高壓旋噴注漿法處治黃土地區軟基效果分析

王 亞 妮

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

黃土地區軟土地基承載力低，在外界荷載作用下容易產生變形。采用高壓旋噴注漿法可有效提高軟基強度，具有加固質量均勻、擠密效果好、對環境污染小、工程造價低等技術優勢。通過水泥漿液在黃土軟基中的擴散作用可提高土體的穩定性和地基承載力。高壓旋噴注漿法是通過高壓設備將漿液壓力提高到20 MPa左右，使用鉆機在鉆進過程中將水泥漿液噴入土層中，沖擊破壞土體，然后以一定速度提起鉆桿，將土體與水泥漿液攪拌均勻。經過一系列的化學作用和物理化學作用，使軟基土體逐步固結，達到改善軟基受力狀態，提高地基承載力的目的。

1 工程概況

山西省某高速公路部分區域為山間盆地，原地面土體為黃土，個別區域起伏較大，分布有一些洼地和沖溝。該地區夏季多雨，洼地和沖溝地段有大量積水，施工路段分布有大量軟土地基。軟土地基主要為沉積Q4黃土，由于長期受到地表滯留水浸泡，地基濕軟，地基承載力低。軟基區域地下水位較高，原地面黃土覆蓋層較厚，分布不均勻，軟基深度為3 m～7.5 m。軟基路段高速公路路基采用高填方路堤，填方高度為5.5 m～10.9 m。為了提高地基承載力，設計采用高壓旋噴注漿法對黃土軟基進行加固處理，并建立試驗段，選取有代表性的單樁和復合地基開展地基承載力試驗，分析處治效果。

2 高壓旋噴注漿黃土軟基加固機理

黃土結構具有濕陷性，浸水后會產生濕陷變形，土體結構破壞后形成軟弱地基，在外界荷載作用下容易產生變形。高壓旋噴注漿法通過高壓旋噴流破壞軟基土體的結構，固結土體，使樁體和樁周土體共同承受荷載，提高地基土強度，提高樁基承載力。黃土地區軟土地基高壓旋噴注漿法加固機理主要包括以下幾個方面：

1)高壓旋噴注漿法可改變黃土軟基的受力狀態，加固后將軟基由原來的無側限狀態轉變為有一定邊界條件的應力狀態，提高地基土強度。

2)高壓旋噴樁施工完成后，在樁體重力的作用下對樁周土體產生一定的擠密壓實作用，并通過高壓旋噴樁側壁摩擦阻力提高黃土軟基的承載力。

3)高壓旋噴樁完工后，水泥—土混合漿液會對樁周土體產生擠壓作用，擠密土體，并將部分漿液填充到土體顆粒的空隙中，形成“脈”狀、“板”狀水泥結石體，進一步提高軟基土體的強度。

通過以上分析，高壓旋噴樁會改變軟基土體的受力狀態，利用樁側壁摩擦阻力進一步提高軟基土體的地基承載力，形成穩定的地基結構。

3 高壓旋噴注漿法施工技術

3.1 原材料選擇

目前，高壓旋噴注漿法主要選擇以水泥漿和丙烯酰胺為主劑注漿漿液，本項目選擇水泥漿。水泥漿施工工藝簡單，膠凝效果好，土體固結強度高，施工成本較低。水泥選擇P.S.A礦渣32.5，水泥進場后要做好存放管理，防止受潮變質。使用前對水泥進行取樣檢測，發現結塊、變質、過期等情況不得選用，保證成樁質量。嚴格控制水泥顆粒粒徑，粒徑越細，擴散半徑越大，漿液也越穩定。水泥顆粒越細比表面積越小，水化反應越徹底，可以產生更多的膠凝產物，提高成樁質量。

3.2 試樁施工

本項目水泥旋噴樁樁徑為600 mm，樁長根據軟基深度確定。選取有代表性的地段作為試驗段，選取一定數量的水泥旋噴樁作為試樁。在考慮空氣壓力影響的情況下，根據施工機械的施工速度確定單位時間噴灰量。嚴格按照施工技術要求施作試樁，準確確定各施工技術參數，為后續施工做好準備。結合試樁施工工藝，確定各施工技術參數：水泥漿水灰比為1∶1，水壓力為20 MPa～25 MPa，注漿壓力不低于20 MPa，注漿量不小于60 L/min等。

