高压旋喷注浆法在地基加固中的应用

刘 研

（中电建建筑集团有限公司，北京 100000）

0 引言

地基不均匀沉降导致地基下陷或者地基裂缝病害现象时有发生，对地基进行加固是建筑工程质量的保证。常用的地基加固工艺包括注浆加固、CFG 桩加固及高压旋喷注浆加固。具体选择何种加固施工方案，需分析地基病害成因，对比不同加固工艺的优劣势，从而选择合理的加固方案。本文结合建筑工程实例，详细分析高压旋喷注浆法在建筑地基加固中的运用。

1 高压旋喷注浆法工艺原理

所谓高压旋喷注浆法，是指充分利用高压高速水泥浆旋喷喷射流，切割地基土体，在高压作用下使水泥砂浆能够与地基土混合在一起，当水泥砂浆凝结后，会形成圆柱状固结体，牢固附着在地基土上，进而使地基结构更具强度，从而发挥加固作用。采用高压旋喷注浆法不仅能够对地基周围土体进行加固，同时也会增加该部分土体的承载力，最大程度避免其变形而发生地基不均匀沉降[1]。在实际施工过程中，确定地基土层预定深度，充分利用钻机，把注浆管埋置到预定深度的土层上，注意注浆管要装配喷嘴装置，这是因为水泥砂浆需要通过喷嘴喷射到土层内。作业时，合理控制喷射流速度，一般设定在20～22MPa为宜[2]。喷射过程中，在高压作用下，高速喷射流产生较大的离心力，从而保证水泥砂浆能够与地基土层的土颗粒充分混合。根据作业程序一直喷射，直到形成圆柱形桩体结构，当直径达到设计标准及要求后，即可停止喷射。结合地基实际情况，可选用3 种形式的高压旋喷注浆法，分别为单管法、二重管法、三重管法。

2 工程实例

2.1 工程概述

某办公楼采用框架-剪力墙结构，筏板基础，建筑面积为18526m2，包括地下1层和地上19层。设计结构安全等级2 级，抗震设防烈度7 度。通过调查发现，所在区域持续降雨时间集中在7～8 月份，降水量比较大，导致地基土受到雨水侵蚀，地基基础出现不均匀沉降，出现较严重变形，并有湿陷情况，此状况造成建筑物墙体开裂，控制室地面下陷，最大下陷距离达到150mm。

2.2 地基病害成因分析

经过现场勘查确定地基状况，通过所得数据对地基病害成因进行分析，分析结果如下：

（1）地基基础比较薄弱的主要原因是地基地层主要由粉土和杂填土构成。粉土分布在杂填土下方，分布状态多为虫孔，软塑性比较强，层厚0.5～3.4m，对其含水量进行测定，证实其平均含水量为28%。而杂填土分布在表层，土层厚度0.9～4.3m，主要为黏性土，含水量比较大，在地基沉降的过程中，杂填土主要呈软塑状态。这两种岩土的物理力学指标见表1所示。

（2）地基病害的主要成因是最初施工时未针对土质情况进行相应改良，杂填土主要为素填土、黄土，且建筑所处位置属填方地段，导致建筑地基施工不满足设计要求，加之项目所处区域年降水量大，降水集中，长期积水，而排水设施功能相对较差，无法及时排水，导致大量雨水渗入到地基内部，使土体的含水量明显升高，长期受此影响，导致地基结构出现不均匀沉降，从而滋生多种地基病害。

3 加固方案的确定

地基加固工艺主要包括注浆加固、CFG 桩加固及高压旋喷注浆加固工艺，各加固工艺的优势分析见表2所示。在具体选择何种施工方案时，需对地基病害成因及加固工艺的优劣势进行综合分析后选择合理的加固方案。

