陳波

（深圳市交通公用設(shè)施建設(shè)中心，廣東 深圳 518000）

高壓旋噴技術(shù)是于上世紀(jì)70年代初期在日本興起的一種新型地基處理技術(shù)，70年代中后期，我國(guó)的冶金、煤炭、建筑等部門(mén)相繼在深基坑開(kāi)挖、橋墩加固、水壩壩基防滲、軟弱地基加固等方面應(yīng)用該技術(shù)，并取得了較好的效果。然而，發(fā)展至今，國(guó)內(nèi)對(duì)于高壓旋噴技術(shù)的施工機(jī)理尚沒(méi)有做系統(tǒng)的研究，在處理溶洞軟弱地基方面，尚缺乏充足的工程實(shí)例?；诖耍疚慕Y(jié)合一工程實(shí)例，探討了高壓旋噴技術(shù)在溶洞樁基中的施工工藝和技術(shù)機(jī)理，以供同類工程參考。

1 工程概況

龍城北高架橋工程Y15-1樁樁徑1.6m，原設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為24m（設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高31.894m，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高7.894m），根據(jù)此樁的地質(zhì)勘察報(bào)告，標(biāo)高9.61m～4.31m范圍為微風(fēng)化大理巖，4.31m下無(wú)地質(zhì)報(bào)告，地質(zhì)勘探中未發(fā)現(xiàn)溶洞。該樁于2007年12月11日開(kāi)孔施工，2007年12月22日結(jié)束。施工至標(biāo)高9.952m，在抽芯檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分沒(méi)有進(jìn)行超前鉆的樁基礎(chǔ)樁底存在溶洞遇溶洞，且繼續(xù)沖進(jìn)時(shí)巖樣不夠完整。按設(shè)計(jì)要求，須穿過(guò)溶洞進(jìn)入完整微風(fēng)化巖1d方能終孔，因此，經(jīng)參建各方現(xiàn)場(chǎng)確定巖樣，最終終孔標(biāo)高為6.21m，實(shí)際樁長(zhǎng)為25.68m。由于當(dāng)時(shí)該樁的承臺(tái)、立柱均施工完畢，無(wú)法采取原樁位重沖方式進(jìn)行處理，因此，決定采用高壓注漿方式進(jìn)行加固處理。下面簡(jiǎn)述高壓旋噴注漿的技術(shù)機(jī)理及其施工工藝。

2 高壓旋噴技術(shù)的加固機(jī)理

高壓旋噴注漿技術(shù)是利用鉆機(jī)將注漿管鉆進(jìn)至加固土層的預(yù)定位置，而后用高壓設(shè)備將漿液或水以20～40MPa左右的高壓流從噴嘴中噴射出來(lái)，有兩種注漿形式，即旋轉(zhuǎn)噴射（簡(jiǎn)稱旋噴）和定向噴射（簡(jiǎn)稱定噴。高壓噴射流能量大、速度快，其脈動(dòng)動(dòng)壓超過(guò)土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，土顆粒就從土體中剝落下來(lái)。細(xì)小的土粒會(huì)隨著漿液冒出水面，其余土粒則在噴射流的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例有規(guī)律的重新排列，待漿液凝固后，就形成了強(qiáng)度遠(yuǎn)大于土體的固結(jié)體。固結(jié)體的形態(tài)和噴射流移動(dòng)方向有關(guān)。旋噴時(shí)，噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)和提升，固結(jié)體呈圓柱狀。旋噴主要用于加固地基，提高地基土的抗剪強(qiáng)度，改善土的變形性質(zhì)，使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，不至于產(chǎn)生過(guò)大的變形或破壞。旋噴也可以組成閉合的帷幕，用于截阻地下流和治理流砂。定噴時(shí)，噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向固定不變，固結(jié)體形如壁狀。定噴主要用于基礎(chǔ)防滲，改善地基土的水流性質(zhì)，穩(wěn)定邊坡。按照施工機(jī)械不同，高壓旋噴注漿又可分為單管法、二重管法、三重管法和多重管法，其中單管法施工較為理想。

3 材料的選擇

3.1 漿液的性質(zhì)

如前所述，高壓旋噴注漿是靠高壓噴射流破壞土層，并與土體混合構(gòu)成新的固結(jié)體；靜壓注漿則主要靠液流的滲透、壓密和劈裂填充土體的空隙。因此，與靜壓注漿不同，噴射注漿對(duì)漿液材料種類、粘度與顆粒大小要求不是十分嚴(yán)格。但噴射工藝要求漿液應(yīng)具有良好的可噴性，有足夠的穩(wěn)定性，能調(diào)節(jié)漿液的膠凝時(shí)間。此外，漿液還應(yīng)具有良好的力學(xué)性能，無(wú)毒、無(wú)臭，結(jié)石率高。目前，我國(guó)基本上采用以水泥漿為土劑，摻入少量外加劑的噴射方法。水灰比一般采用1:1到1.5:1，就能保證漿液的噴射效果。

