淺析高壓旋噴樁在巖土工程中的應(yīng)用

楊光 杜軍

摘要：高壓旋噴樁技術(shù)具有安全可靠、適用的土質(zhì)范圍廣、施工噪音小等特點(diǎn)。本文介紹了高壓旋噴樁的應(yīng)用原理及注意事項(xiàng)，分析了高壓旋噴樁的應(yīng)用范圍和在巖土工程中的成功案例，并匯總了其設(shè)計(jì)與施工中涉及的重要參數(shù)，為其它工程提供技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁；應(yīng)用原理；巖土工程

高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭壓入地層中，將預(yù)先配制好的漿液通過高壓發(fā)生裝置使液流獲得巨大能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌?，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體。

一、高壓旋噴樁技術(shù)概述

作為地基加固，通常采用旋噴注漿的方式。因旋噴樁的存在，使得軟弱土層在荷載作用下由原來的無側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ㄟ吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài)，由于旋噴樁對(duì)周圍土體的擠壓、擾動(dòng)，即使樁間土中出現(xiàn)了超孔隙水壓力，土體強(qiáng)度暫時(shí)有所降低，但復(fù)合地基施工完成后，隨著超孔隙水壓力的消散，樁間土的有效應(yīng)力增大，從而提高了樁間土的強(qiáng)度。由于旋噴樁在設(shè)置過程中對(duì)周圍土體有一定的擠密壓實(shí)作用，即樁的側(cè)摩阻力，也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高。旋噴結(jié)束后，當(dāng)水泥一土混合漿液尚未凝結(jié)時(shí)，這種漿液將產(chǎn)生擠壓力，對(duì)四周土有壓密作用，并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙中，形成“脈”狀“板”狀水泥結(jié)石體，這種情況在開挖檢查中比較明顯。

二、應(yīng)用原理

高壓旋噴樁形成的樁體具有兩大功能，即地基加固和止水帷幕，有的工程單獨(dú)利用其中一個(gè)功能，有的則同時(shí)利用兩個(gè)功能。

2.1加固功能

水泥漿經(jīng)注漿管噴射到地基內(nèi)后，與地基土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，包括水泥水解和水化反應(yīng)，反應(yīng)生成各種水化合物后，有的又發(fā)生離子交換和團(tuán)?；饔靡约澳卜磻?yīng)，形成具有一定強(qiáng)度的水泥土混合體。高壓旋噴樁加固地基，能夠適用的土體種類較廣，包括淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等，但當(dāng)?shù)鼗羶?nèi)含有大粒徑的塊石、大量植物根系或有機(jī)質(zhì)含量較高，以及地下水流速較高或已有涌水的工程中，效果可能欠佳，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。

高壓旋噴樁的直徑與注漿管類型、噴射壓力、土質(zhì)條件等有關(guān)。通常情況下，單管法形成的樁體直徑最小，約位于0.4--0.9m 之間；雙管法的位于 0.8--1.3m 之間；三管法的可達(dá) 0.9--2.0m。噴射形成的樁體強(qiáng)度可通過室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)取芯進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)得，一般粘性土形成的樁體單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá) 5--10MPa，砂土和砂礫土的強(qiáng)度可達(dá) 8--20MPa。此外，也可結(jié)合標(biāo)貫試驗(yàn)、靜力觸探等測(cè)得形成樁體的強(qiáng)度。

高壓旋噴樁承載力特征值的確定方法類似于水泥攪拌樁的，分別按樁身強(qiáng)度確定和按樁周土強(qiáng)度確定，并取兩者中的較小者 公式符號(hào)具體意義參考P建筑地基處理技術(shù)規(guī)范Q或P工程地質(zhì)手冊(cè)Q（下同）&高壓旋噴樁與樁周土形成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載，復(fù)合地基承載力可通過復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可利用公式計(jì)算， 。

2.2止水功能

高壓旋噴樁也廣泛應(yīng)用于止水帷幕工程中，在該類工程中，主要利用旋噴樁的低滲透性。水泥漿切入到土體內(nèi)部或填充到土顆粒之間的孔隙后，能夠形成一道致密的止水帷幕，通常要求其滲透系數(shù)小于 。有關(guān)研究表明淤泥和粉質(zhì)粘土形成的樁體滲透系數(shù)位于 。為了增加止水的整體效果，高壓旋噴樁一般采用交聯(lián)式三角形或交聯(lián)式排列，并且相鄰兩樁需要搭接一定長度。在基坑支護(hù)中，為了增大支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度，高壓旋噴樁也可與其它樁型（如鋼筋混凝土鉆孔灌注樁、鋼板樁）結(jié)合共同使用。

在豎向深度上，高壓旋噴樁止水帷幕的頂部要高于設(shè)計(jì)期限內(nèi)可能出現(xiàn)的最高地下水位，帷幕的底端位于土層不透水層上（如不透水基巖、堅(jiān)硬粘土層）或進(jìn)入到不透水層一定深度處、止水帷幕厚度也是影響因素之一，墻厚需大于30cm。

