王 亞 妮

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

黃土地區(qū)軟土地基承載力低，在外界荷載作用下容易產(chǎn)生變形。采用高壓旋噴注漿法可有效提高軟基強度，具有加固質(zhì)量均勻、擠密效果好、對環(huán)境污染小、工程造價低等技術(shù)優(yōu)勢。通過水泥漿液在黃土軟基中的擴散作用可提高土體的穩(wěn)定性和地基承載力。高壓旋噴注漿法是通過高壓設(shè)備將漿液壓力提高到20 MPa左右，使用鉆機在鉆進(jìn)過程中將水泥漿液噴入土層中，沖擊破壞土體，然后以一定速度提起鉆桿，將土體與水泥漿液攪拌均勻。經(jīng)過一系列的化學(xué)作用和物理化學(xué)作用，使軟基土體逐步固結(jié)，達(dá)到改善軟基受力狀態(tài)，提高地基承載力的目的。

1 工程概況

山西省某高速公路部分區(qū)域為山間盆地，原地面土體為黃土，個別區(qū)域起伏較大，分布有一些洼地和沖溝。該地區(qū)夏季多雨，洼地和沖溝地段有大量積水，施工路段分布有大量軟土地基。軟土地基主要為沉積Q4黃土，由于長期受到地表滯留水浸泡，地基濕軟，地基承載力低。軟基區(qū)域地下水位較高，原地面黃土覆蓋層較厚，分布不均勻，軟基深度為3 m～7.5 m。軟基路段高速公路路基采用高填方路堤，填方高度為5.5 m～10.9 m。為了提高地基承載力，設(shè)計采用高壓旋噴注漿法對黃土軟基進(jìn)行加固處理，并建立試驗段，選取有代表性的單樁和復(fù)合地基開展地基承載力試驗，分析處治效果。

2 高壓旋噴注漿黃土軟基加固機理

黃土結(jié)構(gòu)具有濕陷性，浸水后會產(chǎn)生濕陷變形，土體結(jié)構(gòu)破壞后形成軟弱地基，在外界荷載作用下容易產(chǎn)生變形。高壓旋噴注漿法通過高壓旋噴流破壞軟基土體的結(jié)構(gòu)，固結(jié)土體，使樁體和樁周土體共同承受荷載，提高地基土強度，提高樁基承載力。黃土地區(qū)軟土地基高壓旋噴注漿法加固機理主要包括以下幾個方面：

1)高壓旋噴注漿法可改變黃土軟基的受力狀態(tài)，加固后將軟基由原來的無側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ㄟ吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài)，提高地基土強度。

2)高壓旋噴樁施工完成后，在樁體重力的作用下對樁周土體產(chǎn)生一定的擠密壓實作用，并通過高壓旋噴樁側(cè)壁摩擦阻力提高黃土軟基的承載力。

3)高壓旋噴樁完工后，水泥—土混合漿液會對樁周土體產(chǎn)生擠壓作用，擠密土體，并將部分漿液填充到土體顆粒的空隙中，形成“脈”狀、“板”狀水泥結(jié)石體，進(jìn)一步提高軟基土體的強度。

通過以上分析，高壓旋噴樁會改變軟基土體的受力狀態(tài)，利用樁側(cè)壁摩擦阻力進(jìn)一步提高軟基土體的地基承載力，形成穩(wěn)定的地基結(jié)構(gòu)。

3 高壓旋噴注漿法施工技術(shù)

3.1 原材料選擇

目前，高壓旋噴注漿法主要選擇以水泥漿和丙烯酰胺為主劑注漿漿液，本項目選擇水泥漿。水泥漿施工工藝簡單，膠凝效果好，土體固結(jié)強度高，施工成本較低。水泥選擇P.S.A礦渣32.5，水泥進(jìn)場后要做好存放管理，防止受潮變質(zhì)。使用前對水泥進(jìn)行取樣檢測，發(fā)現(xiàn)結(jié)塊、變質(zhì)、過期等情況不得選用，保證成樁質(zhì)量。嚴(yán)格控制水泥顆粒粒徑，粒徑越細(xì)，擴散半徑越大，漿液也越穩(wěn)定。水泥顆粒越細(xì)比表面積越小，水化反應(yīng)越徹底，可以產(chǎn)生更多的膠凝產(chǎn)物，提高成樁質(zhì)量。

3.2 試樁施工

本項目水泥旋噴樁樁徑為600 mm，樁長根據(jù)軟基深度確定。選取有代表性的地段作為試驗段，選取一定數(shù)量的水泥旋噴樁作為試樁。在考慮空氣壓力影響的情況下，根據(jù)施工機械的施工速度確定單位時間噴灰量。嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求施作試樁，準(zhǔn)確確定各施工技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)施工做好準(zhǔn)備。結(jié)合試樁施工工藝，確定各施工技術(shù)參數(shù)：水泥漿水灰比為1∶1，水壓力為20 MPa～25 MPa，注漿壓力不低于20 MPa，注漿量不小于60 L/min等。

