固结灌浆及高压旋喷桩地基软基处理施工关键技术浅析

周勇 李鑫 田春 谭刚 杨严

【摘要】个绍采用固结灌浆及高压旋喷桩结合的地基处理方式，解决各地质分区地基不均匀性问题，有效加固软土覆盖层，控制工后沉降和工后差异沉降，提高地基土强度，改善回填压实土结构不均匀问题，并提高地基整体强度;减小新近高填方回填压实土后期遇水湿陷、蠕变及重力沉降等问题，实现结构基底加固，保障结构安全稳定。

【关键词】固结灌浆;高压旋喷桩;工后沉降;基底加固

【中图分类号】 TU472.3＋6          【文献标志码】 B

成都天府国际机场配套市政项目范围内，包括雨水暗渠、下穿隧道、综合管廊等大型现浇钢筋混凝土结构构筑物，该区域范围内存在大量前期场平新近填土，填土厚度变化较大，地质条件较为复杂，由于天府国际机场建设工期紧迫，无法使该类地基达到沉降自稳的需求，本标段暗渠软弱土层较深基本位于6.0～12.0 m范围，若是将场平新近填土，清除换填，以减小沉降，提高承载力，将导致工程造价大幅度提高，且通过多次方案比较，最终采用了在场平新近填土对部分节段结构坐落于基岩和 CFG桩群桩柔性复合地基上采用固结灌浆及高压旋喷桩施工工艺加固软基处理[1]，通过工程项目施工实践证明该技术既保证了质量，又有良好的效益。

1技术处理简述

当遇到软土覆盖层较深，且上部基础荷载较大，工后差异沉降难度大，基础换填受限时，采用固结灌浆孔及高压旋喷桩桩均采用一次跟管钻进、全孔分段自下而上灌浆的施工方法：所有固结孔 L =12.0 m一次成孔，孔深度6.0～12.0 m 范围内采用固结灌浆自下而上分段（0.50 m/段）边拔边灌连续灌浆作业，各孔固结灌浆施工完成后立即埋设 L =6.0 m、小100 mmPVC管拔管进行高压旋喷桩施工，待混凝土强度达要求后，与新近填土共同作用形成复合式地基，以保证地基承载力，避免不利沉降，减小新近高填方回填压实土后期遇水湿陷、蠕变及重力沉降量[2]。

2施工准备

2.1空压机

固结灌浆施工用高压空气采用美国寿力 H750（或 H900）型移动式空压机供高压空气，按每个地区1台空压机进行配制。在钻孔时，将移动式空压机布置在各地区平台上，再将风管接入洞内各工作面。

2.2施工用水

利用施工现场公共水源，水质应符合《混凝土拌用水标准》（JGJ63-89）的规范，不得使用含泥量超标的水。

2.3施工用电

用电主要以发电机自发电为主，从发电机接至各工作区域灌浆工作面各用电点。

2.4制、供浆系统

设置1个制浆站，制浆站配制1台高速制浆机、2台双层搅拌桶、2台3SNS 泵、记录仪1套，灌浆泵均布置在各灌浆工作区域附近。

2.5施工排水

制浆站排水：在制浆站旁各挖一5 mx5 mx2 m的沉淀池，废水排放前先排至沉淀池，经沉淀与过滤后再抽排至对外排污系统，并视现场情况定期对沉淀池进行清理，将清理出的沉淀物运至指定弃渣场。

3钻孔、固灌、高喷工艺流程

施工流程见图1。

3.1孔位布置

已完成小600 mmCFG混凝土桩3排计12孔，现布设5排固结灌浆及高压旋喷孔计32孔，排距0.86 m，孔距1.0 m， 以 CFG桩的孔排距均匀布置（图2），钻孔倾角为90。（垂直孔），钻孔孔径小146 mm、孔深 L =12.0 m。

3.2钻孔工艺

钻孔以 xZ-90A钻机及小146 mm偏心锤钻具跟管成孔，平均孔深12.0 m，确保进入老土层0.5 m。

3.3冲洗工艺及保护

灌浆前采用中压空气对孔内进行3 min冲吹，确保孔内岩粉、泥渣沉淀不大于20 cm，孔口采取堵塞保护，以防孔内掉人杂物造成堵孔现象。

3.4固结灌浆工艺

3.4.1固结灌浆分段

固结灌浆孔采用全孔分段自下而上灌浆方法，预计孔深度12.0～6.0 m范围内采用分段（0.50～1.5 m/段）边拔管边灌浆连续作业，各孔段固结灌浆结束立即进行高压旋喷施工，固结、高喷段搭接长度0.5 m。

