试论桥梁地基处理中高压旋喷注浆法的应用

王晓宾

【摘 要】桥梁基础对承载力要求较高，地基承载力不足而发生较大变形会引起结构局部出现裂缝、应力集中等现象，导致桥梁结构耐久性降低。本文主要针对桥梁地基处理中的高压旋喷注浆法进行简要的阐述，以提高地基的承载能力，减小地基的不均匀沉降。

【关键词】桥梁地基；承载力不足；高压旋喷注浆法

在高速公路建设中，桥梁工程占据了较大的比例。一些小桥采用天然地基，在橋梁竣工运营阶段，由于基础承载能力不足，造成桥梁基础或者桥台出现不均匀的沉降现象，影响桥梁工程的正常运营。造成桥梁基础出现不均匀沉降的主要原因是地基土质不良而承载能力低，例如湿陷性黄土。为了提高桥梁结构的稳定性，需要对地基出现不均匀沉降病害进行加固治理。针对已建成的在役桥梁，由于施工场地较为狭窄，桥下净空不足，以及其他结构的限制，导致地基在出现不均匀沉降现象时，无法采用分层压实、灰土桩、深层搅拌桩、强夯等传统的地基加固方法。同时，若采用静压注浆法加固地基，其成孔施工工作量较大，无法保障注浆施工时的定域、定向、定量等，从而导致采用静压注浆加固效果较差，对加固质量难以控制。而采用高压旋喷注浆法，其可以有效避免上述困难，且对桥梁基础的扰动破坏程度较小、加固成本较低、施工速度快、加固效果好，该方法已逐渐应用在桥梁地基加固治理中。

一、高压旋喷桩的设计原则及特点

（一）设计原则

桩点布置原则：桩点布置在桥台基础周围，其距离桥台的尺寸需要满足钻孔喷注设备的施工的最小空间要求，桩基的边缘不可大于基础范围。同时，在桩点布置时需要结合桥梁基础局部荷载大小和基础的不均匀沉降等因素进行合理布置，以确保桥梁工程上部结构的稳定性。

桩径设计：需要结合基础超出承台的范围、旋喷注浆设备最小作业空间、地基土质的承载能力等确定桩基直径。根据工程施工经验可知，填土、淤泥、砂层、淤泥质土及可塑、软塑、流塑状粉土和粘土单管旋喷法的桩径可达0.8m。

在高压旋喷注浆施工过程中，由于导孔、喷注作业工序可能会使得地基中流入水，造成地基出现不均匀沉降现象，需要采取具体预防措施，以保障高压旋喷注浆施工质量。

此外，为了提高地基加固治理的效果，针对摩擦桩或者端承桩需要对1/3桩长的上部结构进行重复旋喷，以确保旋喷注浆效果。

（二）特点

根据工程施工经验可知，高压旋喷注浆加固桥梁地基的方法，具有以下特点：

第一，高压旋喷注浆法加固地基基础施工方法，操作简便、灵活，且工程适用范围广，可应用于施工场地狭窄、桥下净空低，以及对地基加固效果高的区域，已成为桥梁工程地基基础加固施工的第一选择。

第二，高压旋喷注浆法的成桩长度、桩体强度、成桩数量、单桩直径等加固参数较为容易确定，以便于进行精准设计，从而可以有效地提高地基加固效果，提高地基承载能力。

第三，对于施工区域存在的已有桥梁结构和道路路基，为了避免高压旋喷注浆对桥梁结构产生二次损伤，如产生二次不均匀沉降，需制定合理的加固施工方案，并对方案进行试验验证，以保障高压旋喷注浆施工质量。

第四，该类型的加固治理方法为隐蔽工程，其加固治理效果难以用常规普通方法进行检测，因此，为确保施工质量，需要对加固方案参数设计和施工过程进行严格控制，以确保地基加固治理效果满足设计要求。

二、高压旋喷注浆施工工艺

（一）桩点定位

在高压旋喷注浆施工之前，需要按照设计图纸的要求进行桩点位置放样，然后钻机根据桩点进行停放就位，且需要对钻机的垂直度进行测量，以确保桩基的垂直度满足要求。

（二）孔钻进

在导孔钻进施工时，其钻机要最大程度靠近桥台基础，并根据施工需要配置起吊塔和泥浆泵。由于针对已建的桥梁地基进行加固时，需要钻穿基础层、分层压实层或砂石垫层等，为了最大限度的减少地基被水体侵蚀后而发生不均匀沉降，成孔常采用回转法，或者采用跟管钻进法钻至砂石底层。

（三）浆液配制

浆液配制机主要由电机、搅拌叶片、水罐等组成，且还有一个可储存较大体积的储浆罐。在配制时，根据配合比设计需求，首先加入清水，然后再边进行搅拌边加入水泥，最后加入外加剂，再进行充分的搅拌后储存在储浆罐内。

（四）旋喷成桩

旋喷成桩设备主要有旋喷钻机、高压泵、钻杆、喷头、浆液输送管线等构件组成。其中，高压泵可以产生在注浆时产生20MPa～25MPa的压力，通过可以承受高压的输送管将配制的浆液输送至喷钻机钻头位置，再从高压喷射头喷出浆液。高压旋喷施工时从下而上按照设计确定的钻杆提升速度、喷头旋转速度、输送泵压等参数进行喷注施工，直到喷注至设计高程时结束高压旋喷。

（五）返浆处理

在高压旋喷注浆施工过程中，会出现部分浆液夹带土粒从注浆导孔内冒出，根据施工经验，称该部分浆土混合物为返浆。对于返浆混合料，可以根据夹带土粒的多少，进行分别处置，若夹带土粒较少，可以用于回灌，其余部分则可以通过清运车辆进行拉走，从而可以避免返浆混合物影响后续注浆施工作业。

