王海瑞

(中交一公局集團有限公司，北京 100024）

0 引言

高壓噴射注漿法是加固地基的一種方法，主要是將注漿管插入土層后，利用高壓設(shè)備將漿液壓出，在高壓作用下土料與漿液充分混合，凝固后與土體形成固結(jié)體，從而達到加固地基的作用。實踐證實，高壓噴射注漿法在淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、砂土等地質(zhì)中得到廣泛應(yīng)用，加固效果良好。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步、機具設(shè)備的更新，對道路橋梁工程質(zhì)量提出更高要求，選擇一種經(jīng)濟、可靠的基礎(chǔ)加固處理方案，成為施工企業(yè)的關(guān)注要點[1]。本文結(jié)合工程實踐，探討旋噴樁在橋梁基礎(chǔ)加固施工中的應(yīng)用，為實際施工作業(yè)提供參考。

1 工程概況

某項目施工線路總長33.5km，路幅寬度為16.0m，雙向兩車道，設(shè)計車速50km/h。其中，橋梁位于K3+820～K4+580段，總長760m，采用連續(xù)簡支梁結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場勘察結(jié)果顯示，該地區(qū)的地質(zhì)條件是第四系覆蓋層，厚度為5～15m，以沖洪積黏性土為主，巖體強至中度風(fēng)化。施工區(qū)內(nèi)補鉆勘察孔，孔深共計17.5m，自上到下巖性分別是：（1）粉質(zhì)黏土，厚度4.2m，稍濕，硬塑；（2）粉質(zhì)黏土夾圓礫，厚度0.3m，稍濕，粒徑為3～5cm；（3）碎石土，厚度12.7m，稍濕，中密；（4）粉質(zhì)黏土，厚度0.3m，稍濕，硬塑。為提高地基強度和承載力，擬采用旋噴樁施工方案，技術(shù)指標(biāo)包括：旋噴樁樁徑≥600mm，樁身強度≥8MPa，單樁承載力≥100kPa。

2 旋噴樁的加固機理和工藝類型

2.1 加固機理

旋噴樁主要是通過高壓噴射的水泥復(fù)合漿液破壞原有土層結(jié)構(gòu)，將原有土層顆粒與水泥復(fù)合漿液在噴射過程中充分混合攪拌實現(xiàn)置換，通過在高壓下的充填和壓密，逐步形成新的固結(jié)體，同時水泥漿液通過滲透作用如同根須般滲透至土體，進一步提升了地基承載力，其效果與相似工藝相比具有施工效率高、強度提升快等優(yōu)點，具體如下：

（1）旋噴樁在高壓狀態(tài)下能夠適應(yīng)各種土層結(jié)構(gòu)，即使在黏性土層中依舊可以達到提升承載力效果，不受環(huán)境因素限制，應(yīng)用廣泛；

（2）使用水泥作為硬化劑，不僅材料容易獲得、價格低廉，而且對土體的加固效果好，樁身強度可達到0.5～15MPa；

（3）鉆機在鉆孔作業(yè)中，根據(jù)設(shè)計需求既能垂直成孔，也能傾斜成孔，深度不受限制，可實現(xiàn)分段加固或連接加固；

（4）施工過程中對周邊土體擾動小，不會產(chǎn)生較大揚塵，不會造成嚴(yán)重污染，有利于環(huán)境保護，可在建筑密集的區(qū)域施工；

（5）結(jié)構(gòu)形式靈活，既可作為臨時加固措施，也能為建筑項目的地基進行永久加固。

2.2 工藝類型

旋噴樁由于其施工高效，噴射效果好，廣泛用于各種砂性土層、黏性土層中，根據(jù)其噴射方式不同，分為單管法、二管法、三管法等。其中，單管法是使用單根管路噴射漿液破壞土體并成樁，優(yōu)點是成本低、施工速度快，缺點是固結(jié)體的直徑較?。欢芊ㄊ窃趩喂芑A(chǔ)上增加了壓縮空氣，從而擴大固結(jié)范圍[2]；三管法（見圖1所示）在二管法基礎(chǔ)上增加了水流管，噴射過程中可提升對土體的切割和分解力，進一步提升固結(jié)體的范圍和強度。三種方法的對比見表1。

