公路橋梁基礎(chǔ)施工旋噴樁技術(shù)研究

俞建軍

（上饒市弋陽(yáng)公路事業(yè)發(fā)展中心，江西 弋陽(yáng) 334400）

0 引言

我國(guó)的地域面積非常廣闊，不同區(qū)域的地基條件相差很大，土質(zhì)有較大不同。公路橋梁基礎(chǔ)施工關(guān)系到工程運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，對(duì)于交通安全影響比較大。應(yīng)用旋噴樁技術(shù)處理軟土地基效果比較好，直接破壞土體結(jié)構(gòu)，注入的漿液與原土體充分混合，形成強(qiáng)度性能達(dá)標(biāo)的固結(jié)體，實(shí)現(xiàn)土體的加固效果，具備防滲性，促進(jìn)結(jié)構(gòu)性能的提升。目前在公路橋梁基礎(chǔ)施工中，旋噴樁技術(shù)應(yīng)用效果比較明顯，達(dá)到安全、可靠性的要求，從而滿足工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

1 旋噴樁技術(shù)的作用

高壓旋噴樁在施工中，主要的施工器具是鉆機(jī)、注漿管、高壓泵等設(shè)施，通過(guò)高壓射流與漿液攪拌等方式，達(dá)到土體固結(jié)的效果。我國(guó)在20世紀(jì)70年代開(kāi)始引入旋噴樁技術(shù)，應(yīng)用的范圍比較大，實(shí)現(xiàn)地基加固、路面沉降處理、隧道支護(hù)等工作，具有非常高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)工程領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生積極的作用。旋噴樁技術(shù)的作用包括以下方面。

第一，樁體作用。如果樁體長(zhǎng)度大于土體的剛度與強(qiáng)度，并且表面比較粗糙，承載性能提升比較明顯。在很多情況下，應(yīng)用旋噴樁技術(shù)可以全面提升地基的承載力，減少地基沉降的問(wèn)題，提高橋梁項(xiàng)目的穩(wěn)定性。

第二，墊層作用。較之天然的地基，應(yīng)用旋噴樁技術(shù)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力的提升較為明顯，應(yīng)用價(jià)值比較高，提高總體性能。

第三，加速固結(jié)。地基土發(fā)生固結(jié)作用和排水、變形都存在直接關(guān)系。應(yīng)用旋噴樁技術(shù)，會(huì)快速完成土體的固結(jié)處理，提高結(jié)構(gòu)的抗剪性能，達(dá)到良好的支護(hù)效果，促進(jìn)綜合利用價(jià)值的提高。

第四，加筋作用。從樁體加筋方面的施工效果來(lái)看，應(yīng)用旋噴樁技術(shù)提升結(jié)構(gòu)的抗剪性能，支護(hù)效果比較好。

第五，提升防滲性。水泥固化土?xí)纬商厥獾乃唷凉羌艿慕Y(jié)構(gòu)形式，減小滲透系數(shù)，從而形成硬度較高的整體結(jié)構(gòu)，防滲性好，綜合性能提高比較明顯[1]。

2 公路橋梁中旋噴樁技術(shù)類型與適用條件

2.1 旋噴樁技術(shù)類型

從噴射方法分析，目前的旋噴樁技術(shù)主要包含下述類型。

2.1.1 單管法

該方法的應(yīng)用歷史比較悠久，自從20世紀(jì)70年代開(kāi)始應(yīng)用，通過(guò)噴射高壓漿液沖擊破壞巖土體，按照要求進(jìn)行注漿管提升、旋轉(zhuǎn)，漿液與土體攪拌處理，形成性能合格的固結(jié)體，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量符合要求。因?yàn)闈{液具備特殊性能，在壓力比較大的情況下，容易發(fā)生堵管的問(wèn)題，造成水泥漿液的黏性比較高。從高壓泵噴射出去后，壓力會(huì)降低，所以必須提高注入壓力，將其控制在20～30MPa。即使如此也難以達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法挽回壓力損失，對(duì)于整個(gè)樁基礎(chǔ)施工帶來(lái)負(fù)面影響。

