機定位。要求鉆機安放必須保持水平，鉆桿保持垂直，其傾斜度不得大于1.0%。

（2）成孔時應根據(jù)現(xiàn)場地質條件的實際情況，確定成孔工藝。在標準貫入N＜40的土層中進行單管噴射作業(yè)時，可采用旋噴鉆機直接將注漿管插入；在深部有地下障礙時，采用地質鉆機開孔。

（3）插管。將注漿管插入鉆孔預定深度，注漿管連接接頭應密封良好。

（4）噴射作業(yè)前應檢查噴嘴是否堵塞，輸漿（水）是否存在泄漏現(xiàn)象。確認無異常情況后，方可開始按設計要求進行噴射作業(yè)。施工過程中，應隨時檢查各壓力表所示壓力是否正常，出現(xiàn)異常情況，應立即停止噴射作業(yè)，待一切恢復正常后，再繼續(xù)施工。

（5）完成噴射作業(yè)，拔出注漿管。

（6）拔出注漿管后，立即使用清水清洗注漿泵及注漿管道。

（7）移位至下一準確的樁位，重復以上工序，完成下一根樁的施工。

4.4 施工質量檢測

工程施工歷時33 d，一共完成旋噴樁719根。為評價與檢測加固效果，委托有相應資質的質量檢測機構分別進行了抽芯檢測、樁頭開挖、單樁靜載荷試驗和復合地基平板載荷試驗。

開挖檢測10個樁頭，開挖深度1.5～2.0 m。經(jīng)測量和觀察，旋噴體垂直度良好，樁徑最小處大于0.6 m，樁體外緣不平，樁土咬合密實，有利于樁體承載。

各抽芯檢測孔所取得的樁芯均成長柱狀，完整性較好，水泥土體膠結良好，取12樁48組樣品室內試驗，測得試樣抗壓強度為3～4.5 MPa。

單樁靜荷試驗，采用快速荷載法，最大荷載為設計值的2倍。在加固區(qū)進行復合地基平板載荷實驗，采用慢速維持荷載法加載，大部分試樁的總沉降量不大，卸載后都有一定的回升，且有的實驗回升較大，這表明樁的彈性模量、剛度和強度都較大，單樁及復合地基承載力均達到設計要求。

4.5 工程實例結果分析總結

綜上所述，高壓噴射注漿法由于其顯著的優(yōu)點，已經(jīng)逐漸成為一種軟弱地基處理的常見和有效措施。主要具有以下幾個特征。

4.5.1適用范圍廣

旋噴注漿法以高壓噴射流直接破壞并加固土體，固結體的質量明顯提高。它既可用于工程新建之前，也可用于工程修建之中，特別是用于工程落成之后，顯示出不損壞建筑物的上部結構和不影響運營使用的長處。

4.5.2施工簡便

旋噴施工時，只需在土層中鉆一個孔徑為50 mm或300 mm的小孔，便可以在土中噴射成直徑為0.4～4.0 m的固結體，因而能貼近已有建筑物基礎施工作業(yè)，此外能靈活地成型，它既可在鉆孔的全長成柱型固結體，也可僅作其中一段，如在鉆孔的中間任何部位。

4.5.3固結體形狀可以控制

為滿足工程需要，在旋噴的過程中，可調整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力或更換噴嘴孔徑改變流量，使固結體成為設計所需要的形狀。

4.5.4可垂直噴射亦可傾斜和水平噴射

一般情況下，采用在地面進行垂直噴射注漿，而在隧道、礦山井和地下鐵道等建設中，亦可采用傾斜和水平噴射注漿。

4.5.5有較好的耐久性

在一般的軟弱地基中加固，能預期得到穩(wěn)定的加固效果并有較好的耐久性能，可用于永久性建筑。

4.5.6使用常見原材料且價格低廉

噴射的漿液是以水泥為主，化學材料為輔。除了在要求速凝超早強時使用化學材料以外，一般的地下工程均使用材料廣闊價格低廉的42.5級普通硅酸鹽水泥。若處于地下水流速快或含有腐蝕性元素、土的含水率大或固結強度要求高的場合下，則可根據(jù)工程需要在水泥中摻入適量的外加劑，以達到速凝、高強、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。此外，還可以在水泥中加入一定數(shù)量的粉煤灰，既可以變廢為寶，又降低了注漿材料的成本。

4.5.7漿液集中，流失較少

噴漿時，除一小部分漿液由于采用的噴射參數(shù)不適等原因，沿著管壁冒出地面外，大部分漿液均集聚在噴射流的破壞范圍內，很少出現(xiàn)在土中流竄到很遠地方的現(xiàn)象。

4.5.8設備簡單，管理方便

高壓噴射注漿全套設備結構緊湊，體積小、機動性強、占地少。能在狹窄和低矮的現(xiàn)場施工。

施工管理簡便，在噴射過程中，通過對噴射的壓力、吸漿量和冒漿情況的測量，即可間接地了解旋噴的效果和存在的問題，以便及時調整旋噴參數(shù)或改變工藝，保證固結質量。

4.5.9安全生產

高壓設備上有安全閥門或自動停機裝置，當壓力超過規(guī)定時，閥門便自動開啟泄?jié){降壓或自動停機，不會因堵孔升壓造成爆破事故。此外高壓膠管（φ19的三層鋼絲裹繞高壓膠管安全使用強度達40 MPa，爆破壓強為120 MPa）是不容易損壞的。只要按規(guī)定進行維護管理，可以說是安全的。

4.5.10環(huán)保

施工時機具的振動很小，噪聲也很低，不會對周圍建筑物帶來振動的影響和產生噪聲、公害，更不會有污染水域，毒化飲用水源的問題。

[1]地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[2]李彰明.軟土地基加固的理論、設計與施工[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]龔曉南.復合地基設計和施工指南[M].北京：人民交通出版社，2003.