試論橋梁地基處理中高壓旋噴注漿法的應用

王曉賓

【摘 要】橋梁基礎對承載力要求較高，地基承載力不足而發生較大變形會引起結構局部出現裂縫、應力集中等現象，導致橋梁結構耐久性降低。本文主要針對橋梁地基處理中的高壓旋噴注漿法進行簡要的闡述，以提高地基的承載能力，減小地基的不均勻沉降。

【關鍵詞】橋梁地基；承載力不足；高壓旋噴注漿法

在高速公路建設中，橋梁工程占據了較大的比例。一些小橋采用天然地基，在橋梁竣工運營階段，由于基礎承載能力不足，造成橋梁基礎或者橋臺出現不均勻的沉降現象，影響橋梁工程的正常運營。造成橋梁基礎出現不均勻沉降的主要原因是地基土質不良而承載能力低，例如濕陷性黃土。為了提高橋梁結構的穩定性，需要對地基出現不均勻沉降病害進行加固治理。針對已建成的在役橋梁，由于施工場地較為狹窄，橋下凈空不足，以及其他結構的限制，導致地基在出現不均勻沉降現象時，無法采用分層壓實、灰土樁、深層攪拌樁、強夯等傳統的地基加固方法。同時，若采用靜壓注漿法加固地基，其成孔施工工作量較大，無法保障注漿施工時的定域、定向、定量等，從而導致采用靜壓注漿加固效果較差，對加固質量難以控制。而采用高壓旋噴注漿法，其可以有效避免上述困難，且對橋梁基礎的擾動破壞程度較小、加固成本較低、施工速度快、加固效果好，該方法已逐漸應用在橋梁地基加固治理中。

一、高壓旋噴樁的設計原則及特點

（一）設計原則

樁點布置原則：樁點布置在橋臺基礎周圍，其距離橋臺的尺寸需要滿足鉆孔噴注設備的施工的最小空間要求，樁基的邊緣不可大于基礎范圍。同時，在樁點布置時需要結合橋梁基礎局部荷載大小和基礎的不均勻沉降等因素進行合理布置，以確保橋梁工程上部結構的穩定性。

樁徑設計：需要結合基礎超出承臺的范圍、旋噴注漿設備最小作業空間、地基土質的承載能力等確定樁基直徑。根據工程施工經驗可知，填土、淤泥、砂層、淤泥質土及可塑、軟塑、流塑狀粉土和粘土單管旋噴法的樁徑可達0.8m。

在高壓旋噴注漿施工過程中，由于導孔、噴注作業工序可能會使得地基中流入水，造成地基出現不均勻沉降現象，需要采取具體預防措施，以保障高壓旋噴注漿施工質量。

此外，為了提高地基加固治理的效果，針對摩擦樁或者端承樁需要對1/3樁長的上部結構進行重復旋噴，以確保旋噴注漿效果。

（二）特點

根據工程施工經驗可知，高壓旋噴注漿加固橋梁地基的方法，具有以下特點：

第一，高壓旋噴注漿法加固地基基礎施工方法，操作簡便、靈活，且工程適用范圍廣，可應用于施工場地狹窄、橋下凈空低，以及對地基加固效果高的區域，已成為橋梁工程地基基礎加固施工的第一選擇。

第二，高壓旋噴注漿法的成樁長度、樁體強度、成樁數量、單樁直徑等加固參數較為容易確定，以便于進行精準設計，從而可以有效地提高地基加固效果，提高地基承載能力。

第三，對于施工區域存在的已有橋梁結構和道路路基，為了避免高壓旋噴注漿對橋梁結構產生二次損傷，如產生二次不均勻沉降，需制定合理的加固施工方案，并對方案進行試驗驗證，以保障高壓旋噴注漿施工質量。

第四，該類型的加固治理方法為隱蔽工程，其加固治理效果難以用常規普通方法進行檢測，因此，為確保施工質量，需要對加固方案參數設計和施工過程進行嚴格控制，以確保地基加固治理效果滿足設計要求。

