高壓旋噴樁在公路軟基加固中的應(yīng)用研究

魏君鵬

摘 要：高壓旋噴樁加固公路軟土地基，可大幅提升地基承載力，解決地基沉降等問題，且具有施工方便、工期短及成本較低等特點(diǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。本文在全面了解高壓旋噴樁加固機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例，對(duì)高壓旋噴樁的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁;軟基處理;加固機(jī)理

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

高壓旋噴樁注漿法源于日本，由于早期的靜力化學(xué)注漿法在細(xì)粒式砂性土、粘性土處理當(dāng)中，很難形成強(qiáng)度滿足規(guī)定的加固體，為解決此類問題，在靜力注漿法的基礎(chǔ)上，通過水力采煤技術(shù)當(dāng)中高壓噴射流技術(shù)的引入，演變發(fā)展為了高壓旋噴樁。相比其他軟基加固方法，高壓旋噴樁注漿法的優(yōu)勢(shì)在于土質(zhì)適用性廣、旋噴固結(jié)體形狀可控、施工方便、滲透系數(shù)小、硬化劑來源廣且價(jià)格偏低等等，因此在地基加固當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。為此，本文以某軟基處理項(xiàng)目為例，考慮到項(xiàng)目的實(shí)際情況，決定采用高壓噴射狀進(jìn)行軟基加固。實(shí)踐表明，通過高壓旋噴樁施工技術(shù)處理之后，路基質(zhì)量良好，旋噴樁總體呈規(guī)則圓柱狀，且垂直度可達(dá)到規(guī)定，旋噴處理之后，固結(jié)體長(zhǎng)度及各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，均可達(dá)到規(guī)定要求，說明，在軟基加固當(dāng)中采用高壓旋噴樁具有顯著的應(yīng)用效果。

1 高壓旋噴樁的加固機(jī)理

高壓旋噴樁注漿法是指在高壓噴射的作用下，將水泥漿通過帶有特殊噴嘴的注漿管設(shè)備噴出，沖擊、破壞原有地基土體，經(jīng)均勻拌和，可形成高強(qiáng)度固結(jié)體，進(jìn)而提升地基強(qiáng)度，減小沉降，最終實(shí)現(xiàn)改善地基土物理力學(xué)性能的效果。一般來講，旋噴注漿施工可分為兩個(gè)階段，第一，成孔階段，是通過一般的鉆機(jī)等設(shè)備成孔，將噴射管下至土層預(yù)定深度，從而完成成孔。第二，噴射固結(jié)階段，通過超高15 MPa的壓力將水泥漿由噴射管底噴出，在鉆桿進(jìn)行高壓水泥漿噴射時(shí)，可同步完成旋轉(zhuǎn)、提升兩個(gè)操作，噴射出來的高壓水泥漿液的切削能力很強(qiáng)，土體被破壞之后，將和水泥漿液共同進(jìn)行均勻拌和，并重新組合，待固化之后，即可構(gòu)成一個(gè)高強(qiáng)度的固結(jié)體，從而達(dá)到良好的加固效果。

就其加固機(jī)理來講，同樣可從2方面進(jìn)行闡述，具體如下：

1.1 噴射流破土機(jī)理

相較其他形式的復(fù)合地基，旋噴注漿法復(fù)合地基存在一些不同之處，其不單單和傳統(tǒng)的土木工程學(xué)科密切相關(guān)，同時(shí)，還涉及高壓噴射流等流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)。因此，其具有較為復(fù)雜的加固機(jī)理，屬于多種作用共同作用體。就破土機(jī)理來講，主要作用包括以下幾類：

（1）沖切破土作用。于土體沖切破壞作用來講，旋噴注漿法主要是由于高壓噴射流的能量過大，且在土體臨界破壞力以上，從而在沖切破壞作用下，促使土體原有結(jié)構(gòu)被破壞，并形成單位體積較小的土顆粒。隨著噴射流能量的加大，沖切破壞和加固效果愈加顯著，為此，在提升沖切破壞效果當(dāng)中，增強(qiáng)高壓泥漿泵壓力是最有效、最直接的手段。

