高压旋喷桩在公路软基加固中的应用研究

魏君鹏

摘 要：高压旋喷桩加固公路软土地基，可大幅提升地基承载力，解决地基沉降等问题，且具有施工方便、工期短及成本较低等特点，具有良好的推广应用价值。本文在全面了解高压旋喷桩加固机理的基础上，结合具体案例，对高压旋喷桩的应用要点进行了分析与探讨。

关键词：高压旋喷桩;软基处理;加固机理

中图分类号：U416.1 文献标识码：A

0 引言

高压旋喷桩注浆法源于日本，由于早期的静力化学注浆法在细粒式砂性土、粘性土处理当中，很难形成强度满足规定的加固体，为解决此类问题，在静力注浆法的基础上，通过水力采煤技术当中高压喷射流技术的引入，演变发展为了高压旋喷桩。相比其他软基加固方法，高压旋喷桩注浆法的优势在于土质适用性广、旋喷固结体形状可控、施工方便、渗透系数小、硬化剂来源广且价格偏低等等，因此在地基加固当中得到了广泛应用。为此，本文以某软基处理项目为例，考虑到项目的实际情况，决定采用高压喷射状进行软基加固。实践表明，通过高压旋喷桩施工技术处理之后，路基质量良好，旋喷桩总体呈规则圆柱状，且垂直度可达到规定，旋喷处理之后，固结体长度及各项物理力学指标，均可达到规定要求，说明，在软基加固当中采用高压旋喷桩具有显著的应用效果。

1 高压旋喷桩的加固机理

高压旋喷桩注浆法是指在高压喷射的作用下，将水泥浆通过带有特殊喷嘴的注浆管设备喷出，冲击、破坏原有地基土体，经均匀拌和，可形成高强度固结体，进而提升地基强度，减小沉降，最终实现改善地基土物理力学性能的效果。一般来讲，旋喷注浆施工可分为两个阶段，第一，成孔阶段，是通过一般的钻机等设备成孔，将喷射管下至土层预定深度，从而完成成孔。第二，喷射固结阶段，通过超高15 MPa的压力将水泥浆由喷射管底喷出，在钻杆进行高压水泥浆喷射时，可同步完成旋转、提升两个操作，喷射出来的高压水泥浆液的切削能力很强，土体被破坏之后，将和水泥浆液共同进行均匀拌和，并重新组合，待固化之后，即可构成一个高强度的固结体，从而达到良好的加固效果。

就其加固机理来讲，同样可从2方面进行阐述，具体如下：

1.1 喷射流破土机理

相较其他形式的复合地基，旋喷注浆法复合地基存在一些不同之处，其不单单和传统的土木工程学科密切相关，同时，还涉及高压喷射流等流体力学相关知识。因此，其具有较为复杂的加固机理，属于多种作用共同作用体。就破土机理来讲，主要作用包括以下几类：

（1）冲切破土作用。于土体冲切破坏作用来讲，旋喷注浆法主要是由于高压喷射流的能量过大，且在土体临界破坏力以上，从而在冲切破坏作用下，促使土体原有结构被破坏，并形成单位体积较小的土颗粒。随着喷射流能量的加大，冲切破坏和加固效果愈加显著，为此，在提升冲切破坏效果当中，增强高压泥浆泵压力是最有效、最直接的手段。

（2）气流加压作用。因为二重管法喷射出的高压水泥浆液由一層空气流环绕，此空气流作用包括：第一，对于射流能量的下降可起到减缓作用;第二，对于土体可形成压缩作用。与单管法相比，高压旋喷桩注浆法具有更显著的冲切破坏效果。

（3）水楔作用。经喷射轴，喷射流触碰到地基土后，基于力的相互作用，喷射流极易出现反弹，且和原有喷射流碰撞，从而形成水楔。

1.2 成桩机理

高压旋喷桩注浆法的成桩过程是通过高压泵从注浆管底部喷出水泥浆液，经浆液和土体搅拌固结后所形成的高强度桩体。其成桩机理不外乎3点，如表1所示。

2 工程概况

某工程经地质勘察可见，拟建场地内分布地层有第四系全新统填土层（Q4ml）、第四系全新统沼泽沉积层（Q4h）、第四系全新统冲击层（Q4al）。场地内按从上到下分布的地层如下：素填土（Q4ml）、粉质粘土（Q4al）、松散圆砾（Q4al）、淤泥质粉质粘土（Q4h）、松散圆砾（Q4al）、稍密圆砾（Q4al）。在本工程当中，存在厚度较大的淤泥质粉质粘土，为9.9 m～10.1 m厚。为保证施工质量，必须结合工程所在地质情况合理选择软基加固方案，故提出了高压旋喷桩施工方案。