2.1.2 雙重管法

該方法主要是利用雙通道二重注漿管進(jìn)行高壓注漿施工，發(fā)揮壓縮空氣的作用，避免壓力損失，獲得直徑符合要求的樁體結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況需要，雙重管法制作的固結(jié)體直徑一般為0.5～1.9m，性能提升比較明顯。

2.1.3 三重管法

相比雙重管法，三重管法會(huì)增加一根噴水管，高壓水和壓縮空氣形成高壓射流進(jìn)行土體切割，再應(yīng)用水泥漿液填充處理，制作成為整體的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。水流為牛頓流體，黏性比較小，壓力損失也比較小，不會(huì)發(fā)生堵管的問(wèn)題，壓力滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。根據(jù)目前工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，該方法的固結(jié)體直徑可以達(dá)到0.9～2.5m。

2.1.4 多孔管法

這一方法和三重管法的施工方式基本相同，也是利用高壓水、高壓漿液完成施工，實(shí)現(xiàn)空氣的壓縮處理，其主要區(qū)別是鉆桿設(shè)有速凝劑入口，根據(jù)需要調(diào)節(jié)速凝劑的比例，以縮短凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)安裝壓力傳感器，快速掌握壓力參數(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)的施工管理和控制提供基礎(chǔ)。該方法的固結(jié)體直徑在2.0～4.0m之間，結(jié)構(gòu)性能提升比較明顯[2]。

2.2 旋噴樁技術(shù)適用條件

2.2.1 適用土質(zhì)條件

在多種土質(zhì)條件下，旋噴樁技術(shù)都能滿足使用的需要。如果現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)大量塊石、植物根莖、有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)，導(dǎo)致噴射流的強(qiáng)度受到損失，影響注漿的施工效果。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)存在較多碎石或者礫石的情況，在體積比較大的情況下，注漿施工達(dá)到滲透的效果，結(jié)構(gòu)性能合格。在內(nèi)部植物纖維含量較多并且直徑比較大的情況下，漿液無(wú)法切割進(jìn)入，雖然能夠穿越纖維的孔隙，形成固結(jié)體結(jié)構(gòu)，但是均勻性比較差，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能不合格。此外，對(duì)于沒(méi)有填充物的巖溶地段、腐蝕嚴(yán)重的地基，或者地下水含量比較高，禁止應(yīng)用旋噴樁技術(shù)，否則將會(huì)影響工程質(zhì)量。

2.2.2 工程適用范圍

除了地基加固性能比較優(yōu)越之外，旋噴樁技術(shù)的應(yīng)用比較方便，現(xiàn)場(chǎng)施工便捷，且施工成本比較低，應(yīng)用范圍比較大，對(duì)于多種工程結(jié)構(gòu)形式都能滿足要求，具備較高的應(yīng)用價(jià)值。

3 旋噴樁技術(shù)在公路橋梁中的應(yīng)用

在工程建設(shè)施工中，應(yīng)用旋噴樁技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面勘查和分析極為重要，根據(jù)土質(zhì)的類型、旋噴漿液的配比、加固時(shí)間、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，確定最佳施工工藝，滿足施工的標(biāo)準(zhǔn)要求。選擇橋梁工程作為案例，分析旋噴樁技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.1 工程概況

某橋梁工程項(xiàng)目長(zhǎng)780m，橋梁地質(zhì)性質(zhì)為粉質(zhì)黏土與軟土。根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，選擇應(yīng)用三重管法進(jìn)行高壓旋噴樁注漿施工，實(shí)現(xiàn)基層支護(hù)。在施工前，進(jìn)行漿液的配置，應(yīng)用P·O32.5普通硅酸鹽水泥制作。在高壓旋噴樁施工中，加強(qiáng)以下參數(shù)控制：水泥加入比例、水灰比、注漿壓力、氣壓、轉(zhuǎn)速、鉆桿提速等。項(xiàng)目實(shí)施前，進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論，確定現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)參數(shù)，確保單根旋噴樁加固半徑超過(guò)400mm，并且水泥加入比例合格，達(dá)到結(jié)構(gòu)防滲性要求。