表1 噴射數(shù)據(jù)比較

圖1 三管法施工示意圖

結(jié)合該工程實際情況，綜合分析后采用三管法旋噴樁施工方案，如圖1所示。樁徑為50cm，樁長為10m，樁頭采用80cm×80cm×80cm的立方體形式，埋深50cm。

3 旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)計算

旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)涉及噴射壓力、噴射泵量、射流功率、注漿量和復(fù)合地基承載力等的計算。

（1）噴射壓力：

式中：

p——噴射壓力，MPa；

ρ——噴射液體的密度，g/cm3；

Q——噴射流量，L/min；

n——噴嘴數(shù)量，個；

μ——噴嘴流量系數(shù)，圓錐形噴嘴取值0.95；

φ——噴嘴流速系數(shù)，圓錐形噴嘴取值0.978；

d0——噴嘴出口內(nèi)徑，mm。

（2）噴射泵量：

式中，各符號表示意義與式（1）相同。

（3）射流功率：

式中，N表示噴射流總功率，kW；其他符號表示意義與式（1）相同。

（4）注漿量：

式中：

q——合理注漿泵量，m3/min；

De——預(yù)計旋噴固結(jié)體直徑，mm；

V——注漿管提引速度，m/min；

K——設(shè)計充填率，一般取值0.75～0.90。

（5）復(fù)合地基承載力：

復(fù)合地基承載力根據(jù)現(xiàn)場單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗確定，計算公式：

式中：

fspk——復(fù)合地基的承載力特征值；

m——面積置換率；

Ra——單樁豎向承載力特征值；

Ap——面積轉(zhuǎn)換率；

β——樁間土承載力折減系數(shù)；

fsk——樁間土承載力特征值。

結(jié)合該工程實際情況，采用高壓噴水+中壓噴漿工藝。計算得到高壓噴水主要技術(shù)參數(shù)：使用2個噴嘴，直徑為2mm，壓力為24～25MPa，漿液流量為80～100L/min，回轉(zhuǎn)速度10～75r/min，提升速度0.1～0.12m/min。中壓噴漿主要技術(shù)參數(shù)：使用2個噴嘴，直徑為3mm，壓力為10～75MPa，漿液流量為65～95L/min，回轉(zhuǎn)速度10～75r/min，提升速度0.2～0.24m/min。

4 旋噴樁施工技術(shù)要點

該工程所用旋噴樁施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→鉆機就位→鉆孔→下噴射管→噴漿→拔管→沖洗→移動機具→回填注漿。旋噴樁施工技術(shù)要點包括施工準(zhǔn)備、鉆機就位、鉆孔、下噴射管和噴漿等。

4.1 施工準(zhǔn)備

（1）現(xiàn)場準(zhǔn)備。根據(jù)施工要求對現(xiàn)場封閉處理，使用挖掘機進行開挖，平整場地并鋪設(shè)碎石，設(shè)置排水設(shè)施，確保現(xiàn)場無雜物、無積水[3]。

（2）技術(shù)準(zhǔn)備。主要是測量放線，根據(jù)設(shè)計圖紙使用全站儀放出樁位，復(fù)核孔距將誤差控制在50mm以內(nèi)，設(shè)置木樁進行固定。然后進行標(biāo)高測量，標(biāo)記孔口距離地面的高程，經(jīng)設(shè)計單位和監(jiān)理工程師認(rèn)可后施工。

（3）機具準(zhǔn)備。該工程使用的主要機具有：GD-2全液壓旋噴鉆機、新型三重管旋噴器、水泥攪拌機、SNCH300高壓泥漿泵、3XB高壓清水泵、BW10-250中壓泥漿泵、VY6-12空壓機等。

4.2 鉆機就位

（1）鉆機安放時檢查鉆桿傾斜度，確保鉆桿傾斜度<1.5%且與孔位中心處于一條直線上，鉆孔與注漿泵之間的距離≤50mm。

（2）鉆機就位后，再次檢查鉆孔的位置，與設(shè)計位置的偏差要在50mm以內(nèi)。通過低壓注水的方式，檢查噴嘴是否暢通，確保壓力符合設(shè)計要求。