3.4.2固结灌浆方式

固结灌浆孔采用纯压封闭灌注法。

3.4.3固结灌浆压力

（1）固结灌浆压力I序孔0.10-0.20 MPa、I序孔0.20-0.30 MPa、Ⅲ序孔0.30-0.50 MPa。

（2）采用纯压封闭灌浆，压力表安装在回浆管路。压力值读取压力表指针摆动的中间值，指针摆动范围小于灌浆压力的20%，采用自动灌浆记录仪能测记录间隔时段内灌浆压力的平均值和最大值。

（3）灌浆压力达到设计压力，每级压力的灌浆时间不少于5 min。

3.4.4水灰比及浆液变换原则

3.4.4.1水灰比

固结灌浆水灰比 I序孔采用水泥浆液0.8：1、0.5：12个比级;起灌比级0.8：1;I序孔采用水泥浆液1：1、0.8：1、0.5：1

3个比级，起灌比级1：1;Ⅲ序孔采用水泥浆液2：1、1：1、0.8：1

3个比级，起灌比级2：1。

3.4.4.2浆液变换原则

（1）总原则是由稀至浓逐级变换。

（2）灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或当注入率不变而压力持续升高时不得改变水灰比。

（3）當某级浆液注入量已达300 l以上或灌注时间已达10 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。

（4）当注入率大于30 l/min 时，视现场具体情况可越级变换水灰比。

3.4.5灌浆结束标准

在设计灌浆压力下，达到规定灌浆压力后，正常起拔套管;当灌浆超过设计压力以后急剧上升时，可连续起拔管，直至降至设计压力以下，改回正常起拔管。当注入率单孔不大于10 l/min，，继续灌注10 min后，可结束灌浆。

3.4.6灌浆特殊情况处理

3.4.6.1冒浆处理

灌浆过程中发现冒浆，应视具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、间歇、待凝等方法进行处理。

3.4.6.2串浆处理

（1）如被串孔正在钻孔，应立即停钻，并将孔口堵塞。

（2）若不具備对被串浆孔进行同时灌浆，则应塞住被串浆孔，待灌浆孔结束后，对被串浆孔进行重新扫孔、冲洗，而后继续钻进、灌浆。

3.4.6.3灌浆中断处理

（1）灌浆作业必须连续进行，若因故中断，应尽快及时恢复灌注，若中断时间小于30 min，可按中断前相关指标继续复灌。

（2）若中断时间较长或超过30 min，应立即设法冲洗，若冲洗无效，则应在重新灌浆前进行扫孔，再恢复灌浆。复灌开始时应使用该段中断前的开灌水灰比进行灌注。若注入率与中断前相近，即可采用中断前的水灰比继续灌注;如注入率较中断前减少较多时，应逐级加浓继续灌注;若注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。

3.4.6.4注浆量大难以结束情况处理

（1）采取低压、浓浆、限量、限流、间隔灌浆等。

（2）掺加速凝剂、减水剂等，灌注速凝浆液。

4高压旋喷工艺

4.1桩位布置

高压旋喷桩桩位与固结灌浆孔位一致，灌浆结束后孔口预埋 L =0.5 m、110 cmPVC管或作好其他标记以便于固结灌浆完成后高压旋喷施工时确认桩孔位。

4.2工艺参数

该标段高压旋喷桩施工采用双管法，施工桩径：小600 mm、桩长：6.0 m，为确保施工桩质量，高喷起始段与固结灌浆停灌段搭接0.5 m。

高压旋喷桩工艺参数如表1所示。

4.3 高喷机到位

（1）高喷机就位钻杆对准孔位，用水平尺测量机体水平、立轴垂直，钻机要平稳牢固。

（2）测量钻杆长度，测量喷嘴中心线是否与钻杆方向一致。

（3）施工时应进行地面浆试喷，保证管路畅通无堵塞。

（4）在下钻杆过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，应边射水边下钻，水压力一般不7过5 MPa，若压力过高，则易将孔壁射塌。