3 软基加固高压旋喷桩施工工艺

3.1 清理原地面

施工前期，需对施工场地进行清理，保证无杂物、垃圾等，避免影响施工质量。根据工程地质资料分析，需根据规定要求，清除一定厚度的表层土，并做好整平处理。

3.2 桩位放样

按照施工方案规定，合理确定设计间距和加固区域范围，放样前，先复核一遍设计移交桩点，且设立施工测量控制网。根据设计图纸，由专业测量人员实地对各排桩和各桩点中心准确放样。并通过灰线、灰点进行标注，一般来讲，桩线、桩心平面位置偏差不宜过大，需控制在允许范围内，不得超过5 cm。布桩时，可按照等边三角形进行设置。待完成放样之后，需再次进行校对与检验，保证桩位准确。此外，还要向施工人员进行及时交底和移交，这样有助于保护测设桩点。

3.3 钻机定位

钻头与施工桩位孔中心对准，并按照规范要求，对底座水平度、垂直度等指标参数进行合理控制。待完成上述施工后，可将钻机放置施工位置，准确就位，并对喷嘴、压力情况等进行详细检查，保证无堵塞，能够按照设计要求进行喷射。

3.4 水泥浆液拌制

根据工程实际情况，采取机械拌制水泥浆液，拌制施工中，要严控配合比，并通过称量准确确定水泥、水等用量。一般来讲，水泥浆液拌制时，可采取体积比，即按照制浆机桶身容量进行每次制浆水泥、水等重量的计算，随后进行每次浆液拌制水泥用量的确定。同时，利用油漆笔在制浆机桶内壁上进行注水高度标注，待注入水量达到标注高度之后，则可停止水注入。并进行水泥注入。由此准确确定水泥浆液配合比。随后进行均匀搅拌，3 min～5 min为搅拌时间。根据施工规定，本工程可采用42.5普通硅酸盐水泥进行高压旋喷桩施工浆液的拌制，1：1为水灰比，根据单桩体积进行浆液用量的准确计算。

3.5 钻杆下沉、提升、喷浆

钻杆下沉过程中，要对钻杆垂直度进行严格控制。当钻杆下沉到设计桩底标高之后，即可将高压浆泵开启，在原位通过12转/min的速度进行旋转喷射，当浆液从孔口溢出后，可提升钻杆。钻头提升和设计桩顶标高相距1 m的情况下，可适当减缓提升速度、泵压等，待提升高度达到桩顶标高时，可进行30 s静喷，随后完成喷射施工。

3.6 灌浆补充

待完成喷浆施工之后，很可能出现析水情况，从而浆液产生不同程度的收缩下降现象，这种情况下，必须及时进行灌浆补充，防止在结固体顶面表层出现凹穴。

3.7 机具清洗

当所有工序结束之后，需及时将注浆管等设备进行拆卸处理。要求将清水注入注浆管，将机具内壁、表面全面清理干净，不允许出现水泥浆残留问题，影响再次使用效果。

3.8 钻机移位

完成一个桩位高压喷射施工之后，且机具设备均清理干净的情况下，即可向新桩位移机，进行下一个桩位施工。

4 软基加固中高压旋喷桩施工质量检测及控制措施

4.1 开挖检查

待高压旋喷桩施工完成之后，为检验施工质量，可采取浅层开挖法进行检测。本工程选取10根桩，开挖检测结果为：桩体旋喷注浆施工后，整体垂直度良好，且呈规则圆柱状。桩体附近30 cm之内，存在“脉状”水泥结石体，旋喷桩直径在0.7 m以上，可满足规定。

4.2 钻孔检测

为检验桩体的长度、整体性，可采取钻芯取样法进行测定。即在旋喷桩半径1/2的位置钻取芯样，并进行标准试件的制作。通过分析，获取桩体实测指标是否与规范要求相符。在本工程当中，同样选取10根桩体进行试验分析。通过试验结果可知，桩体芯样均匀、完整，整體性良好。且结固体长度与设计长度相符，并未见断芯情况，2.1 m为最长芯样，通过室内试验分析，桩体各项物理力学指标均可满足规范规定。

4.3 荷载试验

一般来讲，荷载试验分为2类，即平板静荷载、荷载板，基于本工程实际情况，采用了平板静荷载试验进行地基承载力检测。检测结果如表2所示。

通过检测可知，无论是单桩、亦或是复合地基、桩间土，承载力均可满足规定要求。说明在软基加固当中，高压旋喷桩注浆法具有良好的施工效果。

5 结束语

综上所述，伴随公路建设规模的持续扩大，建设施工中会遇到各种不同地质情况，其中软土在我国分布十分广泛，此类土质具有含水量高、强度小、可压缩性强等特点，若直接在软土地基上修筑公路，极易影响路基的稳定性。随着科学技术水平的不断提升，新技术、新工艺层出不穷。为了提升软基承载能力，高压旋喷桩注浆法得到了广泛应用，该技术的应用可以有效提升路基的承载力，从而满足公路施工要求。

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