高压旋喷法加固地基机理与方法

摘要：旋喷注浆法可在地层深处将水泥浆液等以高压旋转冲切土体，以达到加固地基，提高承载力和减少建筑物的沉降和不均匀沉降的目的。目前在我国建筑工程、公路桥梁、煤矿和铁路路基等建设工程中应用极为广泛。鉴于此，本文对高压旋喷法加固地基机理与方法进行了探讨。 关键词：高压旋喷法；地基加固；施工

一、前言

高压喷射注浆法是以高压喷射流为加固地基的主要作用，是以高压喷射流直接冲击破坏土体，浆液与土以半置换或全置换凝固为固结体。由于高压喷射注浆法固结体的质量明显提高，有强化地基的作用，它既可用于工程建设之前、工程建设之中，还可用于竣工后的托换工程，可以不损坏建筑物的上部结构，能在狭窄和较低矮的现场贴近建筑物施工，甚至可以不影响运营使用。高压喷射注浆法除能强化地基之外，还有防水止渗的作用，可用于深基坑地下工程的支挡和护底、筑造地下防水帷幕、减振、防止砂土液化、增大土的摩擦力和粘聚力以及防比基础冲刷等方面。而且高压喷射注浆施工较为安全，这是因为各种高压设备如高压水泵、高压水浆泵等均有安全阀门和超压自动停机、自动泄压装置，即当压力超过规定值时．阀门便白动开启，泄浆降压或自动停机，不会因堵孔升压造成爆破事故。

二、高压旋喷法加固地基机理分析

高压旋喷法加固地基机理可以主要归纳为以TA类：1、流动压一高压射流冲击土体时，由于能量高度集中地作用于一个很小的区域，这个区域内的土体结构受到很大的压力作用，当这些外力超过土的临界破坏压力时，土体便发生破坏。2、喷射流的脉动负荷一当喷射流不停的脉动式冲击土体时，土粒表面受到脉动负荷的影响，逐渐积累起残余变形，使土粒失去平衡而发生破坏。3、水块的冲击力一由于喷射流继续锤击土体产生冲击力，促进破坏的进一步发展。4、空穴现象一当土体没有被射出孔洞时，喷射流冲击土体以冲击面大气压为基础，产生压力变动，在压力差大的部位产生空洞，呈现出类似空穴的现象，在冲击面上的

土体被气泡的破坏力所腐蚀，使冲击力破坏。5、水楔效应―当喷射流充满土层，由于喷射流的反作用力，产生水楔，楔人士体裂隙或薄弱部分，这时喷射流的动压变成静压，使土体发生剥落裂隙加宽。6、挤压力一喷射流在终期区域能量衰减很大，不能直接破坏土体，但能对有效射程的边界土产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周紧密相依，不产生脱离现象。7、气流搅动一空气流具有将己被水或浆液的高压喷射流破坏了的土体，从土的表面迅速吹散的作用，使喷射流的作用得以保持，能量消耗得以减少，因增大了高压喷射流的破坏能力。

三、高压旋喷法加固地基方法

1、施工程序

(1)钻孔就位。旋喷注浆施工的第一道工序就是将使用的钻机安置在设计孔位上，使钻杆头对准孔位的中心。同时为保证钻孔达到设计要求的垂直度，在钻机就位之后，必须作水平校正，以保证钻杆轴线正对准钻孔的中心位置。 (2)钻孔。钻孔的目的是为了将旋喷注浆喷嘴插入预定的地层中。施工方法很多，主要视地层中地质清况、加固深度、机具设备等条件而定。通常单管旋喷多使用70型或柄型旋转震动钻机，钻进深度可达30m以上，适用于标准贯入度小于40的砂类土和粘性土层，当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。在二重管和三重管旋喷法施工中，一般多采用地质钻机钻孔。(3)插管。插管就是将旋喷注浆管插入地层预定的深度，插管与钻孔两道工序合二而一，钻孔完毕，插管作业即完成。使用地质钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管，并换上旋喷管插入到预定的深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷口可边射水、边插管，水压力一般不超过IMPa。如压力过高，容易将孔壁射塌。(4)旋喷作业。当旋喷管插入预定深度之后，立即按设计配合比搅拌浆液，指挥人员宣布旋喷开始时，即旋转提升旋喷90值班技术人员必须时刻注意检查注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录，绘制作业过程曲线。(5)冲洗。当旋喷提升到设计标高时。旋喷结束。施工完毕应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管软管内的浆液全部排出。(6)移动机具。把钻机等机具设备移到新孔位上。

2、旋喷工艺

(1)旋喷深层长桩固结体。从当前施工情况来看，由于天然地基的地层土质情况随深度变化较大，土质种类、密实程度、地下水状态等都有明显的差异。所以在旋喷深层长桩固结体时，如果只采用单一的固定旋喷参数，势必形成直径不匀的上部较粗下部较细的固结体，将严重影响旋喷固结体的承载或抗渗作用。因此对旋喷深层长桩，为获得均匀密实的长固结体应按地质剖面图及地下水等资料，在不同深度，针对不同地层土质情况，选用合适的旋喷参数。在一般情况下，对深层硬土，可采用增加压力和流量或适当降低旋转和提升速度等方法。(2)重复喷射。由旋喷机理可知，在不同的介质环境中有效喷射长度差别很大。对土体进行第一次旋喷时，喷射流冲击对象为破坏的原状结构士。若在原位进行第二次喷射(即重复唆射)，则喷射流冲击破坏对象业己改变，成为浆土混合液体。冲击破坏所遇到的阻力减小，因此在一般情况下，重复喷射有增加固结体直径的效果，增大的数值随土质密度变化而变化。松散土层的复喷效果往往不及比较密实的土层明显。其主要原因是由于土质松软，在第一次旋喷时就已经接近其最大破坏范围，重复喷射时，介质环境改变不大，因此增径率较低。一般的，重复喷射有增径效果，由于增径率难以控制和影响施工速度，因此在实际中不把它作为增径的主要措施。通常在发现浆液喷不足影乡固结质量时或工程要求较大的直径时才进行重复喷射。(3)冒浆的处理。在旋喷过程中，往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆(内有土粒、水及浆液)量小于注浆量20％者为正常现象，超过20％或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。

参考文献： 1、张爱军，谢定义．复合地基理论研究的历史与最新发展土工基础，2007，18(6) 2、冯瑞玲谢永利柔性基础下粉喷桩复合地基的承载力计算土木工程学报2007，38(5)