（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

隨著施工技術(shù)的發(fā)展，注（灌）漿硬化和樁基加強(qiáng)承載力作為基底處理的方法，已經(jīng)發(fā)展出多種施工工法。高壓旋噴樁以其工藝簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便，施工原材來(lái)源廣泛，成本低廉的特點(diǎn)，成為眾多處理方案中應(yīng)用較廣泛、經(jīng)濟(jì)性較高的一種施工工法。在高壓旋噴樁使用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，不同的基地在處理時(shí)需要不同的設(shè)計(jì)要求和工藝參數(shù)，不能“拿來(lái)主義”，需要因地制宜，適當(dāng)優(yōu)化。典型的如深層淤泥施工環(huán)境下，不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)要求和工藝參數(shù)，會(huì)造成原材的大量浪費(fèi)，且樁體質(zhì)量得不到保證。本文就深層淤泥高壓旋噴樁施工漿液材料選擇和施工工藝進(jìn)行研究。

1 深層淤泥土一般性處理方法中常見(jiàn)問(wèn)題探究

深層淤泥土處理屬于隱蔽工程施工，且施工過(guò)程不可見(jiàn)，只能通過(guò)確保工藝參數(shù)和事后檢查的手段，來(lái)對(duì)處理質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，監(jiān)管措施缺乏，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，補(bǔ)救措施難以實(shí)施，進(jìn)而造成嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。

一般的深層淤泥土處理采用水泥攪拌樁的方式進(jìn)行。深層淤泥地基屬于軟弱類(lèi)基底，主要特征表現(xiàn)為地質(zhì)不均勻，存在各種地質(zhì)土層，給深層淤泥土施工造成了極大的困難，并容易產(chǎn)生各類(lèi)施工問(wèn)題[1]。水泥攪拌樁工法施工存在的問(wèn)題主要為：

第一，水泥攪拌機(jī)下沉困難。由于深層淤泥土本身的性質(zhì)，不均勻分布較堅(jiān)硬的土層，水泥攪拌機(jī)在下沉過(guò)程中阻力增大；深層淤泥土中夾雜的石塊和樹(shù)根等堅(jiān)硬和韌性較強(qiáng)的物質(zhì)，也會(huì)攪拌機(jī)的下沉提供阻力。下稱(chēng)阻力的增大，容易造成攪拌機(jī)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，電流值升高，一旦超過(guò)攪拌機(jī)電機(jī)的最大使用量程，將會(huì)造成攪拌機(jī)電機(jī)跳閘和停機(jī)。

第二，水泥攪拌機(jī)就位困難。由于深層淤泥土內(nèi)含有多種物質(zhì)，如果圖紙黏性過(guò)大，水泥攪拌機(jī)將無(wú)法下沉至指定位置，需要增加攪拌機(jī)自重，施工過(guò)程較為繁瑣。

第三，水泥攪拌機(jī)設(shè)計(jì)能力不能滿足施工條件的高要求。對(duì)深層淤泥土進(jìn)行準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)較為困難，水泥攪拌機(jī)設(shè)計(jì)工作能力、工作目的和技術(shù)參數(shù)不可能和施工場(chǎng)地的要求完全一致，導(dǎo)致水泥攪拌樁施工“先天不足”。

設(shè)備本身的問(wèn)題和淤泥土自身的性質(zhì)是客觀存在的，因此，雖然水泥攪拌樁施工是最重要的深層淤泥處理方法，但限制條件也很大，不能簡(jiǎn)單沿用以往經(jīng)驗(yàn)。

2 高壓旋噴樁在深層淤泥土處理中的優(yōu)勢(shì)

高壓旋噴樁作為地基處理的一種有效的手段，和傳統(tǒng)的水泥攪拌樁相比，具有明顯的差異。一般而言，高壓旋噴樁的施工，首先鉆孔至指定深度，再將裝有特質(zhì)合金噴嘴的注漿管下放到預(yù)定位置，利用高壓射流漿液使土體剝離，漿液和剝離土混合而形成柱狀（旋噴）圓斷面樁。類(lèi)似的還有擺噴、頂噴，也都是高壓灌漿的噴射形式，和高壓旋噴的施工工藝相同。水泥攪拌樁則是使用深層攪拌機(jī)，以機(jī)械旋轉(zhuǎn)的方法攪動(dòng)地層，同時(shí)灌入水泥漿液或噴入水泥干粉，同土體充分混合形成樁體。

水泥攪拌樁的施工，對(duì)施工場(chǎng)地具有一定要求，一般用于軟土地基的改良。其成樁機(jī)械較大，制成的樁體水泥含量低，強(qiáng)度低，只能作為復(fù)合地基使用。相較而言，高壓旋噴樁使用的鉆機(jī)體積小、重量輕，制成的樁體水泥含量高，強(qiáng)度高，接近于混凝土樁。高壓旋噴樁可在場(chǎng)地條件有限，承載力要求較高的環(huán)境下選用。

