□ 黃永飛

1 引言

黃土在我國(guó)廣泛分布，面積可達(dá)64萬(wàn)km2，占全國(guó)土地面積的6%，其中黃土高原是黃土地貌發(fā)育最為典型的地區(qū)，黃土面積占全國(guó)黃土面積的70%左右，厚度可達(dá)100mm以上，具有分布連續(xù)、厚度大及濕陷性高的特點(diǎn)。由于黃土的濕陷性，在雨水或荷載等其他因素的影響下，黃土地區(qū)修建的公路路基極易發(fā)生變形、不均勻沉降及陷穴等病害，不僅對(duì)行車(chē)安全造成影響，其維護(hù)費(fèi)用也居高不下。因此，選擇合理的方式對(duì)黃土地區(qū)公路路基進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、快速的加固，對(duì)于黃土地區(qū)公路的修建與運(yùn)維具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

高壓旋噴注漿法通過(guò)高壓將水泥漿噴射入黃土軟基中，使軟基逐漸固結(jié)硬化，從而提高土體地基承載力與土坡的穩(wěn)定性，具有處理路基沉降速度快、工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是黃土及其他不良土體加固的有效方法。基于以上分析，本研究在介紹高壓旋噴注漿法及其原理的基礎(chǔ)上，對(duì)高壓旋噴注漿法在黃土地區(qū)的注漿施工工藝進(jìn)行分析探討。

2 高壓旋噴注漿法及加固原理

高壓旋噴注漿法又稱噴射注漿法，在工程上一般簡(jiǎn)稱為旋噴樁。最早起源于日本，于20世紀(jì)70年代引入我國(guó)后，得到了全面發(fā)展與應(yīng)用。高壓旋噴注漿法目前主要應(yīng)用于黃土、軟土等不良土體地基的加固，具有施工占地少、振動(dòng)小、噪音低、污染小及加固效果好的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為我國(guó)基礎(chǔ)加固普遍應(yīng)用的施工方法之一。

高壓旋噴注漿法是在灌漿法和化學(xué)注漿法的基礎(chǔ)上，采用高壓噴射技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。在高壓旋噴注漿法施工時(shí)，根據(jù)施工對(duì)象和地層性質(zhì)，選用合適的鉆機(jī)，將注漿管置于設(shè)計(jì)高程后，利用高壓設(shè)備使水泥漿從注漿管上噴頭以20MPa～30MPa高壓噴射流射出，沖擊切削土體，并以一定的速度邊噴射、邊旋轉(zhuǎn)、邊提升，使得土體在高壓噴射流的強(qiáng)大動(dòng)力等作用下被破壞、剝落下來(lái)，并與注入的水泥漿按照一定的漿土比例強(qiáng)制攪拌混合[1]。待凝結(jié)成形后，在軟弱土體中形成具有一定強(qiáng)度的旋噴固結(jié)體，使得原來(lái)軟弱松散的土體變?yōu)榫哂休^高強(qiáng)度的混合強(qiáng)化復(fù)合地基[2]，從而起到對(duì)地基加固的效果。加固后的復(fù)合地基的效果圖如圖1所示，可以看出，由于旋噴固結(jié)體（即旋噴樁）的存在，外荷載的作用下，旋噴固結(jié)體就會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得樁間土承擔(dān)的壓力降低，整個(gè)地基承載力也相應(yīng)提高，壓縮量降低。

圖1 高壓旋噴樁加固地基效果圖

根據(jù)噴射介質(zhì)的不同，可將高壓旋噴注漿法分為單管法、二重管法及三重管法[3]，如圖2所示。其中單管法僅具有單層噴射管，僅噴射水泥漿；二重管法是將高壓水泥漿和空氣兩種介質(zhì)進(jìn)行噴射，其對(duì)土體的破壞也更為嚴(yán)重，最后在軟弱土基中形成的固結(jié)體也更大；三重管法是將漿液、清水、空氣三種介質(zhì)進(jìn)行噴射，其破壞土體的能量最高，最后在土中形成的固結(jié)體也最大。但由于黃土的濕陷性，含有噴射水體的三重管法較少用于濕陷性黃土的地基處置中。

