高壓旋噴樁在公路軟基加固中的應用研究

魏君鵬

摘 要：高壓旋噴樁加固公路軟土地基，可大幅提升地基承載力，解決地基沉降等問題，且具有施工方便、工期短及成本較低等特點，具有良好的推廣應用價值。本文在全面了解高壓旋噴樁加固機理的基礎上，結合具體案例，對高壓旋噴樁的應用要點進行了分析與探討。

關鍵詞：高壓旋噴樁;軟基處理;加固機理

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A

0 引言

高壓旋噴樁注漿法源于日本，由于早期的靜力化學注漿法在細粒式砂性土、粘性土處理當中，很難形成強度滿足規定的加固體，為解決此類問題，在靜力注漿法的基礎上，通過水力采煤技術當中高壓噴射流技術的引入，演變發展為了高壓旋噴樁。相比其他軟基加固方法，高壓旋噴樁注漿法的優勢在于土質適用性廣、旋噴固結體形狀可控、施工方便、滲透系數小、硬化劑來源廣且價格偏低等等，因此在地基加固當中得到了廣泛應用。為此，本文以某軟基處理項目為例，考慮到項目的實際情況，決定采用高壓噴射狀進行軟基加固。實踐表明，通過高壓旋噴樁施工技術處理之后，路基質量良好，旋噴樁總體呈規則圓柱狀，且垂直度可達到規定，旋噴處理之后，固結體長度及各項物理力學指標，均可達到規定要求，說明，在軟基加固當中采用高壓旋噴樁具有顯著的應用效果。

1 高壓旋噴樁的加固機理

高壓旋噴樁注漿法是指在高壓噴射的作用下，將水泥漿通過帶有特殊噴嘴的注漿管設備噴出，沖擊、破壞原有地基土體，經均勻拌和，可形成高強度固結體，進而提升地基強度，減小沉降，最終實現改善地基土物理力學性能的效果。一般來講，旋噴注漿施工可分為兩個階段，第一，成孔階段，是通過一般的鉆機等設備成孔，將噴射管下至土層預定深度，從而完成成孔。第二，噴射固結階段，通過超高15 MPa的壓力將水泥漿由噴射管底噴出，在鉆桿進行高壓水泥漿噴射時，可同步完成旋轉、提升兩個操作，噴射出來的高壓水泥漿液的切削能力很強，土體被破壞之后，將和水泥漿液共同進行均勻拌和，并重新組合，待固化之后，即可構成一個高強度的固結體，從而達到良好的加固效果。

就其加固機理來講，同樣可從2方面進行闡述，具體如下：

1.1 噴射流破土機理

相較其他形式的復合地基，旋噴注漿法復合地基存在一些不同之處，其不單單和傳統的土木工程學科密切相關，同時，還涉及高壓噴射流等流體力學相關知識。因此，其具有較為復雜的加固機理，屬于多種作用共同作用體。就破土機理來講，主要作用包括以下幾類：

（1）沖切破土作用。于土體沖切破壞作用來講，旋噴注漿法主要是由于高壓噴射流的能量過大，且在土體臨界破壞力以上，從而在沖切破壞作用下，促使土體原有結構被破壞，并形成單位體積較小的土顆粒。隨著噴射流能量的加大，沖切破壞和加固效果愈加顯著，為此，在提升沖切破壞效果當中，增強高壓泥漿泵壓力是最有效、最直接的手段。

（2）氣流加壓作用。因為二重管法噴射出的高壓水泥漿液由一層空氣流環繞，此空氣流作用包括：第一，對于射流能量的下降可起到減緩作用;第二，對于土體可形成壓縮作用。與單管法相比，高壓旋噴樁注漿法具有更顯著的沖切破壞效果。

（3）水楔作用。經噴射軸，噴射流觸碰到地基土后，基于力的相互作用，噴射流極易出現反彈，且和原有噴射流碰撞，從而形成水楔。

1.2 成樁機理

高壓旋噴樁注漿法的成樁過程是通過高壓泵從注漿管底部噴出水泥漿液，經漿液和土體攪拌固結后所形成的高強度樁體。其成樁機理不外乎3點，如表1所示。

2 工程概況

某工程經地質勘察可見，擬建場地內分布地層有第四系全新統填土層（Q4ml）、第四系全新統沼澤沉積層（Q4h）、第四系全新統沖擊層（Q4al）。場地內按從上到下分布的地層如下：素填土（Q4ml）、粉質粘土（Q4al）、松散圓礫（Q4al）、淤泥質粉質粘土（Q4h）、松散圓礫（Q4al）、稍密圓礫（Q4al）。在本工程當中，存在厚度較大的淤泥質粉質粘土，為9.9 m～10.1 m厚。為保證施工質量，必須結合工程所在地質情況合理選擇軟基加固方案，故提出了高壓旋噴樁施工方案。

