高壓旋噴樁在廈漳同城大道凈空受限段的軟基處理應用

雷鵬、呂全綱

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056）

0 引言

高壓噴射注漿法通常分成兩個階段。第一階段是采用普通鉆機邊旋轉邊鉆進成孔，使噴射頭鉆至設計標高后停止鉆動。第二階段是噴射形成水泥土體加固的階段，即提升鉆桿旋噴注漿。水泥漿通過旋噴管的噴射頭上的橫向噴嘴向周圍土體噴射，旋噴過程中水泥漿液的壓力大于20MPa。同時鉆桿一邊旋轉一邊向上提升，作為主固化劑的水泥漿液通過加壓設備產生一定的壓力，高壓噴射流強大的切削能力使四周土體與水泥漿液混合在一起，水泥水化物與土體反應形成的結晶，經過長期物理、化學變化之后，形成強度較高的圓柱狀的噴射固結體即旋噴樁，達到改良土質、降低土中含水量、提高地基承載力、減少土層壓縮變形、減小工后沉降、阻止滲水、防止砂土液化的目的。

當地基土質為淤泥質土、淤泥、砂性土、黏性土、素填土等時，采用高壓噴射注漿法處理效果較佳。高壓噴射注漿法根據噴射管的不同分為單管、雙管、三管和雙高壓多重管。在道路軟土地基加固中主要采用單管噴射工藝法施工。高壓噴射注漿設備構造簡單，體積不大，操作靈活，鉆機高度小于4m，適宜處理場地狹小、凈空受限的道路軟基段。高壓噴射注漿施工過程中具有低振動、噪音較低的特點，對加固區域附近振動影響小。施工現場因場地狹小、凈高受限或安全要求影響施工機械進場時可采用高壓旋噴樁處理。高壓旋噴樁鉆機在施工場地狹小的路段施工時，可靠近現有構造物30cm 處施工而不擾動附近土體，在場地狹小、凈空受限的道路軟基段具有獨特的優越性。高壓旋噴樁復合地基處理后，軟土地基土體強度得到改善，穩定性和工后沉降達到要求。本文結合廈漳同城大道工程建設的有關情況，對高壓旋噴樁設計和施工過程的樁體質量檢查和工程質量的檢驗方法等進行了介紹，并給出了工程實例。

1 工程基本情況

廈漳同城大道主線和輔道在K20+335 和K20+643處均有3 條高壓線，線路斜跨施工區域，高壓電線線路為：110kV 的角崇線、35kV 的三星支線。高壓線路凈空最低處高度約為14m，高壓線路下需保證安全施工距離。原設計主線軟基處理方案為CFG 樁，輔道采用擠密砂樁處理。施工主要機具的高度約為20m，樁架高度較高，不滿足施工安全距離的要求。高壓線短期無法遷改，根據現場實際情況，只能將本段高壓線影響范圍內的CFG 樁和擠密砂樁處理改為高壓旋噴樁處理（見圖1），以確保路基工程能夠盡快進行施工。現場勘察報告顯示，本段樁體穿過的路基巖土參數如表1 所示。

圖1 高壓旋噴樁施工

表1 路基巖土參數

2 高壓旋噴樁設計處理方案和設計計算

2.1 設計方案

高壓旋噴樁施工工藝建議采用單管法，設計噴射樁徑為60cm，設計用灰量不少于200kg/m（水泥摻量通過試樁確定），水灰比可取0.8～1.2，水泥漿液壓力不宜小于20MPa，提升注漿液速度150～250mm/min，旋轉速度15～25r/min。高壓旋噴樁樁距2.0m，樁長15m，呈正三角形布置。樁體施工完后現場檢測樁體28 天無側限抗壓強度不低于2.5MPa，單樁和復合地基承載力分別大于265kN、140kPa。

高壓旋噴樁處理地基：穩定性計算包括路堤邊坡和地基的穩定性驗算，穩定驗算采用總應力法（瑞典條分法），安全系數以K＞1.1 控制。

高壓旋噴樁加固處理后沉降計算采用復合壓縮模量Es 法。

2.2 設計計算

2.2.1 單樁豎向承載力的設計計算

現場載荷試驗是確定單樁豎向承載力特征值的比較可靠的方法。也可按《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/T D31-02—2013）式(3.2-1)和式(3.2-2)估算，取其中較小值。

