高壓旋噴樁在淤泥質軟土地基加固中的應用

【摘要】目的提高淤泥質軟土地基承載力，減小污水均合池不均勻沉降，為旋噴樁在本工程中的應用提供理論依據(jù).方法根據(jù)淤泥質軟土的特點，結合高壓旋噴注漿機理，決定采用三重管旋噴法加固地基，并運用高壓射流破土機理分析地基土破壞形態(tài).結果計算結果表明：采用高壓旋噴樁加固后的地基土承載力大于建筑地基規(guī)范中的承載力，滿足要求.結論三重管旋噴法加固淤泥質軟土地基是可行的，安全可靠.其社會效益和經濟效益顯著，在相似的地質條件下可以進一步推廣應用.

【關鍵詞】高壓噴射注漿樁；淤泥質黏土；射流破土規(guī)律；三重管法；單樁承載力

1、前言

噴射注漿法（Jet Grouting）又稱旋噴法，20世紀70年代初期最先由日本開發(fā)的地基加固技術.我國自70年代末在建筑物基礎托換，工業(yè)建筑的基坑工程以及水利建設工程得到廣泛應用.90年代起在我國的大規(guī)模建設中逐步得到發(fā)展，成為世界上噴射注漿法用于工程量最大的國家之一[1].美國從日本引入噴射注漿技術之后，在基礎托換工程、隧道工程、水利工程中均有應用，而且單項工程中使用的規(guī)模很大[2，3].

高壓旋噴注漿技術是在靜壓注漿技術基礎上，結合高壓水射流切割技術形成的一種特殊置換軟土的地基加固技術.其基本原理是：利用工程鉆機鉆孔至設計處理深度后，用高壓泥漿泵等高壓發(fā)生裝置，通過安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍的土體高壓噴射水泥漿液，同時噴桿以一定的速度邊旋轉邊提升，強力沖擊，切削土體使一定范圍內的土體結構破壞，并強制與水泥漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體[4].該方法主要用于地基加固，提高地基土抗剪強度，改善地基土的變形性質，使其在上部荷載直接作用下，不產生破壞或過大的變形；也可以組成閉合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂[5].具有施工方便，工藝簡單，地基加固見效快，耐久性好，施工工期短，造價低等優(yōu)點[6].該方法適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或可塑的粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土地基 [7].

2、工程概況及工程地質條件

某化纖公司，南臨黃海，東臨鴨綠江.場地屬于鴨綠江高河漫灘地段，地面絕對標高介于2.06～5.06m.化纖廠每日需要處理的廢水量約為20000m3，成為鴨綠江入?？诘闹饕廴驹粗?，嚴重地影響了工農業(yè)生產和人民的生活.為了達到工業(yè)廢水的排放標準，該廠建造污水均合池，池底為鋼筋混凝土結構；由于種種原因，均合池隨著江水上漲下降而浮沉，成為漂浮構筑物.池底持力層（砂礫）上面擠入淤泥質軟土，產生不均勻沉降.為了防止構筑物繼續(xù)沉浮，經過方案比較，決定采用三重管旋噴注漿技術進行加固處理.

3、高壓旋噴注漿加固設計

高壓旋噴樁的兩個重要指標是成樁直徑（即漿液擴散范圍）和樁體強度.這兩個指標的高低是由射流能力，土體成分和噴射工藝參數(shù)決定的.其影響因素包括：設備能力，噴射能量和質量，提升和旋轉速度，漿液性能等.從高壓旋噴注漿原理看，最根本的決定因素是高壓射流與土體的相互作用規(guī)律[8].

3.1 高壓射流破壞土體特征

高壓噴射流的構造如圖1.

由以上可以看出，射流在破土過程中，由于射流的擴散作用，軸心打擊壓力迅速衰減，橫截面上從中心到邊緣衰減也很快，射流破壞土體的速度隨深度的加大迅速變慢，逐漸達到其極限破壞能力，失去破壞作用.從（3）式中可以看出，破土速度在近距離內非?？?，接近末端時非常慢.由于射流速度非常高，一般在幾秒內即可達到極限破壞深度.射流能量大（壓力高，流量大），其破壞極限深度也大.

3.2 旋噴注漿孔布置

旋噴注漿布孔應滿足下列原則：

（1）旋噴注漿成樁后對地基承載力的提高應滿足建筑設計的要求.據(jù)此，決定采取100個旋噴孔，基本均勻地分布在基礎底面1008m2上；

（2）12個柱及周圍布孔稍多；

（3）為了便于鑿孔作業(yè)，孔口距離墻面以20cm為宜.

3.3 旋噴方式

為了減少孔數(shù)，節(jié)約工程投資，決定采用三重管復噴的旋噴方式.若淤泥太稀，必要時填以砂子，再進行旋噴處理.

