高壓旋噴樁施工技術淺析

肖存義

摘 要： 高壓旋噴注漿具有加固體強度高、加固質量均勻、加固體形狀可控的特點，已成為國內外工程界普遍接受的、多用、高效的地基處理方法。由于有上述特點，所以在晨豐路立交橋橋頭引道的施工中采用高壓旋噴法進行地基處理來減小橋頭跳車問題。

關鍵詞： 地基處理；高壓旋噴；質量控制

1前言

高壓旋噴注漿先利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管，鉆入土層的預定位置，然后將漿液或水以高壓流的形式從噴嘴里射出，沖積破壞土體，高壓流切割攪碎的土層，呈顆粒狀分散，一部分被漿液和水帶出鉆孔，另一部分則與漿液攪拌混合，隨著漿液的凝固，組成具有一定強度和抗滲能力的固結體。他具有加固體強度高，加固質量均勻，加固體形狀可控的特點，已成為國內外工程界普遍接受的，多用，高效的地基處理方法。由于有上述特點，所以在晨豐路立交橋橋頭引道的施工中用高壓旋噴法進行地基處理來減小橋頭跳車。

2工程概況

錫張高速公路起點與無錫碩放樞紐互通連接，終點與港豐公路連接，遠期規劃與過江通道相接，設計線路全長49.104公里。（其中無錫段為32.241公里，張家港段為16.863公里）晨豐路分離式立交橋是錫張高速公路的交叉工程，為了減小橋頭路基沉降，設置范圍為在K49+480—K49+520，K50+920—K50+980兩段用旋噴注漿法進行了地基處理。打￠60CM旋噴樁，樁長14米，路中線兩側各7米以外的旋噴樁樁長減短4米，路距2—2.5米。施工完成后，對旋噴樁進行單樁承載力測試，樁身強度測試和復合地基承載力驗算，其中：單樁承載力要求達到480kpa，樁身試塊（邊長70.7mm的立方體）的無側限抗壓強度（28天）要求達到3.8mpa，復合地基承載力不小于140kpa。

3旋噴樁的加固機理

高壓旋噴注漿是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層的預定位置后，已高壓設備使漿液或水成為20mpa左右的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體。當能量大，速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時，土料便從土體剝落下來，并與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質量大小有規律的重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個固結體，從而使地基得以加固。

由于水泥土是一種空間不均勻材料，在高壓旋噴攪拌過程中，水泥和土被混合在一起，土顆粒間被水泥漿所填滿。水泥水化后在土顆粒的周圍形成了各種水化物的結晶。它們不斷地生長，特別是鈣礬石的針狀結晶，很快地生長交織在一起，形成空間的網絡加結構，土體被分隔包圍在這些水泥的骨架中，隨著土體的不斷被擠密，自由水也不斷減少，消失，形成了一種特殊的水泥土骨架結構。

水泥的各種成分所生成的膠質膜逐漸發展為膠質體，即表現為水泥的初凝狀態。隨著水化過程的不斷發展，膠凝體吸收水分并不斷擴大，產生結晶體。結晶體與膠質體相互包圍滲透，并達到一種穩定狀態，這就是硬化的開始。水泥的水化過程是一個長久的過程，水化過程不斷地深入到水泥的微粒中，直到水分完全被吸收，膠質凝固結晶充滿為止。在這個過程中，固結體的強度將不斷提高。

4高壓旋噴樁的施工工藝

4.1機械及材料要求

4.1.1高壓旋噴樁的主要機械包括：高壓泵，鉆機，漿液攪拌器等；輔助設備包括操縱控制系統，高壓管路系統，材料儲存系統以及各種管材，閥門，接頭安全設施等。

4.1.2旋噴使用的水泥應采用新鮮無結塊32.5號普通水泥。一般水泥漿水灰比為1：1至1：1.5，稠度過大，流動過大，流動緩慢，噴管容易堵塞，增加排除故障時間，影響施工進度；稠度過小，對強度有影響。漿液宜在旋噴前1h以內配制，使用時濾去硬塊，以免堵塞管路和噴嘴。

4.2施工程序

在進行施工場地布置設計時，應根據工程量大小和范圍，合理布置注漿材料儲存棚和機具設置地點，水電接頭和排水溝位置等。布置的原則是材料搬運距離短，水電接頭方便，機具設備配套要相互緊密聯系，便于集中指揮，盡量縮短高壓軟管的距離，一般以不超過20米為宜。

4.2.1鉆機就位

旋噴注漿施工的第一道工序就是將使用的鉆機安置在設計的孔位上，使鉆桿頭對準孔位的中心，同時為保證鉆孔達到設計要求的垂直度，鉆機就位后，必須作水平校正，使其鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置。