圖2 不同形式的高壓旋噴注漿法

3 施工工序及控制要點(diǎn)

3.1 準(zhǔn)備工作

在施工之前應(yīng)進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作，主要包括以下3點(diǎn)。第一，場(chǎng)地清理。在施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，對(duì)影響施工和安全的雜物、障礙物進(jìn)行清理，以減少對(duì)后期施工的影響，并對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行校對(duì)。第二，樁位放樣。對(duì)設(shè)計(jì)移交樁點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，建立施工測(cè)量控制網(wǎng)；根據(jù)樁位平面布置圖，采用高精度的全站儀定出控制樁樁位，用鋼尺定出其他樁位置，并用竹簽和白灰進(jìn)行標(biāo)記；放樣完成后，再次進(jìn)行校核，確保樁位定位準(zhǔn)確[4]，樁位允許偏差不超過(guò)±5cm。第三，設(shè)備選擇與調(diào)試。根據(jù)土層的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及旋噴樁的高度，選擇合適的旋噴鉆機(jī)及配套設(shè)備[5]，并進(jìn)行調(diào)試，確保設(shè)備各項(xiàng)性能正常。

3.2 制漿

高壓旋噴注漿法除了要保證樁位放樣和鉆機(jī)位置準(zhǔn)確以外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)漿液配置予以重視，要求所制漿液不得發(fā)生離析，也不得長(zhǎng)時(shí)間放置。制漿與鉆孔通常同時(shí)進(jìn)行。在制漿時(shí)，按照設(shè)計(jì)好的配合比計(jì)算水泥漿的比重，而后根據(jù)制漿桶的體積計(jì)算出每次制漿所需的水泥、水的質(zhì)量，并精確稱取，加入制漿桶內(nèi)，先加水，后加水泥?？稍谥茲{桶內(nèi)壁用油漆筆或金屬焊標(biāo)記出注水高度和水泥漿的總高度，如圖3所示，注水至標(biāo)記出停止注水，緩慢加入水泥至總高度，然后用制漿機(jī)攪拌3min～5min。攪拌完成之后，應(yīng)進(jìn)行過(guò)濾才可倒入集料斗進(jìn)行使用，以避免漿體內(nèi)塊體堵嘴損壞漿泵。

圖3 制漿桶制漿加料示意圖

3.3 鉆機(jī)定位與鉆孔

將鉆機(jī)布置在做好標(biāo)記的樁位，并將鉆頭對(duì)準(zhǔn)施工樁位孔的中心，借助水尺準(zhǔn)或鉆機(jī)自帶的調(diào)平裝置從縱橫兩個(gè)方向?qū)M(jìn)調(diào)平，嚴(yán)格控制底座水平度和垂直度，其鉆位偏差不超過(guò)±2cm，垂直度偏差不超過(guò)±1.5%，并保證鉆機(jī)鉆桿始終與鉆孔平面一直保持相垂直，確認(rèn)無(wú)誤后固定鉆機(jī)，并檢查機(jī)器設(shè)備是否正常、壓力有無(wú)異常、噴嘴是否通暢等。

若采用三重管法，在鉆機(jī)的牽引下，鉆桿沿著導(dǎo)向架緩慢下沉成孔，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。鉆孔完成后，拔出鉆桿，緩慢插入旋噴管。若采用單重管法或二重管法，其鉆孔與插管兩道工序可合二為一。同時(shí)，在下沉過(guò)程可借助噴射管本身的噴射輔助貫入（濕陷性黃土路基嚴(yán)禁射水下沉）。其工序?yàn)椋洪_(kāi)啟鉆機(jī)與高壓泥漿泵，在鉆機(jī)的牽引下，使得鉆桿沿著導(dǎo)向架?chē)娚?、下沉成孔，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