3.2 高壓旋噴樁施工參數(shù)

高壓旋噴樁施工前，對(duì)水泥、外摻劑等材料進(jìn)行全面的檢查，并檢查和控制樁位、壓力表、旋噴設(shè)備的性能，各項(xiàng)性能符合要求，且滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。在現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)，嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝方案，加強(qiáng)施工技術(shù)參數(shù)的控制，做好現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范化施工管理。在施工完成后，及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢查，保證質(zhì)量、承載性能合格。

3.2.1 水泥摻量

在高壓旋噴樁現(xiàn)場(chǎng)施工中，水泥摻量是最為關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)，該項(xiàng)目設(shè)定為300kg/m3。根據(jù)高壓旋噴樁加固原理分析發(fā)現(xiàn)，為了在土體結(jié)構(gòu)內(nèi)注入足夠的水泥材料，應(yīng)加強(qiáng)噴射流的切割控制。如果不能達(dá)到要求，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的性能不合格，難以滿足工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 氣壓

該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工采用三重管法，將漿液、氣體、高壓水同時(shí)噴射到內(nèi)部，氣流可以快速完成噴射切割處理。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，確定該項(xiàng)目空壓機(jī)參數(shù)值最大為0.7MPa。

3.2.3 漿液壓力

在該項(xiàng)目實(shí)施中，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的漿液壓力與土體加固半徑進(jìn)行原位試驗(yàn)，得出表1的數(shù)據(jù)。

表1 高壓旋噴加固半徑與漿液壓力關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果

3.2.4 水灰比

在水灰比較小的條件之下，現(xiàn)場(chǎng)采取壓力超過(guò)20MPa的高壓噴射方式，容易發(fā)生堵管的情況，而漿液黏度越高，導(dǎo)致噴射壓力流失越嚴(yán)重，加固作業(yè)的范圍難以滿足工程的標(biāo)準(zhǔn)要求。如果水灰比比較大，水泥混凝土的固結(jié)強(qiáng)度減小，導(dǎo)致固結(jié)性能無(wú)法滿足要求。根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的施工要求，確定相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，水灰比設(shè)定為1.0，并采用快速施工方式，避免漿液存放時(shí)間較長(zhǎng)，黏度升高的問(wèn)題。

4 旋噴樁技術(shù)工藝分析

4.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的要求進(jìn)行封閉處理，使用挖掘機(jī)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖作業(yè)，并及時(shí)平整場(chǎng)地，攤鋪碎石，還要布置排水結(jié)構(gòu)。

4.2 測(cè)量定位

按照設(shè)計(jì)方案的要求，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)用全站儀、GPS定位儀確定樁位，并應(yīng)用竹簽或者油漆進(jìn)行標(biāo)記處理，周邊設(shè)置控制樁，以達(dá)到結(jié)構(gòu)施工的精度要求。

4.3 機(jī)具調(diào)整就位

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要安裝機(jī)具，并根據(jù)施工的標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)整，避免對(duì)施工造成不利的影響。應(yīng)用吊錘、水平尺等調(diào)整機(jī)具的安裝位置，進(jìn)行結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)，水平度、垂直度完全達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。為了確保平面位置精度合格，施工人員應(yīng)用先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，樁中心與孔位重合，偏差在5cm以內(nèi)。機(jī)具調(diào)整完成后，通過(guò)低壓注水試驗(yàn)方法確定噴嘴是否暢通、壓力是否合格，以符合工程的施工標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 鉆孔、插管

