浅析高压旋喷桩在岩土工程中的应用

杨光 杜军

摘要：高压旋喷桩技术具有安全可靠、适用的土质范围广、施工噪音小等特点。本文介绍了高压旋喷桩的应用原理及注意事项，分析了高压旋喷桩的应用范围和在岩土工程中的成功案例，并汇总了其设计与施工中涉及的重要参数，为其它工程提供技术指导。

关键词：高压旋喷桩；应用原理；岩土工程

高压旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头压入地层中，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体。

一、高压旋喷桩技术概述

作为地基加固，通常采用旋喷注浆的方式。因旋喷桩的存在，使得软弱土层在荷载作用下由原来的无侧限状态转变为有一定边界条件的应力状态，由于旋喷桩对周围土体的挤压、扰动，即使桩间土中出现了超孔隙水压力，土体强度暂时有所降低，但复合地基施工完成后，随着超孔隙水压力的消散，桩间土的有效应力增大，从而提高了桩间土的强度。由于旋喷桩在设置过程中对周围土体有一定的挤密压实作用，即桩的侧摩阻力，也使得桩周围的软弱土层承载力提高。旋喷结束后，当水泥一土混合浆液尚未凝结时，这种浆液将产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙中，形成“脉”状“板”状水泥结石体，这种情况在开挖检查中比较明显。

二、应用原理

高压旋喷桩形成的桩体具有两大功能，即地基加固和止水帷幕，有的工程單独利用其中一个功能，有的则同时利用两个功能。

2.1加固功能

水泥浆经注浆管喷射到地基内后，与地基土发生一系列物理化学反应，包括水泥水解和水化反应，反应生成各种水化合物后，有的又发生离子交换和团粒化作用以及凝硬反应，形成具有一定强度的水泥土混合体。高压旋喷桩加固地基，能够适用的土体种类较广，包括淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等，但当地基土内含有大粒径的块石、大量植物根系或有机质含量较高，以及地下水流速较高或已有涌水的工程中，效果可能欠佳，应根据现场试验确定其适用性。

高压旋喷桩的直径与注浆管类型、喷射压力、土质条件等有关。通常情况下，单管法形成的桩体直径最小，约位于0.4--0.9m 之间；双管法的位于 0.8--1.3m 之间；三管法的可达 0.9--2.0m。喷射形成的桩体强度可通过室内试验或现场取芯进行无侧限抗压强度试验测得，一般粘性土形成的桩体单轴抗压强度可达 5--10MPa，砂土和砂砾土的强度可达 8--20MPa。此外，也可结合标贯试验、静力触探等测得形成桩体的强度。

高压旋喷桩承载力特征值的确定方法类似于水泥搅拌桩的，分别按桩身强度确定和按桩周土强度确定，并取两者中的较小者 公式符号具体意义参考P建筑地基处理技术规范Q或P工程地质手册Q（下同）&高压旋喷桩与桩周土形成复合地基，共同承担上部荷载，复合地基承载力可通过复合地基载荷试验确定，也可利用公式计算， 。

2.2止水功能

高压旋喷桩也广泛应用于止水帷幕工程中，在该类工程中，主要利用旋喷桩的低渗透性。水泥浆切入到土体内部或填充到土颗粒之间的孔隙后，能够形成一道致密的止水帷幕，通常要求其渗透系数小于 。有关研究表明淤泥和粉质粘土形成的桩体渗透系数位于 。为了增加止水的整体效果，高压旋喷桩一般采用交联式三角形或交联式排列，并且相邻两桩需要搭接一定长度。在基坑支护中，为了增大支护结构的刚度，高压旋喷桩也可与其它桩型（如钢筋混凝土钻孔灌注桩、钢板桩）结合共同使用。

在竖向深度上，高压旋喷桩止水帷幕的顶部要高于设计期限内可能出现的最高地下水位，帷幕的底端位于土层不透水层上（如不透水基岩、坚硬粘土层）或进入到不透水层一定深度处、止水帷幕厚度也是影响因素之一，墙厚需大于30cm。

