高壓旋噴注漿法在濕陷性黃土路基加固中的應用

□ 黃永飛

1 引言

黃土在我國廣泛分布，面積可達64萬km2，占全國土地面積的6%，其中黃土高原是黃土地貌發(fā)育最為典型的地區(qū)，黃土面積占全國黃土面積的70%左右，厚度可達100mm以上，具有分布連續(xù)、厚度大及濕陷性高的特點。由于黃土的濕陷性，在雨水或荷載等其他因素的影響下，黃土地區(qū)修建的公路路基極易發(fā)生變形、不均勻沉降及陷穴等病害，不僅對行車安全造成影響，其維護費用也居高不下。因此，選擇合理的方式對黃土地區(qū)公路路基進行經(jīng)濟、快速的加固，對于黃土地區(qū)公路的修建與運維具有重要的現(xiàn)實意義。

高壓旋噴注漿法通過高壓將水泥漿噴射入黃土軟基中，使軟基逐漸固結硬化，從而提高土體地基承載力與土坡的穩(wěn)定性，具有處理路基沉降速度快、工藝簡單的特點，是黃土及其他不良土體加固的有效方法。基于以上分析，本研究在介紹高壓旋噴注漿法及其原理的基礎上，對高壓旋噴注漿法在黃土地區(qū)的注漿施工工藝進行分析探討。

2 高壓旋噴注漿法及加固原理

高壓旋噴注漿法又稱噴射注漿法，在工程上一般簡稱為旋噴樁。最早起源于日本，于20世紀70年代引入我國后，得到了全面發(fā)展與應用。高壓旋噴注漿法目前主要應用于黃土、軟土等不良土體地基的加固，具有施工占地少、振動小、噪音低、污染小及加固效果好的優(yōu)點，目前已成為我國基礎加固普遍應用的施工方法之一。

高壓旋噴注漿法是在灌漿法和化學注漿法的基礎上，采用高壓噴射技術發(fā)展起來的。在高壓旋噴注漿法施工時，根據(jù)施工對象和地層性質，選用合適的鉆機，將注漿管置于設計高程后，利用高壓設備使水泥漿從注漿管上噴頭以20MPa～30MPa高壓噴射流射出，沖擊切削土體，并以一定的速度邊噴射、邊旋轉、邊提升，使得土體在高壓噴射流的強大動力等作用下被破壞、剝落下來，并與注入的水泥漿按照一定的漿土比例強制攪拌混合[1]。待凝結成形后，在軟弱土體中形成具有一定強度的旋噴固結體，使得原來軟弱松散的土體變?yōu)榫哂休^高強度的混合強化復合地基[2]，從而起到對地基加固的效果。加固后的復合地基的效果圖如圖1所示，可以看出，由于旋噴固結體（即旋噴樁）的存在，外荷載的作用下，旋噴固結體就會產(chǎn)生一定的應力集中現(xiàn)象，使得樁間土承擔的壓力降低，整個地基承載力也相應提高，壓縮量降低。

圖1 高壓旋噴樁加固地基效果圖

根據(jù)噴射介質的不同，可將高壓旋噴注漿法分為單管法、二重管法及三重管法[3]，如圖2所示。其中單管法僅具有單層噴射管，僅噴射水泥漿；二重管法是將高壓水泥漿和空氣兩種介質進行噴射，其對土體的破壞也更為嚴重，最后在軟弱土基中形成的固結體也更大；三重管法是將漿液、清水、空氣三種介質進行噴射，其破壞土體的能量最高，最后在土中形成的固結體也最大。但由于黃土的濕陷性，含有噴射水體的三重管法較少用于濕陷性黃土的地基處置中。

圖2 不同形式的高壓旋噴注漿法

3 施工工序及控制要點

3.1 準備工作

在施工之前應進行必要的準備工作，主要包括以下3點。第一，場地清理。在施工現(xiàn)場場地，對影響施工和安全的雜物、障礙物進行清理，以減少對后期施工的影響，并對地質資料進行校對。第二，樁位放樣。對設計移交樁點進行復核，建立施工測量控制網(wǎng)；根據(jù)樁位平面布置圖，采用高精度的全站儀定出控制樁樁位，用鋼尺定出其他樁位置，并用竹簽和白灰進行標記；放樣完成后，再次進行校核，確保樁位定位準確[4]，樁位允許偏差不超過±5cm。第三，設備選擇與調試。根據(jù)土層的特點、結構及旋噴樁的高度，選擇合適的旋噴鉆機及配套設備[5]，并進行調試，確保設備各項性能正常。