二、高壓旋噴注漿施工工藝

（一）樁點定位

在高壓旋噴注漿施工之前，需要按照設計圖紙的要求進行樁點位置放樣，然后鉆機根據樁點進行停放就位，且需要對鉆機的垂直度進行測量，以確保樁基的垂直度滿足要求。

（二）孔鉆進

在導孔鉆進施工時，其鉆機要最大程度靠近橋臺基礎，并根據施工需要配置起吊塔和泥漿泵。由于針對已建的橋梁地基進行加固時，需要鉆穿基礎層、分層壓實層或砂石墊層等，為了最大限度的減少地基被水體侵蝕后而發生不均勻沉降，成孔常采用回轉法，或者采用跟管鉆進法鉆至砂石底層。

（三）漿液配制

漿液配制機主要由電機、攪拌葉片、水罐等組成，且還有一個可儲存較大體積的儲漿罐。在配制時，根據配合比設計需求，首先加入清水，然后再邊進行攪拌邊加入水泥，最后加入外加劑，再進行充分的攪拌后儲存在儲漿罐內。

（四）旋噴成樁

旋噴成樁設備主要有旋噴鉆機、高壓泵、鉆桿、噴頭、漿液輸送管線等構件組成。其中，高壓泵可以產生在注漿時產生20MPa～25MPa的壓力，通過可以承受高壓的輸送管將配制的漿液輸送至噴鉆機鉆頭位置，再從高壓噴射頭噴出漿液。高壓旋噴施工時從下而上按照設計確定的鉆桿提升速度、噴頭旋轉速度、輸送泵壓等參數進行噴注施工，直到噴注至設計高程時結束高壓旋噴。

（五）返漿處理

在高壓旋噴注漿施工過程中，會出現部分漿液夾帶土粒從注漿導孔內冒出，根據施工經驗，稱該部分漿土混合物為返漿。對于返漿混合料，可以根據夾帶土粒的多少，進行分別處置，若夾帶土粒較少，可以用于回灌，其余部分則可以通過清運車輛進行拉走，從而可以避免返漿混合物影響后續注漿施工作業。

（五）噴注設備機具的清洗

在某一根樁基注漿施工結束后，可以根據移動噴注機械設備所需要的時間和漿液凝固時間確定是否需要對注漿機械設備內殘余漿液進行清洗。此外，在每天注漿施工完成以后，需要對注漿設備進行清洗，并將儲漿罐內剩余的漿液排放，并對儲漿罐進行清洗。

（七）漿液回罐

在高壓旋噴注漿完成后6h-8h內，樁體內的注漿以流塑狀態為主，該時間段內漿液內的水分逐漸被樁體周圍的土體吸收，從而造成樁體體積縮小，樁體表現出逐漸下沉現象。而樁體縮小會對于已建的橋梁承臺基礎底部脫空，無法實現地基對承臺的有效支撐。因此，需要及時觀察樁體縮小量，并及時采取漿液回灌措施，確保樁體頂面與基礎底部有效接觸。

三、高壓旋噴注漿施工質量監控

對于高壓旋噴注漿的樁體，其埋于地下，無法直觀評判注漿成樁質量。根據規范要求，對于旋噴樁的成樁質量，可采取開挖檢查、鉆孔取芯檢查、標準貫入、和荷載試驗等方法。但是上述方法部分無法啊應用于已建橋梁地基加固質量檢測，或者檢測成本相對較高。因此，針對已建橋梁地基的高壓旋噴注漿施工可從以下幾方面進行質量控制。

第一，在地基加固施工前，針對設計的加固方案參數進行試注漿1根或2根，在成樁后，采取開挖檢查的方法對成樁進行檢測，并以檢測結果修正加固設計參數。

第二，對人、機、料、法、環等因素進行把控，重點對施工材料、施工工藝進行施工前、施工中、施工后的把控，例如，對于施工中的噴注壓力、噴頭提升速度、旋轉速度等進行復核。