3.2 固結(jié)體強(qiáng)度

固結(jié)體強(qiáng)度主要取決于、土質(zhì)、噴射材料、水灰比、注漿管的類型和提升速度以及單位時(shí)間的注漿量等因素。注漿材料為水泥時(shí)，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度的初步設(shè)計(jì)可參考表1。對(duì)于大型的或重要的工程，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)噴射試驗(yàn)后采樣測(cè)試來(lái)確定固結(jié)體的強(qiáng)度等性質(zhì)。

4 旋噴參數(shù)的選擇

4.1 壓力參數(shù)的選擇

一般情況下采用加大泵壓力來(lái)增加其流量及流速，進(jìn)而增大噴射力。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，本工程壓力選擇為：0～3m時(shí)，采用25MPa，3m以下時(shí)采用23MPa。

4.2 旋轉(zhuǎn)提升參數(shù)的選擇

旋轉(zhuǎn)、提升的速度與噴流半徑有關(guān)，而有效半徑與噴嘴的幾何尺寸和噴射角度有相互聯(lián)系，并直接影響噴流的特性。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，旋噴提升速度宜控制在25～28cm/min范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)速度宜控制在20～28r/min范圍內(nèi)。其中在頂部1m應(yīng)選用較慢的轉(zhuǎn)速和提升速度。一般為20～23cm/min速度提升，20r/min旋轉(zhuǎn)。

4.3 噴嘴直徑的選擇

噴嘴安裝在鉆頭側(cè)面，是旋噴注漿的關(guān)鍵部分，噴粉直徑大小對(duì)噴射流速度影響很大。一般單管注漿中噴嘴直徑選用2.0～3.2mm。

5 高壓旋噴注漿施工工藝及技術(shù)要求

5.1 施工工藝

5.1.1 鉆機(jī)就位。鉆孔位置布置圖如圖1所示。鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)的孔位上并應(yīng)保持垂直，旋噴管的允許偏斜控制在1.5%之內(nèi)。

5.1.2 鉆孔。單管旋噴常使用76型旋轉(zhuǎn)振動(dòng)鉆機(jī)，鉆進(jìn)厚度達(dá)30m以上，適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入度小于40的砂土和粘性土層。當(dāng)遇到比較堅(jiān)硬的地層時(shí)宜用地址鉆機(jī)鉆孔。鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于50mm。

5.1.3 插管。下管時(shí)將噴頭進(jìn)行密封，以防漿、氣、水管道堵塞；下到設(shè)計(jì)深度后，按漿、水、氣順序依次送入，如使用地址鉆機(jī)鉆孔完畢，必須拔出巖芯管，并換上旋噴管插入到預(yù)定深度。在插管過(guò)程中。為了防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓力不超過(guò)1Mpa。若壓力過(guò)高易將空壁射塌。

圖1 Y15－1樁注漿加固鉆孔布置圖

5.1.4 噴射作業(yè)。首先高噴臺(tái)車(chē)就位、進(jìn)行調(diào)平、支撐點(diǎn)墊實(shí)墊穩(wěn)；全面檢查噴漿設(shè)備是否完好，再進(jìn)行孔口試噴，檢查各種管路是否暢通，各種參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求和孔口返漿正常后，再按要求進(jìn)行正常提升噴射。

5.1.5 沖洗。噴射施工完畢應(yīng)將注漿管等機(jī)具沖洗干凈，管內(nèi)、機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除。

5.1.6 移動(dòng)機(jī)具。按照?qǐng)D1所示的施工順序，將鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