2.2.2 復合地基的設計計算

現場復合地基載荷試驗可確定復合地基承載力特征值。也可按《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/T D31-02—2013）式（3.2-3）計算。

2.2.3 高壓旋噴樁沉降驗算

復合地基的變形包括兩部分，分別為旋噴樁復合地基加固區的壓縮變形S1 和加固區樁端下臥層的壓縮變形S2。S1、S2 可按《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/T D31-02—2013）、《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）的有關規定計算。

3 高壓旋噴樁施工工藝

施工前認真對施工范圍內地下管線等情況進行詳細了解，復核旋噴樁的設計樁位位置；進行大面積施工前，必須結合現場情況選取典型作業點進行現場工藝性試樁，每個工點試驗樁根數不少于5 根。其目的是：校驗打樁設備、取得大面積施工的各項控制參數，其中包括水泥漿稠度、下鉆速度、提鉆速度、攪拌次數、旋噴壓力等，整理成試樁成果，用于指導大面積施工。

施工工藝流程：場地整平—測量定位—移動鉆機到達指定樁位—鉆至設計深度—旋噴注漿成樁—機具移位—開始下一根樁的作業。

定位：調整鉆桿、對準樁位。移動機具到指定樁位，調整機身至與地面垂直，將鉆頭對準樁心位置，鉆桿需進行雙向調平，再進行調整對中以及精確調平。鉆桿的垂直度偏斜不超過1%，鉆桿垂直度允許偏差不大于1%，鉆機口位置與設計樁位的偏差不超過5cm，鉆機對位偏差不超過2cm。

移動機具到達指定樁位后，抄平搭架平臺，鉆桿應與地面垂直，啟動鉆機進行旋轉鉆進作業。鉆桿鉆入地下時為防止泥砂堵塞噴嘴，使用的壓力一般不大于10MPa，同時漿液與四周土體進行首次噴射混合，漿液和土體拌和后，減小旋噴作業時土層的阻力，保證加固范圍土層與水泥漿充分攪拌。鉆孔后，根據要求進行檢查，檢查包括孔位、成孔深度及垂直度。

高壓泥漿泵壓力需調整至預定的壓力后才可噴射漿液，噴漿后勻速旋轉提升注漿管，以防旋噴管扭斷。為保證樁底密實均勻，在底部旋轉30s 左右，再邊噴漿、邊旋轉，同時勻速提升注漿管。隨時注意泵壓的調整和異常情況。做好旋噴作業時冒漿情況的記錄，一般冒漿量控制在20% 以內。如果注漿量大于20%，或者出現不冒漿的情況，應排除故障，查明冒漿原因，并采取有效措施，防止冒漿異常現象。為了保證施工質量，應特別重視冒漿異常情況的發生，這是確保加固質量的關鍵。

旋噴和復攪：注漿管插到土層的相應位置后，控制回流閥門，使漿液罐設備的壓力滿足設計要求，高壓漿液輸送到噴管后，調整噴嘴的方向、擺動的角度，調控準備完畢后，控制工作臺及高壓泵閥門，開始提升注漿管、噴射，成樁范圍為從設計深度往上成樁，距樁頂1m 時，復噴提升注漿管時放慢攪拌速度和提升速度，提鉆上升的檔位調控為最慢的1 檔，并進行一次復攪，保證樁體攪拌均勻，因為距離地面以下1m 深度范圍內承受的荷載較大，加強樁頂1m 范圍內的質量成為提高樁體承載力的關鍵。當噴射作業完成時，要在注漿孔采用二次補灌，防止旋噴樁體因加固體頂部出現漿液凹穴而影響樁頂高程。旋噴作業過程中，旋轉速度、提鉆速度、噴射注漿壓力、加固體的水泥含量、水泥漿稠度等參數將直接影響樁身的均勻性和有效樁徑，水灰比控制是否合適也將影響樁體的強度大小。在旋噴作業過程中，應隨時注意觀察漿液初凝時間，及時記錄噴射時間、用漿量、提鉆速度、旋擺角度、壓力變化、噴射方法等，中間發生故障時，應停止作業并及時檢查排除故障。