第三，鉆桿搭接長度需進行合理控制，對于卸桿提升和停噴后再噴的鉆桿搭接長度需不小于10cm，避免出現斷樁現象。

四、工程實例

（一）工程概況

某高速公路13m空心板橋地基承載能力不足，需要對其進行加固。該橋寬11.74 m×2，2. 0 m厚的素混凝土基礎，基礎下緊鄰土層為1. 5 m厚的砂礫石墊層。該橋建成后運營一段時間后，發現橋身和基礎結構出現不同程度的沉降，根據對橋上布置的12個位移沉降測點，在2015年9月15日至10月15日對12測點進行沉降觀測，其中月累計沉降量最大部位253 mm，最小部位157 mm，兩半幅橋橋臺沿沉降縫錯開56 mm。經過專家分析，認為沉降主要原因是橋梁承臺基礎下部土體為軟弱土質，其承載能力無法滿足上部結構傳遞下來的荷載，并且全橋不同地基土質承載能力差異較大。

經過研究，提出了三種地基加固治理方案：人工挖孔素砼灌注樁托換、靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法。通過三種加固方案的比選，最終選擇高壓旋噴注漿法對橋梁地基進行加固處理。

擬在橋臺周圍布設高壓旋噴樁，每個橋臺處不知27根旋噴樁，如圖1所示，樁基直徑為70cm，樁基有效長度為15m。且每個橋臺1#-9#樁基強度不小于7MPa，10#-27#樁基強度不小于6MPa。

（二）施工過程及加固效果

1.施工過程

根據工程的當地環境、施工機具、工程特點等，對高壓旋噴注漿的配漿工藝及漿液參數、噴注工藝及參數、成孔工藝及參數、返漿回灌、沉降觀測等進行了設計和驗證。為了確保旋噴施工過程的安全，結合施工現場具體情況，選取了低塔全液壓泥漿循環跟管鉆進、腳手架加鉆機組合鉆孔上部干鉆成孔下半部泥漿循環鉆進等3種成孔工藝。采用TCL-400型高壓泵進行高壓噴射注漿，注漿壓力控制在20MPa-25MPa范圍內；噴射作業采用WT50的全液壓鉆機，并為了確保樁基上部1/3長度的強度，需對該長度范圍內進行復噴。同時，為了防止樁頂與基礎底面之間發生脫空現象，需要在噴注作業施工結束后12h內對樁頂區域進行回灌漿液，確保樁頂與承臺底部接觸有效結合。

2.成樁質量和加固效果

為確保高壓旋噴注漿施工質量符合設計要求，由監理工程師對注漿施工細節和施工參數采取旁站觀測，而對于成樁強度，可采用返漿制成的試塊和兩根試樁進行檢測。經過對檢測， 返漿試塊的最大強度11. 0 MPa，最小強度6. 2 MPa，平均強度7. 6 M Pa；通過開挖試樁檢驗樁體強度，最大強度10. 2 MPa，最小強度7. 4 MPa，平均強度7. 9 MPa；樁徑最大82 cm，最小74 cm，平均75 cm。并且樁體混合材料攪拌較為均勻，固結強度滿足設計要求。

在成樁后，對橋上12測點進行沉降觀測，其中平均沉降速度為3.2mm/周，加固過程的33 d中平均沉降速度為3. 6 mm /周，加固以后平均沉降速度為1.4mm/周，并隨著成樁齡期逐漸增長，測點觀測的沉降逐漸減小，最后無沉降，表明沉降加固治理效果良好。

五、結論

綜上所述，針對橋梁地基承載力不足引起的地基不均勻沉降，可采用高壓旋噴注漿施工加固方案，可有效提高地基的承載能力，減小或消除橋梁基礎的不均勻沉降，提高橋梁結構的穩定性。

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