（2）氣流加壓作用。因?yàn)槎毓芊▏娚涑龅母邏核酀{液由一層空氣流環(huán)繞，此空氣流作用包括：第一，對(duì)于射流能量的下降可起到減緩作用;第二，對(duì)于土體可形成壓縮作用。與單管法相比，高壓旋噴樁注漿法具有更顯著的沖切破壞效果。

（3）水楔作用。經(jīng)噴射軸，噴射流觸碰到地基土后，基于力的相互作用，噴射流極易出現(xiàn)反彈，且和原有噴射流碰撞，從而形成水楔。

1.2 成樁機(jī)理

高壓旋噴樁注漿法的成樁過程是通過高壓泵從注漿管底部噴出水泥漿液，經(jīng)漿液和土體攪拌固結(jié)后所形成的高強(qiáng)度樁體。其成樁機(jī)理不外乎3點(diǎn)，如表1所示。

2 工程概況

某工程經(jīng)地質(zhì)勘察可見，擬建場(chǎng)地內(nèi)分布地層有第四系全新統(tǒng)填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沼澤沉積層（Q4h）、第四系全新統(tǒng)沖擊層（Q4al）。場(chǎng)地內(nèi)按從上到下分布的地層如下：素填土（Q4ml）、粉質(zhì)粘土（Q4al）、松散圓礫（Q4al）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4h）、松散圓礫（Q4al）、稍密圓礫（Q4al）。在本工程當(dāng)中，存在厚度較大的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，為9.9 m～10.1 m厚。為保證施工質(zhì)量，必須結(jié)合工程所在地質(zhì)情況合理選擇軟基加固方案，故提出了高壓旋噴樁施工方案。

3 軟基加固高壓旋噴樁施工工藝

3.1 清理原地面

施工前期，需對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行清理，保證無雜物、垃圾等，避免影響施工質(zhì)量。根據(jù)工程地質(zhì)資料分析，需根據(jù)規(guī)定要求，清除一定厚度的表層土，并做好整平處理。

3.2 樁位放樣

按照施工方案規(guī)定，合理確定設(shè)計(jì)間距和加固區(qū)域范圍，放樣前，先復(fù)核一遍設(shè)計(jì)移交樁點(diǎn)，且設(shè)立施工測(cè)量控制網(wǎng)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，由專業(yè)測(cè)量人員實(shí)地對(duì)各排樁和各樁點(diǎn)中心準(zhǔn)確放樣。并通過灰線、灰點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，一般來講，樁線、樁心平面位置偏差不宜過大，需控制在允許范圍內(nèi)，不得超過5 cm。布樁時(shí)，可按照等邊三角形進(jìn)行設(shè)置。待完成放樣之后，需再次進(jìn)行校對(duì)與檢驗(yàn)，保證樁位準(zhǔn)確。此外，還要向施工人員進(jìn)行及時(shí)交底和移交，這樣有助于保護(hù)測(cè)設(shè)樁點(diǎn)。

3.3 鉆機(jī)定位

鉆頭與施工樁位孔中心對(duì)準(zhǔn)，并按照規(guī)范要求，對(duì)底座水平度、垂直度等指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行合理控制。待完成上述施工后，可將鉆機(jī)放置施工位置，準(zhǔn)確就位，并對(duì)噴嘴、壓力情況等進(jìn)行詳細(xì)檢查，保證無堵塞，能夠按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行噴射。

3.4 水泥漿液拌制

根據(jù)工程實(shí)際情況，采取機(jī)械拌制水泥漿液，拌制施工中，要嚴(yán)控配合比，并通過稱量準(zhǔn)確確定水泥、水等用量。一般來講，水泥漿液拌制時(shí)，可采取體積比，即按照制漿機(jī)桶身容量進(jìn)行每次制漿水泥、水等重量的計(jì)算，隨后進(jìn)行每次漿液拌制水泥用量的確定。同時(shí)，利用油漆筆在制漿機(jī)桶內(nèi)壁上進(jìn)行注水高度標(biāo)注，待注入水量達(dá)到標(biāo)注高度之后，則可停止水注入。并進(jìn)行水泥注入。由此準(zhǔn)確確定水泥漿液配合比。隨后進(jìn)行均勻攪拌，3 min～5 min為攪拌時(shí)間。根據(jù)施工規(guī)定，本工程可采用42.5普通硅酸鹽水泥進(jìn)行高壓旋噴樁施工漿液的拌制，1：1為水灰比，根據(jù)單樁體積進(jìn)行漿液用量的準(zhǔn)確計(jì)算。

