桥梁基础加固高压旋喷桩的应用

文/陈晓晶、黄华

1 前言

相较于其他类型的建筑工程，桥梁的建设更加讲究基础工程的工程质量。在进行桥梁基础加固工作时，常采用高压旋喷桩技术，这项技术相较于其他浇筑工艺占地面积更小，而且不会有很大的噪音，施工方便[1]。但是这项工艺的造价高于一般水平，且在某些不易泥浆凝固的土质上施工很不适用。高压旋喷桩工程需要将加固目标进行圈定，随后将水泥用高压喷出，喷向目标地。通常喷嘴处的压强要在20MPa 以上，这样高速喷出的水泥流可以冲开表层土层，和固定的土层混合，水泥凝固后形成较为坚固的混合体，并且形成硬度较高、抗渗性好的固块。初步的喷射凝结结束后要对固块进行修饰，将其截面截成圆形。

2 高压旋喷桩加固地基的主要优点

2.1 受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂黏性、硬化剂硬化时间等方面的影响比较小，所以被大量的使用到淤泥、软黏土、砂卵石等地质条件之下。

2.2 选择使用成本比较低的水泥等作为硬化剂进行施工，加固强度要求非常高。

2.3 制定出合理的施工计划在规定的范围内加入必要的浆液，保证桩体间距合理，组合成为完善的桩体部件，或者形成比较薄的帷幕墙，能够按照要求进行深度调整，做好分段布置的方式。

2.4 根据要选择的最佳钻机形式，禁止使用垂直桩体结构，就能够组合成为水平或者倾斜桩的形式。

2.5 在施工中做好临时处理措施，也可以使用永久建筑物进行地基加固处理，特别是与邻近铁路、地铁以及旧建筑物进行防护的过程中，能够体现出应有的效果。

3 工程概况

本文中所要讲述的桥梁工程高压旋喷桩施工实例是一座横跨二级公路的跨路桥梁。这座桥的长为45m，其上部结构高10m，桥宽14m，由两座独立桥梁共同拼铺，并且桥面的纵坡度为1.5%，桥梁整体良好。但是在使用过程中发现，由于桥体的设计方案上稍有不足导致桥梁在使用时沉降情况较为严重，并且桥面的铺装已经出现损坏现象，因此需要对桥体进行加固，特采用高压旋喷桩加固方案[2]。

4 设计方案

经过施工技术人员对施工现场的实地考察，并对施工人员的工作能力做出合理评估，两者相结合后，决定采用高压旋喷二重管法进行桥体加固桩成桩。与传统的旋喷法相比，这种方法使用高压泥浆代替了高压水泵。泥浆在喷出后直接进行切割，大大提升工程质量，改善了切割深度和浆液填充情况。泥浆直接喷出的土体受到的冲击更大，最后凝结而成的桩体更大，固定效果更好。

5 前期准备

5.1 材料准备

工程施工原料的选用直接关系到加固工作的成效如何。所以本次施工务必要认真对待材料选用环节。经施工人员和技术人员相商定，决定本次施工使用型号为P.O42.5 的硅酸盐水泥，采用渗入幅度在26%左右的粉煤灰配合使用。

5.2 人员准备

高压旋喷桩的施工工艺要求较高，对施工人员是一个挑战。因此，在人员选用环节也要严格要求。根据以往施工经验，此次施工团队预选人数应在十到十五人，其中包含一名主指挥人员，配备两名副指挥。除去几名后勤人员，其他人员分别负责机械设备操作、机械设备的维修维护工作、施工检测技术人员和负责记录施工进度的人员。

5.3 环境设施准备

施工开展前，要对施工现场进行清理平整。较为平整和干净的施工环境对施工有较大的基础优势。做好基础设施的配备，如供电与供水设施必须配备完全[3]。而且要评估施工对道路交通情况的影响和对周边建筑或居民生活的影响。

5.4 机械设施准备

该工程的设备是高压喷射机（CYP-50 型号），常规钻机（50 型号）。

6 设计参数选定

6.1 确定旋喷桩直径

施工所需的旋喷桩规格需要根据施工时土层的密实程度、注浆管的型号、泥浆喷射参数等方面进行共同断定。经相关的技术人员进行以上方面的综合考虑和计算后，选定本次施工的桩体有效直径为0.45m，并确定本次施工的固结体设计直径为0.8m。

6.2 浆液准备

作为主要施工材料，水泥浆液必须进行合理拌和，并将浆液中的空气进行清除，这样的泥浆塑性佳、凝固时间适宜，强度也会有较大的提升。

6.3 钻机准备

在浆液的拌和装备安设好以后，需要把钻机调整至施工所需值，进行固定。将喷射区域圈定，钻机固定好，使钻嘴对准目标区域。钻机操作人员需调整钻机的角度，保证与目标区域的相对位置平齐。技术人员也要对钻机与钻点距离、钻嘴尺寸和土体钻深进行测量，保证施工的顺利进行。

6.4 高压喷桩试喷

正式的施工开展前要进行泥浆试喷。试喷工作在水泥浆拌和结束后进行。将喷嘴对准地面，进行一定量泥浆的试喷，并准确记录监测试喷时是否有喷射不畅或喷射速度低等情况。及时进行解决，防止在正式施工时出现此类情况。

6.5 喷射浆液施工

浆液的喷射施工通常分为两部分。

第一部分，试喷环节。施工人员将钻机和泥浆喷射机安设到位，提前确认设备没有故障，可以顺利进行施工。将喷射口对准已经钻孔操作的目标区域，进行试喷，完成基础部分的泥浆喷射。

