高压旋喷桩在老建筑物基础下的应用

胡德宏 孙雪华 邓俊辰

原址重建工程老建筑物实施过杉木桩处理，现状杉木桩难以拔除，且桩间距较小，水泥搅拌桩等基础处理方案难以实施。高压旋喷桩不需要有较大的成孔范围，只需钻孔旋喷，其钻注浆管孔径一般不超过15cm，旋喷浆液可以包裹住原基础杉木桩，形成整体复合地基，避免了拔桩作业，同时也能达到基础处理要求。高压旋喷桩虽然在基础处理造价上有所提高，但是具有机械进退场方便、适合各类基础、施工方便等优点，可以大力推广使用。

一、工程概况

在水工建筑物施工过程中，经常会有原址重建的工程设计，有的建筑位于软弱土层上，而老建筑已经有过基础处理，但处理过的地基承载力仍不能满足新建筑物设计基底承载力要求；前期地基处理方式又制约了新建筑物基础处理的方案选择，给建筑地基处理的方案带来一定的困难。在这种情况下，高压旋喷桩是一种经济、简单、快捷的基础处理方式。

以清江闸为例，该闸位于常州市金坛区，原址有一圩口闸，建于20世纪60年代，闸孔净宽2.0m，设平开钢筋混凝土闸门，经过50 多年的运行，水闸老化严重，超过了正常使用年限，原闸的规模也不符合现状水利规划要求。根据年度水毁修复工程规划，拟对老闸拆除重建，新闸净宽4.0m，为升卧式钢闸门。根据勘测报告可知，基础以下有淤泥质粉质黏土层，承载力为60kPa，软弱土层平均层厚为7m；新建水闸设计基底最大应力为110kPa，故基底地基承载力不能满足设计要求，需进行基础处理；施工图设计采用直径60cm、间距1m、桩长8m 的水泥搅拌桩进行地基加固处理。但在老闸拆除后，其基础下出现老闸施工时打入的密布杉木桩，桩顶径约为20cm，桩间距约45～50cm；由于淤泥质土的触变性、流变性等特性，老闸基底土层已受扰动，而杉木桩也难以拔出，在拔的过程中木桩容易被拔断；而密布的杉木桩使得搅拌机械的搅拌头难以钻进土层中，不能进行桩体搅拌、成形等工序，使搅拌桩基础处理难以实施，为使工程顺利实施，需变更基础处理方案。

同时，基础下的杉木桩也使钻孔灌注桩、预制桩等需要成桩空间基础处理方案难以有效实施，经多方论证，该工程最终使用高压旋喷桩法对地基进行加固。相较于水泥搅拌桩、静压预制桩、灌注桩等需要成孔定型的地基处理方式，高压旋喷桩不需要有较大的成孔范围，只需钻孔旋喷，其钻注浆管孔径一般不超过13cm，其旋喷浆液可以包裹住原基础杉木桩，形成整体复合地基，避免了拔桩作业，同时也能达到基础处理要求。

二、高压旋喷桩的工作原理

在工作中，把高压旋喷桩和水泥搅拌桩（湿喷法）确认为一个概念的两种说法并且在施工中按照相同技术指标要求是错误的。相较于水泥搅拌桩，高压旋喷桩无论在工作原理还是施工工艺上都有所不同。

1.工作原理

高压旋喷桩为软土地基加固的常用办法，加固后可以增大复合地基承载力，复合地基承载力的提高是由单桩承载力和桩的分布密度决定的，单桩承载力取决于桩体强度和地基土对桩的承载力。高压旋喷桩和水泥搅拌桩的外界破坏形式是相似的，即桩身破坏和桩—土体系破坏，两种破坏起关键作用的是水泥含量，水泥含量 5%～15%时，单桩承载力由桩的强度决定，水泥含量25%以上时，单桩承载力由桩的侧向摩擦力和桩尖反力决定。

高压旋喷桩是利用钻机将带有特殊喷嘴的注浆管钻至土层的预定深度，以高压喷射强力冲击破坏土体，喷出水泥浆与土体破坏后分离的土粒搅拌混合，经过凝结固化后，便在土中形成直径均匀的圆柱体；喷入水泥浆液能挤压周围土质，起到一定的挤密作用。同时，钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后形成孔隙，在喷射压力作用下，迫使土粒与喷嘴移动相反方向（即阻力小的方向）移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。水泥搅拌桩是利用水泥等材料作为固化剂，通过搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。