4.4旋喷制浆

高压旋喷桩施工采用双管法，用 P.042.5R级普通硅酸盐水泥，水灰比1：1、相对密度1.50以上。在浆液使用前检查输浆管路和压力表，保证浆液顺利通过输浆管路喷入地层。旋喷用的水泥浆液在进入高压泵施喷之前，要进行过滤，保证不7过0.5 mm的颗粒进入，且无石块等杂质，以免堵塞钻杆，配置的浆液应流动性好，便于泵送、喷射。

4.5喷射作业

高压旋喷桩为自下而上连续作业。

（1）当钻杆下至设计深度，喷嘴达到设计标高，即可喷射注浆。

（2）开喷送人符合设计要求的水泥浆，待浆液返出孔口正常后，开始提升，提升速度30～35 cm/min， 旋转速度20 r/min。

（3）高压旋喷桩喷射过程中出现压力突降或骤增，必须查明原因，及时处理。

（4）喷射过程中拆卸钻杆时，应进行下落搭接复喷，搭接长度不小于0.2 m。

（5）喷射过程中因故中断后，恢复喷射时，应进行复喷，搭接长度不小于0.2 m。

（6）喷射中断7过浆液初凝时间，应进行扫孔，恢复喷射时，复喷搭接长度不小于0.1 m。

（7）喷射过程中孔内漏浆，应考虑从孔口加入速凝剂，停顿数分钟后再继续观察返浆情况考虑是否继续喷射。

（8）喷射过程中孔内严重漏浆，停止喷射，提出钻杆，采取堵漏措施。

（9）为了提高桩的承载力和确保处理质量，在桩顶2 m 范围内复喷。

4.6复喷

因地表无盖重影响高喷效果，采用桩头0～2.0 m复喷，确保高喷质量。

4.7充填回灌

高压旋喷桩结束后，孔口水泥浆会产生析水沉淀回缩，应及时向孔口充填灌浆，直到孔口浆面不再下沉为止。

5试验检测方法

（1）采用sM植物胶双管法取芯，检测地基土密实度及均匀性并注水检测地层的透水性;钻孔取芯全孔不掉钻、不漏水，加固后地基土结构较密实。

（2）静载试验，检测复合地基承载力;全孔所取岩芯浆结石充填明显，复合地基承载力明显提升。

（3）进行沉降变形实时监测。

6试验工艺及成果分析

6.1钻孔工艺成果分析

试验区已施工12个 CFG桩，现布施32个固结、高喷试验孔，钻孔工艺分为低风压跟管钻孔和高风压跟管钻孔两种方法。低风压跟管钻孔成孔后出渣不畅，无法正常安装灌浆栓塞，故改用高风压跟管钻孔，灌浆施工效率显著。单孔完成钻进时间：40 min/孔 L =12 m，单台钻机完成工程量360.0 m（30孔/d）。

6.2固结灌浆工艺成果分析

6.2.1固结灌浆工艺分析

6.2.1.1灌浆水灰比

试验孔分0.8：1、1：1、2：13种起灌水灰比进行对比试验。Ⅰ序孔采用0.8：1浆液起灌，无压、无回浆、说明孔隙大、连通性好、吸浆量大，故变浆为0.5：1升压达到设计值结束灌浆;I序孔采用0.8：1浆液起灌，有压、回浆大、说明孔隙减小、吸浆量小，故 I序孔起灌水灰比调整为1：1起灌， 1：1、

0.8：1升压达到设计值结束灌浆;Ⅲ序因孔隙细微灌入差，故采用2：1浆液起灌，2：1、1：1升压达到设计值结束灌浆。

6.2.1.2灌浆压力

试验孔方案设计灌浆压力为：I序孔0.30～0.50 MPa、I 序孔0.50～0.80 MPa、Ⅲ序孔0.80～1.00 MPa。灌浆试验过程中，随着压力递增浅表地层反复被击穿发生串浆、冒浆而待凝，影响灌浆效率和质量，故后续灌浆试验采用 I序孔0.10～0.20 MPa、I序孔0.20～0.30 MPa、Ⅲ序孔0.30～0.50 MPa，對试验孔跟管管壁冒浆、串浆进行良好控制，提高了灌浆效率，更能确保灌浆质量。