3.2 制漿

高壓旋噴注漿法除了要保證樁位放樣和鉆機位置準確以外，還應當對漿液配置予以重視，要求所制漿液不得發(fā)生離析，也不得長時間放置。制漿與鉆孔通常同時進行。在制漿時，按照設計好的配合比計算水泥漿的比重，而后根據(jù)制漿桶的體積計算出每次制漿所需的水泥、水的質量，并精確稱取，加入制漿桶內，先加水，后加水泥?？稍谥茲{桶內壁用油漆筆或金屬焊標記出注水高度和水泥漿的總高度，如圖3所示，注水至標記出停止注水，緩慢加入水泥至總高度，然后用制漿機攪拌3min～5min。攪拌完成之后，應進行過濾才可倒入集料斗進行使用，以避免漿體內塊體堵嘴損壞漿泵。

圖3 制漿桶制漿加料示意圖

3.3 鉆機定位與鉆孔

將鉆機布置在做好標記的樁位，并將鉆頭對準施工樁位孔的中心，借助水尺準或鉆機自帶的調平裝置從縱橫兩個方向對進調平，嚴格控制底座水平度和垂直度，其鉆位偏差不超過±2cm，垂直度偏差不超過±1.5%，并保證鉆機鉆桿始終與鉆孔平面一直保持相垂直，確認無誤后固定鉆機，并檢查機器設備是否正常、壓力有無異常、噴嘴是否通暢等。

若采用三重管法，在鉆機的牽引下，鉆桿沿著導向架緩慢下沉成孔，直至設計標高。鉆孔完成后，拔出鉆桿，緩慢插入旋噴管。若采用單重管法或二重管法，其鉆孔與插管兩道工序可合二為一。同時，在下沉過程可借助噴射管本身的噴射輔助貫入（濕陷性黃土路基嚴禁射水下沉）。其工序為：開啟鉆機與高壓泥漿泵，在鉆機的牽引下，使得鉆桿沿著導向架噴射、下沉成孔，直至設計標高。

此外，在鉆孔過程中，嚴格遵照“先兩側、后中間”的施工步驟，并以隔行挑插的模式進行轉孔作業(yè)，維持兩側強度指標的均衡性的同時減少噴漿對相鄰樁產(chǎn)生的影響，以規(guī)避移位、竄孔等不良情況。

3.4 旋噴成樁

若采用單管法，下沉噴漿管下沉至設計標高后，應停止鉆進，但仍保持鉆桿和旋噴管旋轉狀態(tài)。待泥漿泵壓力達到施工設計值時開始地下試噴，檢查其擺動角度、噴射方向等正常后，先在底部噴漿30s，后緩慢提升、旋轉，其提升速度應≤25cm/s，旋轉速度約15r/min[6]（可根據(jù)試樁確定，同時應根據(jù)冒漿情況隨時做出調整[7]），當旋噴至樁頂以下1m時，減緩提升速度，當噴漿口即將出地面時，停止提升，旋噴數(shù)秒以保證樁頂質量。若采用二重管法或三重管法施工，旋噴作業(yè)前，首先對注漿管進行地面試噴，檢查其噴射裝置及泥漿泵、高壓水泵及空壓機備是否正常。檢查合格后，下沉噴漿管至設計深度后，啟動鉆機、泥漿泵、高壓水泵及空壓機，待各項儀器壓力、流量和風量達到設計值開始旋噴注漿，邊旋噴、邊提升，并控制好速度[8]，當旋噴至樁頂以下1m時，減緩提升速度，當噴漿口即將出地面時，停止提升，旋噴數(shù)秒以保證樁頂質量，如圖4所示。

此外，從樁底旋轉注漿開始就要實時觀測并控制向上提升速度和旋噴速度，以及水、氣、漿的壓力與流量等參數(shù)，還要控制好漿液的初凝時間[9]，若超出設計時間，應停止作業(yè)并更換材料。此外，噴漿作業(yè)結束后，頂部水泥漿和軟土拌合物的析水作用與干縮作用會導致漿液發(fā)生收縮而產(chǎn)生凹陷，此時應鑿去頂部缺陷部分（也可采用鉆機再次鉆進），及時補充灌漿。

圖4 旋噴樁施工工藝流程圖

3.5 機具清理

旋噴成樁施工完成后，應及時拆卸取出各機具設備并注入清水進行地上噴射，清除機具內殘留漿液，徹底清洗機具表面及內壁，以便下次使用。

4 結語

黃土在我國有著廣泛的分布，在黃土地區(qū)對公路路基進行加固時，應考慮其濕陷性等特點，選擇適宜的方法進行處置。本文對高壓旋噴注漿法在濕陷性黃土路基加固中的應用進行了介紹。通過高壓旋噴注漿法對黃土地基進行加固，可提高黃土路基的承載力，降低地基壓縮量，有效解決沉降、陷穴等問題，是黃土地區(qū)地基加固的科學方法。