第二部分，正式喷射。试喷结束后，调整设备，填装泥浆。将喷射口放置在钻孔之中，进行固定，随后开机，使得泥浆匀速喷射而出，进入钻孔中。喷射作业过程中，操作人员要时刻注意喷射机内的压力保持，确保泥浆的匀速喷射。在泥浆填满开孔后，旋转喷嘴，进行旋喷。上文提及，需要通过高压旋喷进行土体和泥浆的均匀混合，并确保其界面为圆形。这样喷射结束，凝结后的桩体强度高、固定效果佳。

喷浆作业进行过程中要注意，此环节的施工不可打断，一旦打断，就可能导致桩体内部结构分层，无法形成较高的强度结构。因此，在出现喷浆暂停情况时，需要对后续的喷浆工作做出相应的调整，修正其长度和速度。喷浆工作结束后，将喷嘴迅速从桩体中抽出，并冲洗干净，防止泥浆在喷嘴中凝结，阻碍下次的喷浆作业。喷浆工作直接关系到此次施工质量，施工人员务必严格对待每个施工环节，确保质量。

6.6 检验阶段

施工质量还与施工过程中管理人员对施工所用机械设备、施工材料、施工人员、施工操作等方面的严格检验监测有关。在进行设备的采购租用时，相关人员需要根据施工方案进行设备的选用，选择在不超出成本的基础上，能够满足施工需求的性价比较高的高压喷射机。施工所用材料的检测包括水泥、凝固剂等几种材料的质量检测。施工结束后，相关技术人员要对施工质量进行复核，并对质量出现问题的地方提出补救方案。

7 基础检定

7.1 抽芯检测

施工结束后，对水泥桩进行质量检测。通常会对水泥桩抽芯检测。检测内容包括但不限于桩体强度、桩体规格是否满足施工方案设计。经检测，此次施工的桩体大多都可以满足此次施工方案要求。

7.2 静载荷载试验

本次施工的目标桥梁是已经建成多年的成体桥梁。因此，桥梁此时的承载性能是没有办法按照常规的桥梁承载性能计算方法进行计算的。根据以往操作实例，决定对桥体进行静荷载试验。即对桥梁出现严重沉降的桥墩的桥面安设荷载物，测量当前桥墩的沉降情况，改变荷载量，再次进行沉降量的测量。技术人员可对数据进行汇总，利用相关软件绘制曲线图，对施工桥梁的荷载能力进行评估。

8 质量控制

在正式开始施工前，应该做好设备、机械的全面检查，确保其运行性能比较好，施工的质量合格以及所有人员都符合要求。旋喷灌注施工环节，做好孔口的全面控制，检查确定返浆是否符合要求，防止存在跑浆的情况。通常来说，需要应用间断注浆法来进行施工，结合浆液初凝时间，注浆间隔时间通常为1～1.5h。

通常情况下，旋喷管旋转速度应该限定在1～2R，每分钟向上提升的高度为 5～10cm，保证桩体的高度、桩径等全部都达到工程的质量标准。旋喷工作压力应该控制在 20Mpa 以上，确保浆液部分能够在高压的条件下进行喷射施工。旋喷环节随时注意查看压力表参数，进行记录。在施工结束的一个月后，应该进行高压旋喷钢管取芯检测，发现所有质量标准全部达到要求且取芯样本质量符合标准要求，所以本次的加固施工方案符合要求。

钻机安装到规定的位置上，要做好定位架调整作业，检测桩位，保证垂直度误差控制在1.5%以内。成孔施工阶段，加强地下水的管控。土层一般会具备湿陷性的特点，为了防止因湿陷而导致的路基下沉变形，应该通过干钻和无泵反循环联合工艺进行钻孔施工。在具体的作业环节，选择使用质量水平高的优质泥浆，更好地满足工程的施工标准要求，同时还应该控制好循环冲洗液使用量，确保冲洗效果符合要求，避免在成孔阶段发生软化的问题。

为了保证在施工阶段高压旋喷桩的施工位置能够进入到稳定性高的持力层结构中，在终孔作业之前，应该进行岩心检查，然后经过现场的建立人员与勘察设计人员的成孔质量的检测，防止在回填砂岩块孤石中导致砂岩层情况存在。造浆过程中要做好浆液配比参数的确定，水量每箱应该达到500kg，同时增加部分早强剂[4]。

成孔符合设计标准后，旋喷钻具下入到孔底的位置上，逐步向上旋喷施工。在压力符合规定的标准要求下，才能开始旋喷作业施工，同时保证灌注桩的形变符合技术标准的要求。高压旋喷桩在施工环节，其旋喷提升的速度能够符合施工工艺的标准，确保旋喷桩底部喷2min，且钻杆的连接位置上应该反复进行旋喷深度达到0.3m 以上[5]。反复高压旋喷灌注桩底±1.5m 范围，保证旋喷桩和灌注桩紧密黏合。

如果施工环节存在有任何的返浆问题，此时就要做好注浆量的管控。在旋喷作业结束之后，做好回灌浆处理，避免灌注桩与旋喷桩的结构部分进行分离。

9 结语

本文简述了高压旋喷桩技术的施工过程，并对施工流程和施工中会对施工质量产生影响的施工环节进行了罗列。高压旋喷桩可以有效地对桥体进行加固，延长桥梁的使用寿命，提升桥梁的安全系数，是对桥梁整体稳定性最有效的补救工程之一。但是在施工中仍有许多需要解决的问题，比如造价高、偶有不适用等情况的出现。相信在之后的行业发展中，高压旋喷桩施工工艺会有更好的发展前景。