3 軟基加固高壓旋噴樁施工工藝

3.1 清理原地面

施工前期，需對施工場地進行清理，保證無雜物、垃圾等，避免影響施工質量。根據工程地質資料分析，需根據規定要求，清除一定厚度的表層土，并做好整平處理。

3.2 樁位放樣

按照施工方案規定，合理確定設計間距和加固區域范圍，放樣前，先復核一遍設計移交樁點，且設立施工測量控制網。根據設計圖紙，由專業測量人員實地對各排樁和各樁點中心準確放樣。并通過灰線、灰點進行標注，一般來講，樁線、樁心平面位置偏差不宜過大，需控制在允許范圍內，不得超過5 cm。布樁時，可按照等邊三角形進行設置。待完成放樣之后，需再次進行校對與檢驗，保證樁位準確。此外，還要向施工人員進行及時交底和移交，這樣有助于保護測設樁點。

3.3 鉆機定位

鉆頭與施工樁位孔中心對準，并按照規范要求，對底座水平度、垂直度等指標參數進行合理控制。待完成上述施工后，可將鉆機放置施工位置，準確就位，并對噴嘴、壓力情況等進行詳細檢查，保證無堵塞，能夠按照設計要求進行噴射。

3.4 水泥漿液拌制

根據工程實際情況，采取機械拌制水泥漿液，拌制施工中，要嚴控配合比，并通過稱量準確確定水泥、水等用量。一般來講，水泥漿液拌制時，可采取體積比，即按照制漿機桶身容量進行每次制漿水泥、水等重量的計算，隨后進行每次漿液拌制水泥用量的確定。同時，利用油漆筆在制漿機桶內壁上進行注水高度標注，待注入水量達到標注高度之后，則可停止水注入。并進行水泥注入。由此準確確定水泥漿液配合比。隨后進行均勻攪拌，3 min～5 min為攪拌時間。根據施工規定，本工程可采用42.5普通硅酸鹽水泥進行高壓旋噴樁施工漿液的拌制，1：1為水灰比，根據單樁體積進行漿液用量的準確計算。

3.5 鉆桿下沉、提升、噴漿

鉆桿下沉過程中，要對鉆桿垂直度進行嚴格控制。當鉆桿下沉到設計樁底標高之后，即可將高壓漿泵開啟，在原位通過12轉/min的速度進行旋轉噴射，當漿液從孔口溢出后，可提升鉆桿。鉆頭提升和設計樁頂標高相距1 m的情況下，可適當減緩提升速度、泵壓等，待提升高度達到樁頂標高時，可進行30 s靜噴，隨后完成噴射施工。

3.6 灌漿補充

待完成噴漿施工之后，很可能出現析水情況，從而漿液產生不同程度的收縮下降現象，這種情況下，必須及時進行灌漿補充，防止在結固體頂面表層出現凹穴。

3.7 機具清洗

當所有工序結束之后，需及時將注漿管等設備進行拆卸處理。要求將清水注入注漿管，將機具內壁、表面全面清理干凈，不允許出現水泥漿殘留問題，影響再次使用效果。

3.8 鉆機移位

完成一個樁位高壓噴射施工之后，且機具設備均清理干凈的情況下，即可向新樁位移機，進行下一個樁位施工。

4 軟基加固中高壓旋噴樁施工質量檢測及控制措施

4.1 開挖檢查

待高壓旋噴樁施工完成之后，為檢驗施工質量，可采取淺層開挖法進行檢測。本工程選取10根樁，開挖檢測結果為：樁體旋噴注漿施工后，整體垂直度良好，且呈規則圓柱狀。樁體附近30 cm之內，存在“脈狀”水泥結石體，旋噴樁直徑在0.7 m以上，可滿足規定。

4.2 鉆孔檢測

為檢驗樁體的長度、整體性，可采取鉆芯取樣法進行測定。即在旋噴樁半徑1/2的位置鉆取芯樣，并進行標準試件的制作。通過分析，獲取樁體實測指標是否與規范要求相符。在本工程當中，同樣選取10根樁體進行試驗分析。通過試驗結果可知，樁體芯樣均勻、完整，整體性良好。且結固體長度與設計長度相符，并未見斷芯情況，2.1 m為最長芯樣，通過室內試驗分析，樁體各項物理力學指標均可滿足規范規定。

4.3 荷載試驗

一般來講，荷載試驗分為2類，即平板靜荷載、荷載板，基于本工程實際情況，采用了平板靜荷載試驗進行地基承載力檢測。檢測結果如表2所示。

通過檢測可知，無論是單樁、亦或是復合地基、樁間土，承載力均可滿足規定要求。說明在軟基加固當中，高壓旋噴樁注漿法具有良好的施工效果。

5 結束語

綜上所述，伴隨公路建設規模的持續擴大，建設施工中會遇到各種不同地質情況，其中軟土在我國分布十分廣泛，此類土質具有含水量高、強度小、可壓縮性強等特點，若直接在軟土地基上修筑公路，極易影響路基的穩定性。隨著科學技術水平的不斷提升，新技術、新工藝層出不窮。為了提升軟基承載能力，高壓旋噴樁注漿法得到了廣泛應用，該技術的應用可以有效提升路基的承載力，從而滿足公路施工要求。

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