影响高压旋喷桩强度的因素为地下土质情况、水泥浆水灰比、注浆管类型和提升速度等。水泥搅拌桩受水泥强度、水泥掺入比、外加剂等因素影响。

2.施工工艺

高压喷射注浆旋喷桩 (以下简称旋喷桩) 的施工工序为：钻机定位→钻孔→插管 （单管旋喷钻孔和插管合二为一）→喷浆→冲洗→移位。主要配套机械（单管法）由主钻机、高压泥浆泵、水泥浆搅拌机、注浆管、高压胶管和发电设备组成，目前道路建设中最常用的单管机型有国产76 型系列。水泥浆搅拌桩的施工工序为：钻机定位→预搅下沉→制备水泥浆→提升喷浆搅拌→重复上、下搅拌→ 清洗→移位。主要配套机械由主钻机、压浆泵、集料斗、灰浆搅拌机和发电设备组成，目前工程建设中常用的机型有国产的 SJB-1、GZB-600、DJB-14D 型系列。

通常，水泥搅拌桩受限于搅拌机搅拌轴较长，需要以较大的卡车拖运，这就需要道路有较大的转弯半径及宽度，以适应卡车对道路的要求；相较于水泥搅拌桩，高压旋喷桩机械较小，桩长度由一根根较短的注浆管连接碰头而成，故对建筑进场道路无特殊要求，可以用拖拉机驳入施工场地。对于水利工程，特别是小型水利工程，由于其规模小、投资少，且位置偏僻，如修建高标准的进场道路，势必会大大增加工程造价，相比而言高压旋喷桩的应用较为经济。

三、高压旋喷桩的使用效果

清江闸工程地基处理方案变更为高压旋喷桩后，设计桩径0.5m、桩长8m、桩间距为1m，设计要求置换率0.282、处理后地基承载力127kPa。水闸在正身段、上下游翼墙段共设桩337 根。现场施工单位经过试桩、挖桩检查的结果，确定高压旋喷桩水泥浆为425#普通硅酸盐水泥，速凝剂CaCl2用量为水泥重1%。单桩允许最大承载力为114kN,对混凝土强度要求为1400kPa 以上。由于不需要对老基础下的杉木桩进行拔出处理，施工顺利进行，且施工时间较短；根据挖桩检验的效果来看，成桩直径基本在60cm 左右，大于设计要求的50cm，成桩效果较好，而老建筑物下的部分杉木桩被旋喷浆液完全或部分包裹，已经成为桩基的一部分；后检测单位取样检测，桩的强度满足设计要求，基础处理完成后，水闸工程得以顺利实施，建成后至今，运行良好，沉降观测等数据均满足设计要求。

相较于水泥搅拌桩的设计，高压旋喷桩在基础处理造价上多了30%，主要是水泥用量多了近60%,但是因工程位于圩区，材料进场道路为现状宽度约3m 的圩顶防汛道路，原设计水泥搅拌桩方案，为了使搅拌机械能顺利进、退场，工程同时也考虑了2.5km左右的进场道路修建；方案变更为高压旋喷桩后，施工机械对进场道路没有特别的要求，可以与建筑材料一同进场，在总造价上仍有节约，同时也缩短了工期。

四、结语

小型水工建筑物虽然规模较小，但是具有水工建筑物的一般特点：工作条件复杂、施工条件艰巨、对自然环境和社会环境影响大、失事后果严重等。因此在设计工程中地基处理是该建筑的重中之重，选择合理的基础处理方案和施工方式难易程度对该建筑物设计方案的确定至关重要。近年来，各级政府高度重视水利安全，水工建筑物在保护区域水安全、保障工农业生产等方面发挥了巨大的作用；一些水工建筑物因建设年代久远，设备老化等原因在汛期不能发挥相应的防洪作用，需要拆除重建；在拆建的水工建筑物中，就有一部分工程在老建筑施工时就进行过基础处理，现存的基础处理方式制约了新建筑基础处理方案的选择，高压旋喷桩可以不受老建筑基础情况限制，虽然在造价上略有增加，但是具有机械进退场方便、适合各类基础、施工方便等优点，值得推广■