三、工程應(yīng)用

3.1 應(yīng)用范圍

由于高壓旋噴樁的特性，可廣泛應(yīng)用于軟土地基加固、基礎(chǔ)托換、樁基補(bǔ)強(qiáng)、基坑坑底抗?jié)B透變形、邊坡加固等加固工程和基坑止水、壩基止水等止水工程中。在軟土地基加固中，每隔一定間距打設(shè)一根高壓旋噴樁與地基土形成復(fù)合地基以加固軟土地基；若原來建筑物的淺基礎(chǔ)地基承載力不足或由于嚴(yán)重不均勻沉降所導(dǎo)致建筑物傾斜、開裂時(shí)，可在淺基礎(chǔ)底部采用高壓旋噴樁加固。同樣原理，在樁基端部或樁側(cè)也可采用高壓旋噴樁加固，提高樁基承載力；在基坑開挖前，事先在坑底噴射水泥漿形成一道抗?jié)B透體，可以有效防止基坑流砂或因坑底承壓水導(dǎo)致的突涌等滲透變形問題；在可能滑動(dòng)的坡體內(nèi)，垂直打設(shè)一排或幾排高壓旋噴樁，貫穿滑動(dòng)面進(jìn)入下部穩(wěn)定地層內(nèi)可以有效阻止邊坡的滑動(dòng)；在需要止水的工程中，如基坑、壩體、垃圾填埋場(chǎng)等工程中也可采用高壓旋噴樁進(jìn)行防滲。

工程一。加固高速公路軟土路基。文獻(xiàn)[2]報(bào)道了高壓旋噴樁在浙江某高速公路軟土路基中的應(yīng)用。該高速公路地基局部軟土厚度達(dá) 20--26m。采用單管旋噴注漿法，樁間距為 150cm，有效樁徑為 40cm，采用正三角形布置。漿液以32.5R 普通硅酸鹽水泥配置，水灰比為 1：1，并摻入早強(qiáng)劑。工后取芯測(cè)試強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn) 10d 齡期時(shí)強(qiáng)度達(dá)到 1.6--1.9MPa，20d 齡期達(dá)到 2.3--2.8MPa，50d 時(shí)達(dá)到 5.5MPa。

工程二。樁基補(bǔ)強(qiáng)。文獻(xiàn)[3]報(bào)道了珠海市某爛尾樓改造工程中的高壓旋噴樁樁基補(bǔ)強(qiáng)。該工程中的部分樁樁底存在粘性土層、強(qiáng)風(fēng)化軟弱層或孤石與強(qiáng)風(fēng)化層并存等樁底缺陷。采用單管法高壓旋噴樁對(duì)樁基底部 4.5m 深度的范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固，施工工序包括鉆孔 - 高壓旋噴清洗 - 高壓旋噴注漿 - 靜力壓樁等幾個(gè)環(huán)節(jié)。注漿壓力大于 20MPa，旋轉(zhuǎn)速度控制在 10--15r/min，提升速度為 10--15cm/min，單個(gè)孔的有效處理半徑大于 100cm。補(bǔ)強(qiáng)后經(jīng)檢驗(yàn)效果良好。

工程三。護(hù)岸工程。文獻(xiàn)[4]報(bào)道了為避免深圳市西部政府碼頭基槽開挖形成的土壓力引起鄰近的燃機(jī)電廠碼頭北護(hù)岸失穩(wěn)，對(duì)北護(hù)岸采用了高壓旋噴樁進(jìn)行了加固。旋噴樁穿透整個(gè)淤泥層，設(shè)計(jì)樁長為 14m。平面布置成網(wǎng)狀，長度為 73.2m，寬度為 13m，樁徑為 1.2m，樁距為 1m。

工程四。大壩及壩基防滲工程，高壓旋噴樁能夠較好地解決大壩壩體及壩基的滲透問題。福建省仙游縣楓亭鎮(zhèn)九社村的文子水庫采用高壓旋噴樁對(duì)壩體進(jìn)行了防滲處理，樁徑為 60cm，單排布設(shè)，樁距為 50cm，樁深度至壩基以下0.5m，樁長為 5--16.5m。注漿壓力為 25--40MPa，流量為80--120L/min，注漿管提升速度為 10--25cm/min，旋轉(zhuǎn)速度為 120r/min。并經(jīng)注水試驗(yàn)測(cè)得滲透系數(shù)位于（0.05--1.47）* ，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

工程五。電廠灰堤防滲工程。某熱電廠臨近海域，為了防止灰場(chǎng)內(nèi)雨水夾帶的灰渣滲入附近海域內(nèi)，在灰堤內(nèi)、外堤之間的回填中粗砂中修建高壓旋噴樁止水帷幕，止水帷幕總長度為 1158.493m。防滲帷幕厚度分兩段：Q1-Q6 段帷幕厚 300mm，Q6--Q10 段帷幕厚度 500mm。在該工程中，首先制備水泥漿液，采用水泥 - 水玻璃漿液，水泥采用 425 號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比 1/1，水玻璃濃度為 40Be，水泥漿與水玻璃體積比為 1：1。高壓旋噴樁單樁直徑為 30--50cm，兩樁之間相互搭接 10cm。設(shè)計(jì)樁長底端位于中風(fēng)化花崗巖頂面，即樁長為 12.6m.

四、結(jié)束語

高壓旋噴樁具有良好的加固和止水功能。本文首先介紹了這兩大原理及設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵事項(xiàng)，然后分析了高壓旋噴樁的應(yīng)用范圍和國內(nèi)成功的案例，并介紹了其設(shè)計(jì)與施工中涉及的重要參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃小峰夾層土采用高壓旋噴樁防滲止水與強(qiáng)度指標(biāo)的對(duì)比分析團(tuán)水運(yùn)工程，2008（8）

[2]龔貴林，王鳳榮高壓旋噴注槳法在處理高速公路軟土地基的應(yīng)用團(tuán)石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10（3）

[3]林權(quán)威高壓旋噴樁法在樁基補(bǔ)強(qiáng)的應(yīng)用團(tuán)建筑安全，2011（11）