高壓旋噴樁在地基處理中的應用及分析

閆肖林

（中鐵十局集團第一工程有限公司，山東濟南250000）

0 前言

噴射注漿法是在20世紀70年代初期出現且最早由日本開發的地基加固技術，漿液在高速射流的壓力作用，通過對土體的劈裂、滲透、壓實作用達到注漿加固的目的，除此之外，高速射流切削的土體與水泥漿液混合形成良好的水泥加固土體，且用噴射流形成的加固體形狀靈活，適應性好，這一系列的優點使得高壓旋噴樁的應用迅速擴大，廣泛應用于地基加固、基礎托換、隧道工程、水利工程等。高壓旋噴樁的廣泛應用，使其施工工藝和施工機械不斷發展，已由原來單一的單管法發展到現在的單管法、二管法、三管法、多管法等，樁體加固半徑也由原來的0.5～1m增加到現在的1.8～2.3m，加固深度也由原來的樁長不大于20m逐步加深到現在的30m、40m、50m甚至更大的深度，現如今我國已將高壓旋噴樁注漿法作為行業規范，列入《建筑地基處理技術規范》。盡管高壓旋噴樁的應用范圍之廣，工程實踐應用之多，但其在實際應用當中仍然存在不少有待提高和改進的問題，本文將結合工程實例分析其在地基處理中的應用并分析其在施工中需注意的問題。

1 高壓旋噴樁的作用原理和機制

高壓旋噴樁的成樁過程分兩步：第一步成孔；第二步噴漿。第一步成孔即采用鉆機預成孔或者驅動密封良好的噴射桿和帶有特制噴射頭的噴嘴進行成孔，待成孔完成之后即用高壓噴射漿液，通過噴射管端的極細噴嘴一邊噴射漿液一邊旋轉提升鉆桿。由于高壓噴射流具有強大的切削能力，使噴射的水泥漿液一邊切削四周土體，一邊與之攪拌混合，形成圓柱狀的水泥加固土體，即所謂的高壓旋噴樁。噴漿完成之后，漿液（我國一般采用水泥漿液）即與泥土產生一系列結晶，主要是水泥當中的四種基本礦物質熟料與水產生的反應：2Ca3SiO5+6H2O→Ca3Si2O7·3H2O+3Ca（OH）2，2CaSiO4+4H2O→Ca3Si2O7+Ca（OH）2，3CaO·Al2O3+6H2O→3Ca（OH）2+Al2O3·3H2O，4CaO·Al2O3·Fe2O3+2Ca（OH）2+10H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+3CaO·Fe2O3·6H2O，上述所產生的結晶物既是水泥石強度的主要來源，也是高壓噴射法加固土體強度的主要組成部分。

2 高壓旋噴樁在地基處理中的應用

本文主要結合濟南市濱河南路下穿濟西編組站機務段整備場鐵路立交橋工程所采用的高壓旋噴樁在地基處理中的應用，結合其作用原理和機制分析高壓旋噴樁在施工中的應用及所需注意的問題，以便為其他同類工程提供借鑒。

2.1 工程概況

本工程設計范圍規劃道路等級為旅游觀光路，其中下穿濟西鐵路編組站位于樁號1DK0+150～1DK0+575之間，按鐵路線路所屬場區分為I場、機務場、V場三大場區，整個道路設計采用框架橋和封閉引道相結合的形式。本工程地質條件：

（1）地層巖性，該工點上覆第四系人工填筑土，且以粉質黏土為主，第四系沖洪積淤泥質黏土、粉質黏土、粉砂、細圓礫土等巖性特征見表1。

表1 地層巖性

（2）水文地質情況。本工程工點地表水為溝水、池塘水，地下水為第四系壤中水，空隙潛水，水量豐富，地表水，地下水均由大氣降水補給。第四系孔隙潛水埋藏較淺，埋深在1.0~1.6m。

（3）特殊巖土。該工點毗鄰小清河，且該處既有魚塘眾多，小清河河床和魚塘里的淤泥質黏土厚0~3m，呈流塑狀，由于該層力學性質差，地基承載力無法滿足工程需要。

表2 承載力實驗結果

2.2 高壓旋噴樁在此工程中的應用及分析

針對以上地質和水文條件，本工程中高壓旋噴樁的應用主要有以下幾個方面：①改善地基土體動力特性，對地基坑底部的粉質黏土、粉砂土進行加固，防止基坑底部土體失穩或發生管涌；②改善透水性，通過對土體加固形成止水帷幕，以便在基坑開挖時阻止滲水保持坑內干燥，為在基坑內作業提供安全可靠的環境。