施工實(shí)踐可知，采用高壓旋噴樁處理地基，雖然成本提高一些，但在地層適應(yīng)性和防滲加固性能方面方面，特別是在防滲施工中，高壓噴射樁具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，防滲效果明顯。

3 深層淤泥高壓旋噴樁漿液材料試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

高壓旋噴樁漿液的試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將高壓旋噴樁實(shí)施區(qū)域的土壤和水泥漿液按照高壓旋噴的模式拌合，對(duì)混合漿液制成的試塊進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，以混合漿液強(qiáng)度作為判斷和選擇最適合漿液原材的依據(jù)。

為保證試驗(yàn)具有代表性，選擇質(zhì)地良好的深層淤泥土地段作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，深層淤泥土具有一定深度，且存在多種地質(zhì)類(lèi)別。

試驗(yàn)段高壓旋噴樁的樁徑設(shè)計(jì)為600mm，旋噴樁深度以樁端進(jìn)入持力層內(nèi)500mm 為準(zhǔn)。旋噴樁布樁方式和施工流程如圖1所示。試驗(yàn)土壤需從設(shè)計(jì)孔位取出。

圖1 旋噴樁布樁方式和施工流程示意圖

3.2 試驗(yàn)方案和結(jié)果

試驗(yàn)按照以下程序進(jìn)行：1）確定高壓旋噴樁試驗(yàn)位置；2）從設(shè)計(jì)孔位采集試驗(yàn)樣品土壤；3）將樣品土和一定配比的水泥漿液按照比例以高壓旋噴的模式進(jìn)行攪拌；4）混合漿液制備成試驗(yàn)試塊；5）實(shí)驗(yàn)試塊抗壓試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

為保證試驗(yàn)土符合策劃的要求，對(duì)樣品土取樣孔位的地質(zhì)成分進(jìn)行分析，在層厚為0.4-18m 的地基中，主要分為淤泥以及淤泥質(zhì)黏土，包含了黏粉粒、有機(jī)質(zhì)以及植物的腐殖質(zhì)等組分，含水量相對(duì)偏少，有機(jī)質(zhì)含量偏高，符合實(shí)驗(yàn)要求。

試驗(yàn)樣品土從土層的上中下三個(gè)位置取樣，將樣品土分別與普通水泥和礦渣水泥以高壓旋噴模式進(jìn)行拌合，并按照試驗(yàn)要求，將混合漿液制成多組試驗(yàn)樣品，樣品加入水泥膠砂制成尺寸為70.7mmx70.7mmx70.7mm 的塊體。水泥漿液的配比如下：水泥用量：230kg/m，聚碳酸減水：2.0%，水灰比：1.0。參與試驗(yàn)試塊的水泥用量按照漿液配比推算。

試驗(yàn)試塊的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 水泥土室內(nèi)配方抗壓強(qiáng)度與單樁豎向承載力特征值

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，不論是普通水泥還是礦渣水泥，單樁豎向承載力的設(shè)計(jì)值比估算值都要小得多[2]。不同深度的水泥土，抗壓強(qiáng)度略有變化，但變化不大;不同品種的水泥土，最終抗壓強(qiáng)度的差異也不是很大，似乎可以證明水泥品種的不同對(duì)成樁的抗壓強(qiáng)度影響不大。施工中，如果對(duì)抗壓強(qiáng)度的要求不是很?chē)?yán)格，可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則選擇水泥。

在對(duì)不同品種水泥樁體的其它性能進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，普通水泥和礦渣水泥差異明顯。同樣是水泥土抗壓強(qiáng)度，在漿液混合的早期，礦渣水泥漿液的強(qiáng)度要低于普通水泥的漿液強(qiáng)度，但是礦渣水泥由于其組分內(nèi)含有礦渣物質(zhì)，吸收的水量較多，干縮量較大，其強(qiáng)度也隨之增快，在后期的礦渣水泥漿液強(qiáng)度要大于普通水泥漿液強(qiáng)度。

研究發(fā)現(xiàn)，水泥土的硬化機(jī)理和過(guò)程如下：水泥土在混合過(guò)程中，和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物理作用，硬化的形成表明水泥與土之間形成了內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。以高壓旋噴樁模式拌合，水泥-土體系中的土被高壓壓碎切割，將原本不均勻的水泥-土體系分分散的更加均勻，土在水泥體系中混合的更好。可以通過(guò)改變旋噴壓力來(lái)控制水泥-土體系的強(qiáng)度，旋噴壓力的不同，土的顆粒大小和形狀也不同，造成土在水泥土體系中的分散程度和顆粒間的間隙不一樣，進(jìn)而影響水泥漿的填充效果，直觀表現(xiàn)就是獲得的水泥-土體系的強(qiáng)度不一樣。