3.3 高壓旋噴樁施工

根據測量放樣結果確定高壓旋噴樁的中心位置，并做好標記。鉆機就位，準確定位，鉆孔速度控制在1 m/min，達到設計標高后反轉鉆頭，同時噴射水泥漿，進行充分攪拌。攪拌過程中迅速提升鉆頭，距地面0.5 m時停止噴漿。繼續攪拌2 min后調整鉆進方向為正轉，進行復攪。單樁施工完畢后清洗攪拌機，移動鉆機進行下一個樁孔施工。

4 高壓旋噴樁處治效果分析

4.1 鉆孔檢查

為了檢查高壓旋噴樁的成型質量，在旋噴樁半徑的一半處開展鉆孔檢查。通過鉆芯取樣，可以檢查樁體的固結整體性、固結體的長度，并將鉆芯制作成標準試件開展室內試驗，檢測確定樁體強度，作為判斷高壓旋噴樁成型質量的主要依據。本項目選取10根高壓旋噴樁作為研究對象，鉆芯取樣結果表明，樁體成型質量好，固結長度滿足設計要求。通過對10組鉆孔芯樣開展無側限抗壓強度試驗，得出抗壓強度最小值為1.6 MPa，滿足設計要求的不小于1.4 MPa的要求。

4.2 開挖檢查

高壓旋噴樁施工完成后，樁體達到一定強度，對地基開展開挖檢查，確定樁體的成型質量。開挖后將樁體結構全部展示出來，可直觀檢測樁體的成型質量，對樁體垂直度、固結體態等指標進行檢測。本項目施工過程中對8根樁體進行開挖檢查，各樁體成型質量良好，形狀呈圓柱體，直徑超過0.6 m。旋噴樁垂直度良好，樁體周圍有向四周土體擴散形成的水泥結石體，擴散半徑達到0.2 m～0.4 m，呈“脈”狀和“板”狀，滿足設計要求。

4.3 單樁荷載試驗

選取有代表性的樁體進行單樁豎向抗壓靜載試驗，檢測單樁豎向承載力。文章選取4個高壓旋噴樁作為研究對象，在養生28 d后開展單樁荷載試驗。選用直徑為80 cm圓形承壓板，加載量不低于200 MPa，收集數據繪制單樁荷載試驗的Q—S曲線如圖1所示。

分析圖1曲線變化情況，可以得出單樁豎向承載力特征值均大于180 kPa，滿足設計要求，說明采用高壓旋噴樁處治后地基承載力明顯提高。

4.4 單樁復合地基荷載試驗檢測結果

選取有代表性的樁基進行單樁復合地基荷載試驗，檢測地基的變形情況和地基承載力。文章選取6個測點，試驗承壓板尺寸為2.0×2.0 m2，加載量不低于200 kPa，試驗檢測結果如表1所示，收集數據繪制單樁復合地基荷載試驗P—S曲線如圖2所示。

表1 單樁復合地基荷載試驗檢測結果

分析表1數據，得出單樁地基承載力特征值最小值為148 kPa，對應的最終沉降量為6.41 mm，最小值為142 kPa，平均值為144.5 kPa，滿足規范要求。分析圖2曲線變形情況，各測點復合地基承載力特征值均大于110 kPa，且曲線變化平緩，滿足設計要求。

4.5 基樁低應變動力檢測

選取部分樁體開展基樁低應變動力檢測，確定樁體缺陷位置和類型，分析樁體的完整性。本項目共選擇50根有代表性的樁體開展基樁低應變動力檢測，其中41根未發現缺陷，完整性好，判定為Ⅰ類樁，另外9根樁局部存在輕微缺陷，屬Ⅱ類樁，均滿足設計要求。

5 結語

高壓旋噴樁可有效改善黃土地區軟土地基受力狀態，提高地基承載力，加固效果明顯。通過分析高壓旋噴注漿法對黃土軟基的加固原理，總結施工技術要點，并建立試驗段開展試驗檢測處治效果，分析后得出以下結論：

1)通過開挖檢查和鉆芯取樣，高壓旋噴樁樁體成型質量、樁體垂直度、固結體態和抗壓強度均滿足設計要求；

2)單樁荷載試驗和單樁復合地基荷載試驗檢測結果表明，地基承載力滿足要求，Q—S曲線和P—S曲線變化情況表明加固后地基承載力達到了設計要求，施工質量合格；

3)基樁低應變動力檢測結果表明，大部分樁體完整性好，少數樁體存在輕微缺陷，各樁體質量均滿足設計要求。