（1）改善地基土體動力特性。本工程框架主體底下天然地基承載力無法滿足設計要求，必須進行地基處理，提高地基承載力。以1DK0+448～1DK0+548為例，對應施工場區為I場，基地采用高壓旋噴樁加固，樁徑0.5m，樁間距1.0m，正三角形布置，樁長11m，總樁數為1815顆，累計樁長為23595m，，高壓旋噴樁施工完畢之后，樁頂鋪設0.6m砂礫石墊層夾兩層雙向土工格柵加固，要求土工格柵縱、橫向抗拉強度不小于80kN/m。

（2）改善透水性。本工程施工地點緊鄰小清河，且V場區西側有大面積魚塘、水溝，地下水系極其豐富，給工作坑的正常開挖帶來了很大的影響，為此，在基坑開挖之前，基坑四周設置兩排咬合高壓旋噴樁加固形成止水帷幕，阻隔地下水系的滲透，樁徑0.6m，相鄰樁咬合寬度為0.2m，樁長10～15m。

3.3 高壓旋噴樁的施工及檢測結果

（1）施工控制技術要求。本工程施工采用二管法，其施工步驟及流程為：鉆機就位調平→制備水泥漿→鉆孔→插管→提升噴漿管、攪拌→樁頭部分慢速提升旋噴→（復噴、攪拌）→關閉機械、鉆機移位。水泥采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比均委托專業實驗室進行室內配方試驗確認。高壓旋噴樁止水帷幕配合比委托實驗室所給出的配合比是每延米摻入125kg水泥，標養7d、28d的抗壓強度分別達到2.56MPa、3.55MPa〉3.25MPa，旋噴樁滲透系數為0.64×10-7cm/s〈1.0×10-7cm/s，檢測結果滿足設計及施工要求；高壓旋噴樁地基加固處理所給出的配合比是水泥摻入比為27%，水灰比為0.8，其7d、28d無側限抗壓強度分別為2.92MPa、3.98MPa〉3.25MPa，滿足設計與施工要求。壓力控制在20MPa以上，噴射量為60～70L/min，旋轉速度為5～16rpm，提升速度為7～20cm/min。

在施工過程中嚴格按照旋噴的各項參數施工，樁位縱橫向偏差不得小于5cm，以確保旋噴樁體的固結體面積、固結體均勻密實、樁體的搭接不小于100mm。旋轉頭離地表面50cm時停止旋噴，以保證施工安全。回漿量突然減少或突然增大時，應及時查找原因，并提出相應的處理措施。樁位旋噴結束后應進行樁頂凹陷補漿，當用回漿不能充填滿時，應攪拌水泥漿進行補漿。

施工過程中需注意事項：

（2）地基處理以后檢測結果。按照設計要求，高壓旋噴樁成樁28d以后進行單樁復合地基載荷試驗，本次試驗委托給專業實驗室進行現場試驗，實驗結果見表2、表3及圖1（以試驗點號V-784#為例，壓板面積1.25m2，置換率0.157）。

表3 樁體加載及沉降記錄

圖1 P-S曲線表及S-lgP曲線表

根據《鐵路工程地基處理技術規程（TB 10106—2010）》附錄C，第C.0.12條規定，本次試驗的測點，加載值設計承載力的2倍時無異常情況發生，P-S曲線平緩光滑，按相對變形值確定的承載力均大于最大加載壓力的50%，所以復合地基承載力特征值取最大加載壓力一半，滿足設計及規范要求。

3 結語

本工程在地基處理中應用大量的高壓旋噴樁，無論是在地基承載力加固方面還是工作坑的止水方面都取得良好的效果，保證工程質量和工程進度的順利展開，取得良好的經濟效果，但就其在施工過程中的質量控制和地質條件因素對其成樁質量的影響仍然是我們需要突破的一個地方，如本文所述，加強施工過程中的質量管控，施工參數和設計參數的確認要盡可能的與現場地質條件相符，以便達到更好的處理效果。