礦渣水泥漿液的適用性?xún)?yōu)于普通水泥，從硬化機(jī)理和微觀角度分析，可以得出以下結(jié)論。在礦渣水泥體系中，由于礦渣水泥還存在某些其他物質(zhì)，在水泥與土進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧倪^(guò)程中，淤泥土中黏土組分包含的一些礦物成分與水泥中的Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)接觸面之間形成一種強(qiáng)而有力的界面，改善了兩者的界面張力，使得兩者之間咬合力更強(qiáng)，形成一種加強(qiáng)顆粒。在高壓旋噴的高壓作用之下，水泥土中的礦渣顆粒變得更加均勻與細(xì)小，在水泥水合物的包裹下，形成一種水化物晶體。這些晶體會(huì)隨著水泥土體系硬化的進(jìn)程慢慢生長(zhǎng)，并會(huì)與黏土中存在的加強(qiáng)顆粒進(jìn)行連接，組成一種密而集的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水泥土的強(qiáng)度變大。這種變化就是礦渣水泥漿液與普通水泥漿液強(qiáng)度差異的主要原因。

4 高壓旋噴樁施工工藝的確定

4.1 高壓旋噴樁施工工藝

高壓旋噴樁施工主要分為單管法、二重管法和三重管法。三種工法的作用機(jī)理不同，所需的注漿材料不同，施工注漿量不同，需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行工法選擇。

本試驗(yàn)著重對(duì)單管法高壓旋噴樁施工工藝進(jìn)行研究。實(shí)踐證明，按照下述的施工工藝進(jìn)行高壓旋噴樁施工，較為科學(xué)合理，質(zhì)量可控：安裝鉆機(jī)-引孔-插導(dǎo)管-輸送注漿液-調(diào)整儀器參數(shù)-噴射作業(yè)-取插管-清洗噴射管-復(fù)位機(jī)具-封堵孔口。

4.2 高壓旋噴樁施工機(jī)具

經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的考察分析，采用單管法工藝時(shí)，試驗(yàn)選擇普通型的76鉆機(jī)引孔。76 型鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)還在于能夠?qū)@孔和下管到兩者整合在一起同時(shí)作業(yè)，減少工序，節(jié)約時(shí)間，提高效率。

采用其它工法進(jìn)行施工時(shí)，已經(jīng)有一套成熟的施工工藝和配套的高效率施工設(shè)備，施工者需因地制宜，本文不再敘述。

4.3 高壓旋噴樁噴射漿液壓力選擇

使用高壓旋噴樁施工，為了獲得最佳的質(zhì)量，關(guān)鍵問(wèn)題就是控制好噴射流的壓力，使其與需要的工藝參數(shù)比配[3]。理論研究表明，高壓旋噴樁的射流速度與破壞能力有很大關(guān)系，通常情況下顯正比關(guān)系。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，如無(wú)特殊的施工要求條件，旋噴樁射流施工壓力應(yīng)大于20MPa。本次試驗(yàn)，對(duì)旋噴樁的射流壓力和成樁質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)射流壓力在20-24MPa時(shí)，成樁效果較為理想。

4.4 高壓旋噴樁噴嘴直徑的選擇

高壓旋噴樁的噴嘴大小與射流速度有很大的關(guān)系。研究表明，在相同的噴射壓力下，噴嘴的直徑越小，射流的切割能力越強(qiáng)，水泥-土體系的混合效果越好。研究還發(fā)現(xiàn)，噴嘴直徑與噴射壓力不適配時(shí)，會(huì)造成以下不良后果：一方面造成切割能力不足，無(wú)法保證漿液與土體顆粒達(dá)到良好的混合效果；另一方面可能會(huì)對(duì)高壓旋噴樁機(jī)器造成極大的損傷。在本試驗(yàn)中，為了確定最適合的旋噴樁噴嘴，對(duì)直徑為2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm 的噴嘴進(jìn)行施壓測(cè)試，分析噴射后的水泥-土體系的效果，最終選用2.2mm 的噴嘴用于本次試驗(yàn)。

4.5 高壓旋噴樁施工復(fù)噴工藝

對(duì)于成樁質(zhì)量不能達(dá)到預(yù)期效果的樁體，采用復(fù)噴的手段進(jìn)行補(bǔ)充和加強(qiáng)。試驗(yàn)表明，復(fù)噴施工的施工工藝和技術(shù)參數(shù)應(yīng)與初噴相同，才能保證原有的結(jié)構(gòu)不被破壞。復(fù)噴時(shí)需要保證高壓噴頭的位置和停留時(shí)間，才能讓高壓射流充分切割質(zhì)量缺陷部位的土體，形成水泥土體系再混合。

5 總結(jié)

高壓旋噴樁是目前深層淤泥地基處理的一種重要的作業(yè)方式。高壓旋噴樁使用的鉆機(jī)體積小重量輕，制成的樁體水泥含量高，強(qiáng)度高，接近于混凝土樁，可在場(chǎng)地條件有限，要求承載力較高的條件下選用。