4.2.2鉆孔和插管

鉆孔的目的是為將旋噴注漿管插入預定的土層中。鉆孔的方法很多，主要視地層中地質情況，加固深度，機具設備等條件而定，鉆孔的傾斜度不得大于1.5%。

4.2.3噴射作業

當噴管插入預定深度后，由下而上進行噴射作業。噴射前要檢查高壓設備和管路系統，其壓力和流量必須滿足設計要求。注漿管及噴嘴內不得有任何雜物。注漿管接頭的密封圈必須良好。旋噴開始后值班技術員必須時刻注意檢查漿液初凝時間，注漿流量，風量，壓力，旋噴提升速度等參數是否符合要求，并且隨時做好記錄。鉆桿的旋轉和提升必須連續不中斷。

4.2.4沖洗

當噴射提升到設計標高后，旋噴即告結束。施工完畢應把注漿管等機具設備沖洗干凈，管內機內不得殘存水泥漿。

4.2.5移動機具

把鉆機等機具設備移到新孔位上。

5勞動組織

5.1機長1名：全面負責現場指揮，控制質量進度，協調各工序之間的銜接；

5.2操作手1名：操縱鉆機作業及維修保養；

5.3司泵員1名：負責泵送管道的正常運轉和日常檢查；

5.4記錄員1名：記錄施工過程中的技術數據；

5.5安全員1名：現場安全措施的防范和實施；

5.6電工1名：保證電器設備的正常運轉；

5.7機械工1名：各類機械的維修保養；

5.8其他工人5名：負責搬運水泥，清除樁頭處水泥漿等雜活。

6最佳方案的確定及施工過程

首先組織人員，機械設備進場，然后購置材料進行旋噴樁的試樁，確定水泥用量及施工參數。按照設計旋噴樁單樁承載力480kpa，復合地基承載力140kpa，樁徑600mm的要求，選用旋噴單管噴射。旋噴鉆孔機具選用CH-5A鉆機，高壓泵型號為XPB-POB，水泥選用32.5號普通硅酸鹽水泥，水灰比1：1，水泥用量每延米分別是150kg，200kg和250kg進行試樁試驗。進過現場對比旋噴樁的攪拌均勻度及樁頭質量，及對試樁進行承載力試驗后，確定旋噴樁每延米的水泥用量為200kg，噴嘴直徑2.8mm，設計轉速23r/min，設計提升速度24cm/min，噴嘴壓力為25mpa。

根據旋噴樁樁位圖，按照試樁確定的水泥用量及施工參數進行旋噴樁的施工。

7.施工注意事項

7.1噴注中途發生機械故障時，應停止提升和噴射以防樁體中斷，同時立即排除故障。如泵壓增高也不出漿，則是噴嘴堵塞，泵壓達不到要求值則可能是高壓部分密封圈性能不好，連接處或旋轉處漏漿，漏水。

7.2冒漿的處理：在旋噴過程中，往往有一定數量的土粒隨著一部分漿液沾著注漿管管壁冒出地面，通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況，旋噴的大致效果和旋噴合理性等。根據經驗，冒漿（內有土粒，水及漿液）量小于注漿量20%者為正常現象，超過20%或完全不冒漿時應查明原因并采取相應措施：

7.2.1若地層中有較大空隙引起的不冒漿，則可在漿液中摻加適量的速凝劑，縮短固結時間，使漿液在一定范圍內凝固。另外還可以在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續正常施工。

7.2.2冒漿過大的原因，一般是有效噴射范圍與注漿量不相適應，注漿量大大的超過旋噴固結所需的漿量所致，減少冒漿的措施有三種：①提高噴射壓力；②適當縮小噴嘴孔徑；③加快提高旋轉速度。

7.2.3由于漿液析水，收縮，固結體頂部有可能出現凹穴，一般深0.3-1.0M，必須采取措施予以消除。對于新建地基可以直接再次注入漿液填滿凹穴。

8結束語

通過在晨豐路橋頭進行旋噴樁的施工，使我們掌握了旋噴樁的施工特點及方法，為今后施工此類工程積累了寶貴的經驗，認識到旋噴樁具有施工工藝簡便，直徑較大，固結體的形狀多，重量輕，透氣透水性差，固結強度和單樁承載力高等特點，適用于公路建設中處理軟土地基和橋頭回填段，防止和減少了由于不均勻沉降而引起的橋頭跳車現象的發生。同時我們也應該看到，旋噴樁的施工具有造價高，施工速度慢，占用場地較多以及冒漿污染環境等缺點，限制了旋噴樁大規模地應用于公路工程軟基及橋頭處理當中。

參考文獻

[1]劉玉卓，公路工程軟基處理。北京：人民交通出版社，2002.1.

[2]普國熙等主編.地基處理手冊.北京：中國建筑工業出版社，1998.8.