表2 不同加固技术优势分析

因本工程对地基加固要求比较高，对于注浆加固法而言，其灌浆质量稍差，因此不予选用。CFG 桩工艺不适宜用在要求较高的地基加固中，因此将此法排除。高压旋喷注浆法虽然土体固结表现良好，往往应用在要求较高的地基加固工程中，但应用此法时需做好施工管理和监督，确保施工质量，因而可能会增加额外支出[3]。通过对上述方法的综合比较，最终确定采用高压旋喷注浆法进行地基加固。选用高压旋喷注浆技术的前提是有软弱地基需要处理，经过高压旋喷注浆施工，促使软弱地基变成复合地基，增强地基结构土体的稳定性，并及时封堵墙体裂缝，至少要达到墙体裂缝长度不再增加且深度不再加深的目的，并且有效控制不均匀沉降持续发展。

4 高压旋喷注浆法施工要点

4.1 确定工艺参数

根据施工规范，地基加固后旋喷桩复合地基土承载力应符合≥300kPa 的基础设计要求值。根据施工现场实际状况，确定高压旋喷注浆工艺参数。首先，明确旋喷桩的数量。地基加固选用95 根旋喷桩，其承载力达到180kN，桩长为6m，且桩径≥500mm，每根旋喷桩的距离控制在1.8m，桩端设置在粉土持力层，该层呈硬塑状态。在施工过程中，每隔2 个桩放置1 根旋喷桩，也就是常说的“喷1 跳2”，2 桩之间需要有一定的施工间隔期，一般为1 周。旋喷桩数量及施工方法确定后，需要配置水泥砂浆，选择硅酸盐水泥材料至少保证强度在42.5 级，水灰比1∶1.2。为保证水泥砂浆强度，配制水泥砂浆时加入适量水玻璃速凝剂，浓度控制在2.0%[4]。随后紧贴建筑墙面钻孔，为严格控制钻孔质量，确定好钻孔位置，偏差范围必须控制在设计标准内，一般与设计值之间维持在±50mm，如果超过这个范围，需要及时进行纠正。

4.2 注浆、成桩

旋喷注浆作业时，严格控制压力和旋转速度，施工设定在22MPa 和18r/min，具体注浆操作时顺序为由下至上。喷嘴需要提升时，将速度和流量分别设定为25cm/min、80L/min。严格按照设计要求进行注浆作业，喷射完毕后，结合实际喷射质量，必要时进行复喷，复喷时可适当提高速度。为防止最后的固结体出现不连续断裂，需要多次卸管，并且保证搭接长度＞10cm[5]。此外，为提升地基结构的承载能力，注浆到最后1m 时，应保证上端桩径≥50cm，而下端桩径则≥60cm[6]。也就是说，注浆施工到最后时，需要在复喷时适当扩大上下端桩径。为保证成桩施工质量，地基施工时需要停机后再供浆。为减少质量问题，停机时在断浆面上端及下端位置进行重复搭接，并且合理确定搭接长度。由于地基土质主要为粉土，容易出现湿陷，为避免喷嘴受堵，及时更换压缩空气旋喷管插管，更换后的插管压力达到1.0MPa[7]。这样一来，不仅能够降低堵管风险，还能显著提升喷射作业效率，可谓一举两得。

5 施工效益分析

对复合地基开展静载试验，采用方形、圆形承压板，由千斤顶进行反力加载，沉降测量采用精密百分表，选取10 组复合地基测量其承载力，经过旋喷桩处理的复合地基承载力均高于300kPa 的设计值，结果见表3。

表3 10组复合地基承载力实际测量值

6 结束语

高压旋喷注浆法被广泛运用到建筑地基沉降问题处理中，对于地质状况比较复杂的软弱地基，或者持力层埋深大、地基承载力要求高的建筑，高压旋喷注浆法均能发挥良好的加固作用。本文结合建筑工程实例，对高压旋喷注浆法的具体应用进行探讨和总结，结果证实，高压旋喷注浆法是一种高效、可行的地基加固技术，可在类似建筑工程中加以推广。