此外，在鉆孔過(guò)程中，嚴(yán)格遵照“先兩側(cè)、后中間”的施工步驟，并以隔行挑插的模式進(jìn)行轉(zhuǎn)孔作業(yè)，維持兩側(cè)強(qiáng)度指標(biāo)的均衡性的同時(shí)減少噴漿對(duì)相鄰樁產(chǎn)生的影響，以規(guī)避移位、竄孔等不良情況。

3.4 旋噴成樁

若采用單管法，下沉噴漿管下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)停止鉆進(jìn)，但仍保持鉆桿和旋噴管旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。待泥漿泵壓力達(dá)到施工設(shè)計(jì)值時(shí)開(kāi)始地下試噴，檢查其擺動(dòng)角度、噴射方向等正常后，先在底部噴漿30s，后緩慢提升、旋轉(zhuǎn)，其提升速度應(yīng)≤25cm/s，旋轉(zhuǎn)速度約15r/min[6]（可根據(jù)試樁確定，同時(shí)應(yīng)根據(jù)冒漿情況隨時(shí)做出調(diào)整[7]），當(dāng)旋噴至樁頂以下1m時(shí)，減緩提升速度，當(dāng)噴漿口即將出地面時(shí)，停止提升，旋噴數(shù)秒以保證樁頂質(zhì)量。若采用二重管法或三重管法施工，旋噴作業(yè)前，首先對(duì)注漿管進(jìn)行地面試噴，檢查其噴射裝置及泥漿泵、高壓水泵及空壓機(jī)備是否正常。檢查合格后，下沉噴漿管至設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)鉆機(jī)、泥漿泵、高壓水泵及空壓機(jī)，待各項(xiàng)儀器壓力、流量和風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)值開(kāi)始旋噴注漿，邊旋噴、邊提升，并控制好速度[8]，當(dāng)旋噴至樁頂以下1m時(shí)，減緩提升速度，當(dāng)噴漿口即將出地面時(shí)，停止提升，旋噴數(shù)秒以保證樁頂質(zhì)量，如圖4所示。

此外，從樁底旋轉(zhuǎn)注漿開(kāi)始就要實(shí)時(shí)觀測(cè)并控制向上提升速度和旋噴速度，以及水、氣、漿的壓力與流量等參數(shù)，還要控制好漿液的初凝時(shí)間[9]，若超出設(shè)計(jì)時(shí)間，應(yīng)停止作業(yè)并更換材料。此外，噴漿作業(yè)結(jié)束后，頂部水泥漿和軟土拌合物的析水作用與干縮作用會(huì)導(dǎo)致漿液發(fā)生收縮而產(chǎn)生凹陷，此時(shí)應(yīng)鑿去頂部缺陷部分（也可采用鉆機(jī)再次鉆進(jìn)），及時(shí)補(bǔ)充灌漿。

圖4 旋噴樁施工工藝流程圖

3.5 機(jī)具清理

旋噴成樁施工完成后，應(yīng)及時(shí)拆卸取出各機(jī)具設(shè)備并注入清水進(jìn)行地上噴射，清除機(jī)具內(nèi)殘留漿液，徹底清洗機(jī)具表面及內(nèi)壁，以便下次使用。

4 結(jié)語(yǔ)

黃土在我國(guó)有著廣泛的分布，在黃土地區(qū)對(duì)公路路基進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)考慮其濕陷性等特點(diǎn)，選擇適宜的方法進(jìn)行處置。本文對(duì)高壓旋噴注漿法在濕陷性黃土路基加固中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。通過(guò)高壓旋噴注漿法對(duì)黃土地基進(jìn)行加固，可提高黃土路基的承載力，降低地基壓縮量，有效解決沉降、陷穴等問(wèn)題，是黃土地區(qū)地基加固的科學(xué)方法。