3.3.1 三重管高壓旋噴注漿的基本原理[10]

三重管高壓旋噴是以高壓水作用噴射動力，通過特殊形狀的噴嘴，產生一束能量大，高度集中的連續(xù)脈沖運動的高壓射流，切削，沖擊，破壞土體結構，使水泥漿與土顆粒置換，攪拌，混合，因水泥的水化作用而凝結，在土層中形成固結樁體，為了防止高壓水射流的壓力衰減過快，增加射流的有效射程，在高壓水噴射流的噴嘴周圍，加上圓筒狀的空氣噴射流，形成水與氣同軸噴射.三重管旋噴示意圖見圖2.

3.3.2 三重管高壓旋噴注漿的技術特點

（1）鉆孔小成樁直徑大；

（2）形成的樁體互相咬合，結合緊密；

（3）施工設備輕便，占用場地小，施工速度快；

（4）使用注漿材料無毒性污染；

（5）形成的防滲墻抗?jié)B性能好.

3.4 旋噴參數(shù)

旋噴參數(shù)應通過試驗結果來確定.成樁直徑保證在1.25m以上，樁長0.8m （進入角礫巖0.2m）.旋噴施工參數(shù)：高壓水壓力20～25MPa，流量85L/min；空氣壓縮機氣壓0.6 MPa，進氣量0.9m3/min；漿壓0.5～1 MPa，漿量100～120L/min；水噴嘴φ為2.5mm；漿噴嘴φ為6～10mm；提升速度7.5cm/min；旋轉速度20r/min.

3.5 空穴處理

為了保證地基的良好承載作用，旋噴時應在交界面（即角礫巖與淤泥層界面）不提升旋噴3分鐘，或旋噴時進入角礫巖中0.2m，旋噴后樁頂空穴可能回填濃漿處理，使地基持力層與上部混凝土底板嚴密結合.

3.6 漿液材料與施工設備

以淤泥層加固為主時，旋噴注漿采用水泥漿.使用32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比1：1，比重1.62，為了水泥漿具有速凝與早強的性能，在水泥漿中加入速凝早強劑：水玻璃，三乙醇胺等.旋噴施工所用的設備由鉆機，高壓泵，高壓機，造漿機具以及勞動組織，人員配備等.

3.7水泥漿液用量計算

4、旋噴樁加固地基強度校核

結語：

（1）高壓旋噴注漿技術在本工程的使用取得了良好的效果.它增強淤泥質軟土地基抗剪強度，提高地基土承載力，且加固的土體質量高，可靠性好.解決其他地基加固方法在本工程中解決不了的問題.

（2）高壓旋噴樁強度和剛度介于鉆孔灌注樁和深層攪拌樁之間.與前者相比，節(jié)省了大量鋼筋，砂，石子，工程造價低；與后者相比，強度大，穩(wěn)定性好.

（3）在淤泥質軟土地質條件下，采用三重管旋噴法加固地基時可行的，經濟上是合理的，同時工期短，質量高，見效快，安全可靠.其社會效益和經濟效益顯著，在相似的地質條件下可以進一步推廣應用.

（4）隨著國民經濟不斷發(fā)展，高層建筑，港口及水利大壩建設，地下埋設物和地下結構物的日益增多，施工條件也將愈加復雜，并結合我國海岸線較長，河流湖泊較多，存在著大量的軟弱地基的特點.因此，高壓旋噴注漿法加固淤泥質軟土地基必將得到廣泛的應用.

參考文獻：

[1]龔曉南.地基處理技術發(fā)展與展望[M].中國水利水電出版社，2004.10.109～110.

[2]D.A.Bruce and Pellegrino.Jet Grouting for solving Tunneling Problems in Soft Clays，2003.

[3]Mitsuhiro Shibazaki.State of Practice of Jet Grouting，2003.

[4]梁炯鋆.錨固與注漿技術手冊[M].中國電力出版社，1999.9.446～448.

[5]彭振斌.注漿工程設計計算與施工[M].中國地質大學出版社，1996.9.5～8.

[6]祝和意.旋噴樁加固地基施工技術措施[J].山西建筑，2007.2.139～140.

[7]中華人民共和國行業(yè)標準.建筑地基處理技術規(guī)范JGJ79—2002.北京：中國建筑科學研究院，2003.1.1.

[8]高崗榮.高壓注漿法機理分析[J].中國注漿技術43年論文集.煤炭工業(yè)出版社，1998.8.198～200.

[9]高崗榮.煤炭科學技術[J].煤炭科學研究總院，1996年第4期.

[10]李國強，趙大奎，趙斌.水下三重管高噴注漿法防滲帷幕墻施工技術[J].中國注漿技術43年論文集.煤炭工業(yè)出版社，1998.8.203～205.

作者簡介：

呂哲（1983—），男，滿族，碩士，主要從事工程地質勘察、基礎工程設計與施工、地基處理等研究。通訊地址：遼寧省沈陽市渾南區(qū)文匯街18-2號