水泥漿的制作：硬化劑可采用水泥，選用強度等級為42.5 級的普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8～1.2，嚴格按試驗配合比提前制備漿液，并攪拌均勻，水泥漿攪拌時間不宜過長，一般控制在15min，制備的水泥漿攪拌時間少于15min 和超過初凝時間的不可使用；為保證噴嘴暢通，水泥漿流入第一級過濾網過濾，然后經第二道過濾網過濾后流入儲漿桶，同時保證攪拌均勻。

高壓噴射作業完成后，應注入清水清洗噴射管等機具設備中殘存的漿液，防止水泥漿硬結堵管。將清水注入漿液罐后，開啟高壓泵，沖洗泥漿泵、噴射管、膠管內的水泥漿直至基本清洗干凈。

4 高壓旋噴樁成樁質量監測方法

高壓旋噴作業完成7d 后，使用初探法可全面地檢查旋噴固結體的質量。主要檢查噴射加固體的均勻性并且進行觸探檢驗。成樁后28d，使用取芯法，對樁體的完整性以及內部土質是否均勻、整體長度是否符合要求進行判定，一般選擇樁身中較為均勻的部位，進行抗壓強度檢測，取芯的比例為1～1.5 個百分點。

對于成樁質量的監測，如果樁體的不合格率低于10%，則該樁體符合要求；如果不合格率在10～20%之間，則需要進行補樁；如果不合格率超過30%，則認為樁體成樁質量不合格，不能使用。

對于取芯操作之后的樁體，需要采用與樁體強度相同的水泥砂漿對孔洞進行封堵。在旋噴注漿結束28d 后，現場隨機檢測單樁承載力和復合地基承載力，檢查數量不少于已經完成樁數的0.5%，同時每個作業點不少于3 根，荷載量的最大值應當為設計荷載的2 倍。

5 高壓旋噴樁試樁及成果分析

此次試樁9 根，每根均摻加外加劑三乙醇胺，添加劑量為水泥漿體積的萬分之一。取芯檢測6 根，其中4 根芯樣長度符合要求，單樁承載力和復合地基承載力均滿足設計要求。

編號1-4 樁的參數注漿壓力值為32MPa，鉆桿提升速度為19.56cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為200kg；編號1-5 樁的參數注漿壓力值為31MPa，鉆桿提升速度為15.34cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為222.2kg；編號1-6 樁的參數注漿壓力值為31MPa，鉆桿提升速度為17.1cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為229.6kg；編號1-7 樁的參數注漿壓力值為32MPa，鉆桿提升速度為21.42cm/min，單樁每延米樁身水泥用量為207.4kg。

經過對9 根試樁數據以及檢測結果對比，最終確定編號1-4 試樁的技術參數，作為此次高壓旋噴樁的工藝參數。

將1-4 試樁定為施工參數分析如下：

1-4 試樁參數為旋噴壓力32MPa、鉆桿轉速為15r/min、提升速度19.56cm/min、水灰比1∶1。經過檢測過后樁身完整性很好，28d 無側限抗壓強度4.4MPa，單樁每延米水泥用量為200kg，相對于其他試樁水泥用量最少，成樁效果好。

6 結語

通過在實際工程中分析高壓旋噴樁的作業過程以及質量檢測結果可以看出，試樁這一環節對于高壓旋噴樁質量控制和成本控制有著非常重要的作用，如果在前期不能通過試樁總結出合理的施工參數，很容易出現大規模返工和浪費的現象。從該項目通車后的情況來看，旋噴樁處理道路軟基工程，地基土強度改良效果好，地基穩定性好，工后沉降量較小，尤其是在場地狹小、凈空受限的場地具有獨特的適用性。本文結合實際工程項目進行分析，具有突出的現實意義。