三、工程应用

3.1 应用范围

由于高压旋喷桩的特性，可广泛应用于软土地基加固、基础托换、桩基补强、基坑坑底抗渗透变形、边坡加固等加固工程和基坑止水、坝基止水等止水工程中。在软土地基加固中，每隔一定间距打设一根高压旋喷桩与地基土形成复合地基以加固软土地基；若原来建筑物的浅基础地基承载力不足或由于严重不均匀沉降所导致建筑物倾斜、开裂时，可在浅基础底部采用高压旋喷桩加固。同样原理，在桩基端部或桩侧也可采用高压旋喷桩加固，提高桩基承载力；在基坑开挖前，事先在坑底喷射水泥浆形成一道抗渗透体，可以有效防止基坑流砂或因坑底承压水导致的突涌等渗透变形问题；在可能滑动的坡体内，垂直打设一排或几排高压旋喷桩，贯穿滑动面进入下部稳定地层内可以有效阻止边坡的滑动；在需要止水的工程中，如基坑、坝体、垃圾填埋场等工程中也可采用高压旋喷桩进行防渗。

工程一。加固高速公路软土路基。文献[2]报道了高压旋喷桩在浙江某高速公路软土路基中的应用。该高速公路地基局部软土厚度达 20--26m。采用单管旋喷注浆法，桩间距为 150cm，有效桩径为 40cm，采用正三角形布置。浆液以32.5R 普通硅酸盐水泥配置，水灰比为 1：1，并掺入早强剂。工后取芯测试强度，发现 10d 龄期时强度达到 1.6--1.9MPa，20d 龄期达到 2.3--2.8MPa，50d 时达到 5.5MPa。

工程二。桩基补强。文献[3]报道了珠海市某烂尾楼改造工程中的高压旋喷桩桩基补强。该工程中的部分桩桩底存在粘性土层、强风化软弱层或孤石与强风化层并存等桩底缺陷。采用单管法高压旋喷桩对桩基底部 4.5m 深度的范围内进行注浆加固，施工工序包括钻孔 - 高压旋喷清洗 - 高压旋喷注浆 - 静力压桩等几个环节。注浆压力大于 20MPa，旋转速度控制在 10--15r/min，提升速度为 10--15cm/min，单个孔的有效处理半径大于 100cm。补强后经检验效果良好。

工程三。护岸工程。文献[4]报道了为避免深圳市西部政府码头基槽开挖形成的土压力引起邻近的燃机电厂码头北护岸失稳，对北护岸采用了高压旋喷桩进行了加固。旋喷桩穿透整个淤泥层，设计桩长为 14m。平面布置成网状，长度为 73.2m，宽度为 13m，桩径为 1.2m，桩距为 1m。

工程四。大坝及坝基防渗工程，高压旋喷桩能够较好地解决大坝坝体及坝基的渗透问题。福建省仙游县枫亭镇九社村的文子水库采用高压旋喷桩对坝体进行了防渗处理，桩径为 60cm，单排布设，桩距为 50cm，桩深度至坝基以下0.5m，桩长为 5--16.5m。注浆压力为 25--40MPa，流量为80--120L/min，注浆管提升速度为 10--25cm/min，旋转速度为 120r/min。并经注水试验测得渗透系数位于（0.05--1.47）* ，满足设计及规范要求。

工程五。电厂灰堤防渗工程。某热电厂临近海域，为了防止灰场内雨水夹带的灰渣渗入附近海域内，在灰堤内、外堤之间的回填中粗砂中修建高压旋喷桩止水帷幕，止水帷幕总长度为 1158.493m。防渗帷幕厚度分两段：Q1-Q6 段帷幕厚 300mm，Q6--Q10 段帷幕厚度 500mm。在该工程中，首先制备水泥浆液，采用水泥 - 水玻璃浆液，水泥采用 425 号普通硅酸盐水泥，水灰比 1/1，水玻璃浓度为 40Be，水泥浆与水玻璃体积比为 1：1。高压旋喷桩单桩直径为 30--50cm，两桩之间相互搭接 10cm。设计桩长底端位于中风化花岗岩顶面，即桩长为 12.6m.

四、结束语

高压旋喷桩具有良好的加固和止水功能。本文首先介绍了这两大原理及设计中的关键事项，然后分析了高压旋喷桩的应用范围和国内成功的案例，并介绍了其设计与施工中涉及的重要参数。

参考文献：

[1]黄小峰夹层土采用高压旋喷桩防渗止水与强度指标的对比分析团水运工程，2008（8）

[2]龚贵林，王凤荣高压旋喷注桨法在处理高速公路软土地基的应用团石家庄铁路职业技术学院学报，2011，10（3）

[3]林权威高压旋喷桩法在桩基补强的应用团建筑安全，2011（11）