3.3 高壓旋噴樁施工

根據(jù)測量放樣結(jié)果確定高壓旋噴樁的中心位置，并做好標(biāo)記。鉆機就位，準(zhǔn)確定位，鉆孔速度控制在1 m/min，達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后反轉(zhuǎn)鉆頭，同時噴射水泥漿，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。攪拌過程中迅速提升鉆頭，距地面0.5 m時停止噴漿。繼續(xù)攪拌2 min后調(diào)整鉆進(jìn)方向為正轉(zhuǎn)，進(jìn)行復(fù)攪。單樁施工完畢后清洗攪拌機，移動鉆機進(jìn)行下一個樁孔施工。

4 高壓旋噴樁處治效果分析

4.1 鉆孔檢查

為了檢查高壓旋噴樁的成型質(zhì)量，在旋噴樁半徑的一半處開展鉆孔檢查。通過鉆芯取樣，可以檢查樁體的固結(jié)整體性、固結(jié)體的長度，并將鉆芯制作成標(biāo)準(zhǔn)試件開展室內(nèi)試驗，檢測確定樁體強度，作為判斷高壓旋噴樁成型質(zhì)量的主要依據(jù)。本項目選取10根高壓旋噴樁作為研究對象，鉆芯取樣結(jié)果表明，樁體成型質(zhì)量好，固結(jié)長度滿足設(shè)計要求。通過對10組鉆孔芯樣開展無側(cè)限抗壓強度試驗，得出抗壓強度最小值為1.6 MPa，滿足設(shè)計要求的不小于1.4 MPa的要求。

4.2 開挖檢查

高壓旋噴樁施工完成后，樁體達(dá)到一定強度，對地基開展開挖檢查，確定樁體的成型質(zhì)量。開挖后將樁體結(jié)構(gòu)全部展示出來，可直觀檢測樁體的成型質(zhì)量，對樁體垂直度、固結(jié)體態(tài)等指標(biāo)進(jìn)行檢測。本項目施工過程中對8根樁體進(jìn)行開挖檢查，各樁體成型質(zhì)量良好，形狀呈圓柱體，直徑超過0.6 m。旋噴樁垂直度良好，樁體周圍有向四周土體擴散形成的水泥結(jié)石體，擴散半徑達(dá)到0.2 m～0.4 m，呈“脈”狀和“板”狀，滿足設(shè)計要求。

4.3 單樁荷載試驗

選取有代表性的樁體進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗，檢測單樁豎向承載力。文章選取4個高壓旋噴樁作為研究對象，在養(yǎng)生28 d后開展單樁荷載試驗。選用直徑為80 cm圓形承壓板，加載量不低于200 MPa，收集數(shù)據(jù)繪制單樁荷載試驗的Q—S曲線如圖1所示。

分析圖1曲線變化情況，可以得出單樁豎向承載力特征值均大于180 kPa，滿足設(shè)計要求，說明采用高壓旋噴樁處治后地基承載力明顯提高。

4.4 單樁復(fù)合地基荷載試驗檢測結(jié)果

選取有代表性的樁基進(jìn)行單樁復(fù)合地基荷載試驗，檢測地基的變形情況和地基承載力。文章選取6個測點，試驗承壓板尺寸為2.0×2.0 m2，加載量不低于200 kPa，試驗檢測結(jié)果如表1所示，收集數(shù)據(jù)繪制單樁復(fù)合地基荷載試驗P—S曲線如圖2所示。

表1 單樁復(fù)合地基荷載試驗檢測結(jié)果

分析表1數(shù)據(jù)，得出單樁地基承載力特征值最小值為148 kPa，對應(yīng)的最終沉降量為6.41 mm，最小值為142 kPa，平均值為144.5 kPa，滿足規(guī)范要求。分析圖2曲線變形情況，各測點復(fù)合地基承載力特征值均大于110 kPa，且曲線變化平緩，滿足設(shè)計要求。

4.5 基樁低應(yīng)變動力檢測

選取部分樁體開展基樁低應(yīng)變動力檢測，確定樁體缺陷位置和類型，分析樁體的完整性。本項目共選擇50根有代表性的樁體開展基樁低應(yīng)變動力檢測，其中41根未發(fā)現(xiàn)缺陷，完整性好，判定為Ⅰ類樁，另外9根樁局部存在輕微缺陷，屬Ⅱ類樁，均滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

高壓旋噴樁可有效改善黃土地區(qū)軟土地基受力狀態(tài)，提高地基承載力，加固效果明顯。通過分析高壓旋噴注漿法對黃土軟基的加固原理，總結(jié)施工技術(shù)要點，并建立試驗段開展試驗檢測處治效果，分析后得出以下結(jié)論：

1)通過開挖檢查和鉆芯取樣，高壓旋噴樁樁體成型質(zhì)量、樁體垂直度、固結(jié)體態(tài)和抗壓強度均滿足設(shè)計要求；

2)單樁荷載試驗和單樁復(fù)合地基荷載試驗檢測結(jié)果表明，地基承載力滿足要求，Q—S曲線和P—S曲線變化情況表明加固后地基承載力達(dá)到了設(shè)計要求，施工質(zhì)量合格；

3)基樁低應(yīng)變動力檢測結(jié)果表明，大部分樁體完整性好，少數(shù)樁體存在輕微缺陷，各樁體質(zhì)量均滿足設(shè)計要求。