高壓旋噴樁在某工程地基加固中的應(yīng)用

張金山

（廣州工程總承包集團(tuán)有限公司）

高壓噴射注漿加固簡單地說就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液與水和空氣成為高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊土體。當(dāng)能量大、速度快且為脈動狀的噴射流的壓力超過土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，土粒便從土體剝落下來，一部分細(xì)小的土粒隨著漿液冒出，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例與質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列。待漿液凝固后，便在土體中形成一個固結(jié)體。

噴射、旋轉(zhuǎn)、提升這三項(xiàng)同時進(jìn)行時，產(chǎn)生五種功能，即射穿、切割、攪拌，擠壓和成樁。當(dāng)高壓泵把漿液從噴嘴射出時，由于速度快、力量大，把一定厚度的土層射穿。由于旋轉(zhuǎn)，可把土體切割出圓形。在射穿和切割土體的同時，對尚未射穿的土體產(chǎn)生擠壓。又由于旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生強(qiáng)制攪拌。還由于提升，使上述幾種作用由面而發(fā)展到空間，最后形成圓柱狀的加固體。

在高壓噴射注漿加固中，噴流壓力對樁徑大小起決定作用。—般情況是噴流壓力越大樁徑越大。但是，如果噴流壓力過大，且有關(guān)因素未處理好，反而會使霧化現(xiàn)象增強(qiáng)，動壓能量削弱，樁徑反而變小，另一方面，噴流壓力增大，對機(jī)械設(shè)備的要求也隨之增高。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，壓力在2～2.5 萬kPa 之間時，加固的樁徑較大。

噴流壓力對樁徑大小起決定作用，而噴嘴的斷面形狀也影響著噴流壓力和噴流的能量發(fā)揮。一般來說，在噴流壓力不變的條件下，噴嘴越大，成樁的樁徑也越大，但因噴嘴斷面積增大，其流量也相應(yīng)增大，而流量又受高壓泵的最大排量的限制。另一方面，由于噴嘴斷面的增大，其幾何參數(shù)又將影響噴流動壓的發(fā)揮，弄不好還使樁徑變小，所以噴嘴的形狀也很重要。

土質(zhì)狀況也直接影響著噴流作用的發(fā)揮。一般情況下，土質(zhì)越松，土顆粒越粗，土的粘結(jié)力越小，則噴流射穿的能力越強(qiáng)，成樁的樁徑越大，加固的強(qiáng)度也越高。反之，土質(zhì)越密實(shí)，土顆粒越細(xì)，土的粘結(jié)力越大，則噴流射穿的能力越弱，成樁的樁徑越小，加固的強(qiáng)度也不均勻。

高壓噴射注漿加固具有如下的優(yōu)點(diǎn)：①高壓噴射注漿采用“高壓+噴射十注漿”的方法，使被加固土體的質(zhì)量有了可靠的保證，改變了過去一般的化學(xué)注漿以工藝和配方等措施去適應(yīng)土質(zhì)的做法。加固體不但強(qiáng)度高，均勻性好，滲透系數(shù)小，耐久性好，而且形狀也可根據(jù)工程需要加以控制。②主要注漿材料為水泥，成本較低，原料豐富。③施工較簡便，以小直徑注漿管置入土層中即可獲得大直徑、長度任意的加固體，且施工時噪音低、震動小、不污染地下水。④既可用于建造之前，又可用在建造之中，特別是對地基加固，具有不損壞上部結(jié)構(gòu)、不停產(chǎn)和不影響使用等特點(diǎn)。

某城市主干道快車道剛好位于軟土層中，根據(jù)地基處理的需要，進(jìn)行了高壓旋噴注漿的試驗(yàn)和施工。

1 試驗(yàn)場地的工程地質(zhì)概況

試驗(yàn)場地選在地基最弱的一段。該處地層0～10.2m 是砂粘土，有明顯層次，夾有10%左右的粘土塊；其中自地表至深3m 為可塑狀，含水量達(dá)19.2%；深5m以下呈軟塑狀，含水量達(dá)21.1%；地下水位深8.8m；因含水量較高，大孔土特性不明顯，天然容重在17.9kN/m3左右。

2 漿材選擇

試驗(yàn)中采用水泥漿為主劑材料。開始時，為了早見效，水泥漿的水灰比為0.7，并摻入0.5‰的三乙醇胺和5‰的氯化鈣作早強(qiáng)劑。后因這種加了早強(qiáng)劑的水泥漿容易在高壓泵內(nèi)沉淀凝固，給泵的清洗工作帶來困難，并考慮到將來正式施工的快車道地基的強(qiáng)度要求和施工方便，改用純水泥漿，水灰比為1.5～2.0。

3 主要機(jī)具設(shè)備

高壓泵：90-C 型高壓泵，裝在水泥車上。

鉆機(jī)：PH-5B 履帶旋噴樁。

注漿管：單管φ55mm 的鉆桿。

圖1 旋噴注漿示意圖

4 試驗(yàn)內(nèi)容和施工工序及組織

⑴試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)分兩個階段進(jìn)行。第一階段進(jìn)行了一組3m 淺層短樁和一組10m 深層長樁試驗(yàn)，主要目的是試驗(yàn)旋噴法在該處地質(zhì)情況加固的可行性，并用于觀察樁體成形狀況，直徑大小，樁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度變化，以及單樁承載力等參數(shù)。為此，旋噴結(jié)束后將其中一根單樁體完整地開挖后吊到了地面，并沿樁體一定高度(0.5m、l.0m、1.5m、2.5m)切開，分析樁體橫斷面內(nèi)部結(jié)構(gòu)；將另一根短樁開挖后就地沿直徑縱向剖開，分析其樁體的縱向內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