4.3 鉆孔

（1）鉆孔作業(yè)采用泥漿護壁，泥漿的容重為1.1～1.25g/cm3。鉆孔直徑超過噴射管外徑20～50cm，以確保正常返漿冒漿。

（2）控制好鉆進速度，每鉆進5m測量機身水平和鉆桿垂直，防止發(fā)生偏斜，并觀察地層變化，記錄孔深、漏漿等情況。

（3）如果勘察資料和現(xiàn)場地層條件不符，可布置一個先導(dǎo)孔，鉆進完成后查看地層變化，為正式鉆進作業(yè)提供依據(jù)，調(diào)整技術(shù)參數(shù)。

（4）終孔深度超過開噴深度50～100cm，將孔內(nèi)的雜質(zhì)清理干凈，置換新的泥漿。并且測量樁孔的傾斜度，要求孔斜率≤1%。

4.4 下噴射管

（1）鉆孔驗收合格后，測量噴射管的長度，看噴嘴中心線與噴射管方向是否一致。然后進行試噴，將噴頭置于高壓水泵附近，調(diào)整為設(shè)計噴射壓力。

（2）地面試噴合格后，下噴射管時注意保護噴嘴，防止發(fā)生堵塞。若孔內(nèi)沉淀物較多，備好黏土泥漿下噴射管一邊充入泥漿、一邊下管，將壓力控制在1MPa以內(nèi)，防止孔壁坍塌[4]。

4.5 噴漿

（1）噴射管的噴嘴達到設(shè)計標(biāo)高時，即可噴射注漿。調(diào)整各個注漿參數(shù)，按照旋噴工藝要求提升噴射管，由下向上噴射注漿。

（2）復(fù)合漿液與基底土層結(jié)合后，伴隨凝固將產(chǎn)生收縮，為確保漿液凝固不影響樁基高程，對原孔位進行二次注漿，注漿時應(yīng)注意注漿管分段提升的搭接長度超過10cm。

（3）按照設(shè)計的水灰比配制水泥漿，該工程的水灰比為1.2∶1。使用攪拌機攪拌，時間不短于180s。保證注漿作業(yè)的連續(xù)性，水泥漿從制備到用完的時間控制在2.5h以內(nèi)[5]。

（4）噴射注漿施工距離樁頂300cm時，適當(dāng)減小提升速度；距離樁頂50cm時，減小注漿壓力，以保證樁體結(jié)構(gòu)的安全性。

（5）一個樁孔噴射注漿完成，將鉆機等機具移動至新的孔位，重復(fù)以上施工步驟，直至所有的樁孔完成噴射注漿。

4.6 施工注意事項

（1）樁基長度在達到設(shè)計長度后，樁頭預(yù)留出20～50cm，方便下道工序施工，同時減少施工影響樁基自身承載力及樁身質(zhì)量。

（2）在黏性地層采用旋噴施工，其噴漿效果與速度均受土層影響，為保證噴射效果，達到預(yù)期基底強度，在第一次高壓噴射后采用二次復(fù)噴，從而進一步提升噴射效果。

（3）噴漿過程中當(dāng)冒漿量超過灌漿量20%時，應(yīng)加快注漿管提升速度，同時提高噴射壓力，縮小孔徑。

5 質(zhì)量驗收和加固效果

5.1 質(zhì)量驗收

施工完成后，按照表2進行質(zhì)量驗收，結(jié)果顯示各項指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，旋噴樁施工質(zhì)量合格。

表2 質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)

5.2 加固效果

旋噴樁采用抽芯法檢驗地基加固效果，試驗樁施工完成經(jīng)過養(yǎng)生后從中抽取芯樣，芯樣采用金剛石雙管鉆具采集，將采集后的芯樣取上、中、下三段進行加載試驗[6],試驗結(jié)果見表3所示。由試驗可知，當(dāng)豎向荷載加載至150t時，其樁身強度均超過10MPa，芯樣未發(fā)生變形破壞，滿足設(shè)計及規(guī)范要求，加固效果良好。

表3 試驗結(jié)果

5 結(jié)束語

綜上所述，旋噴樁施工方案的適用范圍廣，加固效果好，施工操作簡單，是地基基礎(chǔ)加固的有效手段。本文結(jié)合工程案例，重點介紹了旋噴樁方案設(shè)計與施工方法。質(zhì)量驗收表明，地基加固效果良好。該項目所總結(jié)的相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗，可作為同類型工程的參考。