6.2.1.3灌浆段长

固结灌浆试验原设计段长采用0.50 m/段边拔管边灌浆，灌浆效果较好、但效率低;实际采用1.50 m/段边拔管边灌浆，灌浆效果差别不大，效率明显提高。

6.2.1.4灌浆方式

固结灌浆试验原设计四周Ⅰ序孔采用纯压式灌浆，Ⅱ、Ⅲ序孔采用循环式灌浆。由于循环式灌浆孔内多一组管路，严重影响拔管拆卸、安装效率，后改进为孔内纯压半路回浆式灌浆，提高施工效率，但对回填土固结灌浆质量影响不大。

6.2.2固结灌浆成果分析

6.2.2.1各次序孔单位注入量分析

由附表1可知：Ⅰ序孔平均单位注入量为214.5 kg/m， Ⅱ序孔平均注入量为77.7 kg/m， Ⅲ序孔平均单位注入量为43.2 kg/m， 由此可见：单位注入量随施工加密排序而递减的规律显著。

6.2.2.2单位注入量频率分析

固结灌浆32段，单位注入量区间段数/频率%，Ⅰ序孔50～100 kg/m的1段，频率为5%;100～200 kg/m的10段，频率为50%;200～300 kg/m的5段，频率为25%;300～400kg/m的2段，频率为10%;400～500 kg/m的1段，频率为5%;500～800 kg/m的1段，频率为5%。

Ⅱ序孔_50 kg的5段，频率为83%;50～100 kg/m的1段，频率为17%。

Ⅲ序孔_50 kg的6段，频率为100%（图3）。

6.2.3固结灌浆效率分析

单台灌浆设备完成灌浆时间：75 min/孔、L =6.0 m，单台灌浆设备完成工程量96.0 m（16孔/d）。

6.3高压旋喷桩工艺分析

6.3.1高压旋喷桩工艺分析

20#、33#两孔选用高压喷嘴2.2 mm，压力25 MPa、提升速度25 cm/min、注入水泥量133.3 kg/m孔口返浆较大;其他31孔均选用高压喷嘴2.0 mm，压力30 MPa、提升速度30 cm/min、注入水泥量83.3 kg/m孔口返浆相对较小。根据经验双管法注入水泥量小于100.0 kg/m，虽然孔口返浆相对较小，但很难保证高喷质量，提升速度需降低。

6.3.2高压旋喷桩进度分析

单台喷浆设备完成喷浆时间：40 min/孔、L=6.0 m，单台喷浆设备完成工程量180.0 m（30孔/d）。

6.4钻孔取芯检查结果分析

（1）钻孔取芯全孔不掉钻、不漏水，说明加固后地基土结构较密实。

（2）全孔所取岩芯浆结石充填明显。

（3）取芯钻孔破植物胶后，注水未渗漏形状完好。

7该技术主要技术特点

（1）有效改善回填压实土结构不均匀问题，并提高地基整体强度。

（2）控制工后沉降和工后差异沉降，减小新近高填方回填压实土后期遇水湿陷、蠕变及重力沉陷量。

8适用范围

该技术适用于回填压实土、原位地基处理土区的固结灌浆和高压旋喷桩加固处理，在保证成桩质量的前提下，技术经济效果最佳。

9结束语

采用该技术，有效改善回填压实土结构不均匀问题，并提高地基整体强度;控制工后沉降和工后差异沉降，减小新近高填方回填压实土后期遇水湿陷、蠕变及重力沉陷量，减少了大量土石方工程量，减小了换填，避免了大量土石方借用、弃置、转运等所需新增用地量，节约土地，符合我国基本国情。由于新近填土沉降周期较长，过大沉降将导致构筑物破坏，承载力达不到要求。而采用开挖换填进行地基处理往往工期较长，应用该技术进行地基处理，节约施工工期。

采用该技术，减少了土石方作业，对原有自然地貌的破坏，保护了环境;避免了土石方施工中，投入大量机械、车辆，减少了机械噪声和废气的排放;避免了土方运输，产生的扬尘，减少了洒水作业，节约了用水，环保效益显著。

参考文献

[1]钱军刚.恰木萨水电站主变压器基础加固处理[J].红水河，2022（1）：41.

[2]邢建营，关志诚，吕小龙.面板堆石坝深覆盖层处理技术研究及在河口村水库工程中的应用[ J]，岩土工程学报， 2020（7）：42.