第二階段試驗(yàn)做了一組3m 淺層短樁和一組15m 深層長樁，著重解決增加旋噴樁直徑，使之達(dá)到0.8m，以滿足設(shè)計要求和擴(kuò)大底部直徑增加承載力。

2）集水系統(tǒng)：集水系統(tǒng)厚度約300 mm，由粒徑20 mm左右的碎石或卵石平鋪而成，中間設(shè)有集水盲管，防滲層的坡度應(yīng)坡向集水管，在集水管安裝有底層垂直通風(fēng)復(fù)氧管。

⑵施工工序

施工工序簡寫為：鉆機(jī)就位整平→鉆進(jìn)→配漿→注漿→旋噴加提升→成樁。

試驗(yàn)性施工時，注漿壓力為15～25MPa，注漿管旋轉(zhuǎn)速度為22r/min，提升速度為20cm/min 左右。

⑶施工組織

每班15 人，其分工大致為：班長1 人，司機(jī)1 人，司鉆1 人，司泵1 人，記錄1 人，接卸鉆桿2 人，接卸高壓膠管1 人，開關(guān)水閥1 人，電工2 人，配漿及攪拌防止沉淀4 人。

圖2 高壓旋噴樁施工示意圖

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

⑴經(jīng)檢查成樁長度與噴射深度一致，樁體直徑0.4m～0.65m，基本成圓形。

⑵觀察切開的一根樁體的橫斷面，除在離地面0.5m 的樁體頂部一段有直徑小于3mm 的氣孔（中心多于邊緣部分）外，其余整個樁體結(jié)構(gòu)緊密，無明顯雜物；另一根樁體的縱斷面也沒發(fā)現(xiàn)任何夾層與雜物。縱橫斷面內(nèi)部結(jié)構(gòu)吻合，均勻性好。

⑶本試驗(yàn)旋噴樁每延長米平均體積為0.33 立方米，根據(jù)所用漿液計算（除去冒漿等損失的部分），漿液占成樁體積的66%, 大大超過了該處土體的孔隙率，證明其孔隙已被基本填滿，濕陷性消失，并因高壓噴射的作用，加大了原土體的密實(shí)度。

⑸從旋噴樁橫斷面上發(fā)現(xiàn)，雖然土與水泥混合均勻，但由于動能隨射流過程的遠(yuǎn)近而有差異，因而自中心至邊緣各點(diǎn)，水泥與土的比例也有差別，強(qiáng)度也不相同。即強(qiáng)度自中心向邊緣逐漸增大。

⑹由于高壓噴射產(chǎn)生的動壓、噴流脈動負(fù)荷、水塊沖擊力等作用，使旋噴樁四周土體的密度增大，天然濕容重增加，N 值增大。

⑺單樁極限承載力達(dá)700～860kN。

總之，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，取得了較滿意的結(jié)果，為道路工程的地基加固，提供了有力的數(shù)據(jù)資料。

6 正式施工

試驗(yàn)成功以后，用高壓旋噴法對軟土段的快車道地基進(jìn)行了新建前的加固處理。

地質(zhì)概況是：0～3.0m 為回填土，3.0m～16.0m 為砂質(zhì)或亞粘土，16.0m～18.0m 為砂層，18.0m 以下為卵石層；其中16.0m～18.0m 局部地方有砂質(zhì)體；16.0m 左右出現(xiàn)地下水。

施工機(jī)具及施工方法同試驗(yàn)。

旋噴樁最底部到卵石層上，注漿壓力為15～20MPa，提升速度為25cm/min，旋轉(zhuǎn)速度為32r/min。所用水泥漿水灰比為2,共完成噴射樁總延長2390m。

施工完后經(jīng)檢查，成樁直徑一般為0.6m～0.8m，試件強(qiáng)度達(dá)2500～3000kPa(設(shè)計要求為1800kPa)

施工實(shí)踐表明，在設(shè)備完好狀態(tài)下，連續(xù)作業(yè)，一根長17m 的旋噴樁體，只用3～4 小時即可完成(15 人一班)；其造價為一般樁基處理的1/3～2/3。

建成后，通過沉降觀測，無下沉現(xiàn)象，效果良好。

7 心得及體會

高壓旋噴樁施工是一種高壓作業(yè)，對安全作業(yè)要充分注意，如每次作業(yè)時要特別檢查壓力表是否完好，安全銷壓力值是否合適（大于注漿壓力的20%～30%為宜）；射水試驗(yàn)是重要的一環(huán)，不可省，射水壓力應(yīng)由低到高逐步增加，射水時嚴(yán)禁人臉部貼近噴嘴及各接頭處；嚴(yán)格遵守閥的開啟、關(guān)閉操作原則，先開排出管路上的閥，再開吸入管路上的閥，先關(guān)吸入管路上的閥，再關(guān)排出管路上的閥，高壓排出閥、高壓回水閥不得同時關(guān)閉，如要調(diào)換使用，必須先打開關(guān)閉的閥，再關(guān)已打開的閥；工作中一旦發(fā)生故障，不要慌張，應(yīng)先采取一致的泄壓措施，待壓力降下來后再排除。