3.5 鉆桿下沉、提升、噴漿

鉆桿下沉過程中，要對(duì)鉆桿垂直度進(jìn)行嚴(yán)格控制。當(dāng)鉆桿下沉到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高之后，即可將高壓漿泵開啟，在原位通過12轉(zhuǎn)/min的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射，當(dāng)漿液從孔口溢出后，可提升鉆桿。鉆頭提升和設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高相距1 m的情況下，可適當(dāng)減緩提升速度、泵壓等，待提升高度達(dá)到樁頂標(biāo)高時(shí)，可進(jìn)行30 s靜噴，隨后完成噴射施工。

3.6 灌漿補(bǔ)充

待完成噴漿施工之后，很可能出現(xiàn)析水情況，從而漿液產(chǎn)生不同程度的收縮下降現(xiàn)象，這種情況下，必須及時(shí)進(jìn)行灌漿補(bǔ)充，防止在結(jié)固體頂面表層出現(xiàn)凹穴。

3.7 機(jī)具清洗

當(dāng)所有工序結(jié)束之后，需及時(shí)將注漿管等設(shè)備進(jìn)行拆卸處理。要求將清水注入注漿管，將機(jī)具內(nèi)壁、表面全面清理干凈，不允許出現(xiàn)水泥漿殘留問題，影響再次使用效果。

3.8 鉆機(jī)移位

完成一個(gè)樁位高壓噴射施工之后，且機(jī)具設(shè)備均清理干凈的情況下，即可向新樁位移機(jī)，進(jìn)行下一個(gè)樁位施工。

4 軟基加固中高壓旋噴樁施工質(zhì)量檢測(cè)及控制措施

4.1 開挖檢查

待高壓旋噴樁施工完成之后，為檢驗(yàn)施工質(zhì)量，可采取淺層開挖法進(jìn)行檢測(cè)。本工程選取10根樁，開挖檢測(cè)結(jié)果為：樁體旋噴注漿施工后，整體垂直度良好，且呈規(guī)則圓柱狀。樁體附近30 cm之內(nèi)，存在“脈狀”水泥結(jié)石體，旋噴樁直徑在0.7 m以上，可滿足規(guī)定。

4.2 鉆孔檢測(cè)

為檢驗(yàn)樁體的長(zhǎng)度、整體性，可采取鉆芯取樣法進(jìn)行測(cè)定。即在旋噴樁半徑1/2的位置鉆取芯樣，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件的制作。通過分析，獲取樁體實(shí)測(cè)指標(biāo)是否與規(guī)范要求相符。在本工程當(dāng)中，同樣選取10根樁體進(jìn)行試驗(yàn)分析。通過試驗(yàn)結(jié)果可知，樁體芯樣均勻、完整，整體性良好。且結(jié)固體長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度相符，并未見斷芯情況，2.1 m為最長(zhǎng)芯樣，通過室內(nèi)試驗(yàn)分析，樁體各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均可滿足規(guī)范規(guī)定。

4.3 荷載試驗(yàn)

一般來講，荷載試驗(yàn)分為2類，即平板靜荷載、荷載板，基于本工程實(shí)際情況，采用了平板靜荷載試驗(yàn)進(jìn)行地基承載力檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

通過檢測(cè)可知，無論是單樁、亦或是復(fù)合地基、樁間土，承載力均可滿足規(guī)定要求。說明在軟基加固當(dāng)中，高壓旋噴樁注漿法具有良好的施工效果。

5 結(jié)束語

綜上所述，伴隨公路建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，建設(shè)施工中會(huì)遇到各種不同地質(zhì)情況，其中軟土在我國(guó)分布十分廣泛，此類土質(zhì)具有含水量高、強(qiáng)度小、可壓縮性強(qiáng)等特點(diǎn)，若直接在軟土地基上修筑公路，極易影響路基的穩(wěn)定性。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，新技術(shù)、新工藝層出不窮。為了提升軟基承載能力，高壓旋噴樁注漿法得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)的應(yīng)用可以有效提升路基的承載力，從而滿足公路施工要求。

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