5.2 主要技術(shù)要求

在鉆機(jī)就位時(shí)，應(yīng)確保機(jī)座平穩(wěn)，立軸或轉(zhuǎn)盤(pán)應(yīng)與孔位對(duì)正，傾角與設(shè)計(jì)誤差控制在0.5°。在噴射注漿前，應(yīng)檢查高壓設(shè)備及管路系統(tǒng)，管路系統(tǒng)的密封圈必須良好，設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計(jì)要求。嚴(yán)禁通道和噴嘴內(nèi)存有雜物。開(kāi)動(dòng)注漿泵時(shí)應(yīng)注意，待估算水泥漿的前鋒已經(jīng)流出噴頭后，再開(kāi)始提升注漿管，自下而上噴射注漿。噴射注漿時(shí)，開(kāi)機(jī)順序也要嚴(yán)格遵守規(guī)定，開(kāi)始噴射注漿孔的孔段要與前段搭接0.1m，以防固結(jié)體脫節(jié)。由于漿液的析水作用，噴射注漿結(jié)束一般均有不同程度的收縮，使固體體頂部出現(xiàn)凹穴。因此，應(yīng)及時(shí)用水泥漿進(jìn)行補(bǔ)灌，水灰比控制在0.6～1之間，并要預(yù)防其它鉆孔排除的泥土或雜物進(jìn)入。為加大固結(jié)體尺寸，或防治溶洞填充不實(shí)，可采用提高噴射壓力、泵量或降低回轉(zhuǎn)與提升速度等措施，或采用復(fù)噴工藝。

要求持力層與溶洞水泥漿接觸良好，溶洞充填飽滿；采用抽芯檢驗(yàn)水泥漿混凝土強(qiáng)度值要求大于20MPa，施工配方按C30設(shè)計(jì)。高壓噴射注漿噴射過(guò)程中出現(xiàn)壓力突降或驟增，必須查明原因，及時(shí)處理。噴射過(guò)程中拆卸噴射管時(shí)，應(yīng)進(jìn)行下落搭接復(fù)噴，搭接長(zhǎng)度不小于0.2m。噴射過(guò)程中因故中斷后，恢復(fù)噴射時(shí)，應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，搭接長(zhǎng)度不小于0.5m。噴射中斷超過(guò)漿液初凝時(shí)間，應(yīng)進(jìn)行掃孔，恢復(fù)噴射時(shí)，復(fù)噴搭接長(zhǎng)度不小于1m。噴射過(guò)程中孔內(nèi)漏漿，停止提升，直至不漏漿為止，繼續(xù)提升。噴射過(guò)程中孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿，停止噴射，提出噴射管，采取堵漏措施。對(duì)有特殊要求的注漿孔，可采用復(fù)噴來(lái)增加噴射長(zhǎng)度和強(qiáng)度。

5.3 質(zhì)量檢查

高壓旋噴注漿的質(zhì)量檢查可分為施工前檢查和施工后的檢查。施工前，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)旋噴固結(jié)體試驗(yàn)，借此了解設(shè)計(jì)采用的旋噴參數(shù)、漿液配方、外加劑材料是否合適，固結(jié)體質(zhì)量能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。如某些指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，則可采取相應(yīng)措施，使旋噴質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。施工后的檢查，是對(duì)旋噴施工質(zhì)量的鑒定，一般在旋噴施工過(guò)程中或施工一段時(shí)間進(jìn)行，檢查的數(shù)量通常為旋噴固結(jié)體數(shù)量的2～5%，但每個(gè)加固工程至少檢查二個(gè)，檢查對(duì)象應(yīng)選擇為地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)及旋噴時(shí)異常現(xiàn)象的固結(jié)體。凡檢驗(yàn)不合格者，應(yīng)在不合格的點(diǎn)位附近進(jìn)行補(bǔ)噴或采取有效補(bǔ)救措施，然后再進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。高壓噴射注漿后形成的旋噴樁基強(qiáng)度較低，28d的強(qiáng)度在1～10MPa之間，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較慢。檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)在噴射施工結(jié)束后4周進(jìn)行，以防在固結(jié)強(qiáng)度不高時(shí)，因檢驗(yàn)而受到破壞，影響檢驗(yàn)的可靠性。

6 結(jié)論

通過(guò)本工程的施工，對(duì)于高壓旋噴注漿的加固機(jī)理有了更近一步的認(rèn)識(shí)，得出的主要結(jié)論如下：（1）通過(guò)高壓旋噴注漿使得溶洞處土層由原來(lái)的無(wú)側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ǖ倪吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了樁周土體的強(qiáng)度；（2）高壓旋噴注漿施工操作對(duì)樁周?chē)幸欢ǖ臄D密壓實(shí)作用，使得樁側(cè)壁摩擦阻力增大，也使得樁周?chē)能浫跬翆映休d力提高；（3）通過(guò)高壓旋噴注漿，水泥-土混合漿液在尚未凝結(jié)前將產(chǎn)生擠壓力，對(duì)四周土有壓密作用，并使部分漿液進(jìn)入土?？障吨?，形成“脈”狀、“板”狀水泥結(jié)合體，從而提高樁周土體的承載力。

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