（五）喷注设备机具的清洗

在某一根桩基注浆施工结束后，可以根据移动喷注机械设备所需要的时间和浆液凝固时间确定是否需要对注浆机械设备内残余浆液进行清洗。此外，在每天注浆施工完成以后，需要对注浆设备进行清洗，并将储浆罐内剩余的浆液排放，并对储浆罐进行清洗。

（七）浆液回罐

在高压旋喷注浆完成后6h-8h内，桩体内的注浆以流塑状态为主，该时间段内浆液内的水分逐渐被桩体周围的土体吸收，从而造成桩体体积缩小，桩体表现出逐渐下沉现象。而桩体缩小会对于已建的桥梁承台基础底部脱空，无法实现地基对承台的有效支撑。因此，需要及时观察桩体缩小量，并及时采取浆液回灌措施，确保桩体顶面与基础底部有效接触。

三、高压旋喷注浆施工质量监控

对于高压旋喷注浆的桩体，其埋于地下，无法直观评判注浆成桩质量。根据规范要求，对于旋喷桩的成桩质量，可采取开挖检查、钻孔取芯检查、标准贯入、和荷载试验等方法。但是上述方法部分无法啊应用于已建桥梁地基加固质量检测，或者检测成本相对较高。因此，针对已建桥梁地基的高压旋喷注浆施工可从以下几方面进行质量控制。

第一，在地基加固施工前，针对设计的加固方案参数进行试注浆1根或2根，在成桩后，采取开挖检查的方法对成桩进行检测，并以检测结果修正加固设计参数。

第二，对人、机、料、法、环等因素进行把控，重点对施工材料、施工工艺进行施工前、施工中、施工后的把控，例如，对于施工中的喷注压力、喷头提升速度、旋转速度等进行复核。

第三，钻杆搭接长度需进行合理控制，对于卸杆提升和停喷后再喷的钻杆搭接长度需不小于10cm，避免出现断桩现象。

四、工程实例

（一）工程概况

某高速公路13m空心板桥地基承载能力不足，需要对其进行加固。该桥宽11.74 m×2，2. 0 m厚的素混凝土基礎，基础下紧邻土层为1. 5 m厚的砂砾石垫层。该桥建成后运营一段时间后，发现桥身和基础结构出现不同程度的沉降，根据对桥上布置的12个位移沉降测点，在2015年9月15日至10月15日对12测点进行沉降观测，其中月累计沉降量最大部位253 mm，最小部位157 mm，两半幅桥桥台沿沉降缝错开56 mm。经过专家分析，认为沉降主要原因是桥梁承台基础下部土体为软弱土质，其承载能力无法满足上部结构传递下来的荷载，并且全桥不同地基土质承载能力差异较大。

经过研究，提出了三种地基加固治理方案：人工挖孔素砼灌注桩托换、静压注浆法和高压旋喷注浆法。通过三种加固方案的比选，最终选择高压旋喷注浆法对桥梁地基进行加固处理。

拟在桥台周围布设高压旋喷桩，每个桥台处不知27根旋喷桩，如图1所示，桩基直径为70cm，桩基有效长度为15m。且每个桥台1#-9#桩基强度不小于7MPa，10#-27#桩基强度不小于6MPa。

（二）施工过程及加固效果

1.施工过程

根据工程的当地环境、施工机具、工程特点等，对高压旋喷注浆的配浆工艺及浆液参数、喷注工艺及参数、成孔工艺及参数、返浆回灌、沉降观测等进行了设计和验证。为了确保旋喷施工过程的安全，结合施工现场具体情况，选取了低塔全液压泥浆循环跟管钻进、脚手架加钻机组合钻孔上部干钻成孔下半部泥浆循环钻进等3种成孔工艺。采用TCL-400型高压泵进行高压喷射注浆，注浆压力控制在20MPa-25MPa范围内；喷射作业采用WT50的全液压钻机，并为了确保桩基上部1/3长度的强度，需对该长度范围内进行复喷。同时，为了防止桩顶与基础底面之间发生脱空现象，需要在喷注作业施工结束后12h内对桩顶区域进行回灌浆液，确保桩顶与承台底部接触有效结合。

2.成桩质量和加固效果

为确保高压旋喷注浆施工质量符合设计要求，由监理工程师对注浆施工细节和施工参数采取旁站观测，而对于成桩强度，可采用返浆制成的试块和两根试桩进行检测。经过对检测， 返浆试块的最大强度11. 0 MPa，最小强度6. 2 MPa，平均强度7. 6 M Pa；通过开挖试桩检验桩体强度，最大强度10. 2 MPa，最小强度7. 4 MPa，平均强度7. 9 MPa；桩径最大82 cm，最小74 cm，平均75 cm。并且桩体混合材料搅拌较为均匀，固结强度满足设计要求。

在成桩后，对桥上12测点进行沉降观测，其中平均沉降速度为3.2mm/周，加固过程的33 d中平均沉降速度为3. 6 mm /周，加固以后平均沉降速度为1.4mm/周，并随着成桩龄期逐渐增长，测点观测的沉降逐渐减小，最后无沉降，表明沉降加固治理效果良好。

五、结论

综上所述，针对桥梁地基承载力不足引起的地基不均匀沉降，可采用高压旋喷注浆施工加固方案，可有效提高地基的承载能力，减小或消除桥梁基础的不均匀沉降，提高桥梁结构的稳定性。

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