再次進(jìn)行鉆桿檢查，達(dá)到暢通性要求，長(zhǎng)度尺寸合格，密封性達(dá)標(biāo)。接管操作時(shí)，按照工序檢查。鉆進(jìn)施工后，穿越上部的淤泥層結(jié)構(gòu)，使用噴射管完成噴射，也可以采取振動(dòng)貫入的處理方式。根據(jù)工藝方案的要求，壓力為0.5～1.0MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，即可停止作業(yè)[3]。

4.5 配置水泥漿

打樁機(jī)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，即可進(jìn)行水泥漿的混合處理。在施工前，進(jìn)行漿液的配置，使用普通硅酸鹽水泥制作，水灰比為（0.8∶1）～（1.5∶1）。如果現(xiàn)場(chǎng)施工條件比較特殊，可以及時(shí)調(diào)整水灰比，以符合現(xiàn)場(chǎng)施工精度的要求。在水泥漿液的制作環(huán)節(jié)，進(jìn)行攪拌處理，合理控制各種材料的比例，用稱量方式確定材料的用量，以滿足結(jié)構(gòu)的配比要求，且均勻性合格。在投入使用之前，進(jìn)行過(guò)篩處理，使用孔徑0.8mm的篩網(wǎng)，達(dá)到施工的標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)場(chǎng)連續(xù)攪拌處理，準(zhǔn)備充足的施工材料，避免影響工程的施工效果。

4.6 噴射注漿

現(xiàn)場(chǎng)施工開(kāi)始前，應(yīng)對(duì)設(shè)備、管路進(jìn)行全面檢查，并開(kāi)展高壓水試驗(yàn)工作，達(dá)到要求才能繼續(xù)進(jìn)行噴射注漿施工。嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，噴漿管達(dá)到規(guī)定標(biāo)高后，停止旋轉(zhuǎn)處理，且壓力達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，以符合工程的質(zhì)量要求。如果現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)生故障，應(yīng)立即停止作業(yè)，并調(diào)整施工方案，排除故障，以滿足工程的施工要求。噴漿工作全部結(jié)束后，由于存在收縮、凹陷的問(wèn)題，及時(shí)補(bǔ)充灌入施工，達(dá)到結(jié)構(gòu)完整性的標(biāo)準(zhǔn)。

4.7 樁頭部分處理

旋噴施工到樁頂3.0m的位置，要減慢提升的速度，提升到距離樁頂0.5m的位置后，應(yīng)減小注入的壓力，以確保結(jié)構(gòu)的安全性與完整性。

4.8 回收器具并移位處理

在現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)束后，使用清水進(jìn)行管道的清理，預(yù)防發(fā)生堵管。測(cè)量管道的長(zhǎng)度，確定是否滿足后續(xù)環(huán)節(jié)的施工要求，符合要求后，隨著樁機(jī)移動(dòng)到下一施工位置，重復(fù)上述流程[4-5]。

5 應(yīng)用旋噴樁技術(shù)施工效果

在該工程高壓旋噴樁施工中，設(shè)定水灰比1.0、注漿壓力25MPa、氣壓0.7MPa，施工工藝參數(shù)合理。應(yīng)用高壓旋噴樁作業(yè)方式，將合格的水泥漿液注入土體，促進(jìn)加固效果的提升，樁體的性能合格。在施工后，采用鉆芯取樣的方式檢查，各項(xiàng)性能符合要求，完全滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為后續(xù)工程的建設(shè)施工提供基礎(chǔ)條件。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，旋噴樁技術(shù)是一種先進(jìn)的施工技術(shù)，完全可以滿足橋梁工程的建設(shè)需要，達(dá)到工程的施工標(biāo)準(zhǔn)，操作方便、施工速度快、成本較低，明顯提升橋梁性能。分析實(shí)際工程案例，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，確定合適的技術(shù)參數(shù)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝控制，保證每項(xiàng)措施都處于可控的范圍內(nèi)，提高施工質(zhì)量水平，確保公路橋梁的運(yùn)行效果合格。