高速公路软基加固中旋喷桩的应用研究

摘要：论述了旋喷桩加固机理及其施工工艺，从多角度论述了高速公路中旋喷桩施工质量控制要点。

关键词：软基；旋喷桩；加固

引言

国内自上世纪70年代引进旋喷桩技术以来在房屋基础、铁路基础以及市政基础中得到广泛应用，其加固体强度高、加固体形状可控等特点而被广泛接受。该技术形成的固结体，其形状与喷射流动方向有关，在旋喷时期喷嘴一边喷射一边旋转和提升，固结体呈圆柱状，其可提高地基的抗剪强度，改善土体的变形性质。

1.旋喷桩加固机理

旋喷桩是利用钻机将带有特殊喷嘴的注浆管钻至土层的预定深度，之后用高压脉冲泵将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置向四周以高速水平喷入土体，在喷射过程中通过3600旋转并徐徐提升注浆管，钻杆在以一定速度逐步向上提升和旋转浆液形成高压喷出后具有很大动能即产生高压、高速喷射流，其高压喷射流可置换大量软弱层并挤密桩周土，并可让沙砾石垫层或粘土与水泥浆充分混合、胶结、硬化，固结成为一个整体，最终可在桩周围形成具有高强度的水泥土桩实现改良土壤、增加地基强度、减少土体压缩变形、提高地基承载力。其加固过程可分为三个步骤：

破坏土体。在高压喷射流冲击土体时其能量高度集中于一个很小的区域，因此该区域内与周围土和土结构间会产生很大的压应力作用，当该应力超过土颗粒结构的破坏临界值时则土体会受到破坏，且破坏力与流速的平方成正比，而要增加流速则应增加喷射压力，使其具有足够的能量冲击并破坏土体，其压力越高、流速越大、破坏力也越大。

旋喷成桩。高压喷射流对土体的破坏作用导致土体由整体变为松散状态，随着喷射流的连续冲切和移动其对土体破坏的深度和范围不断扩大，被切削下来的部分细小土粒被浆液置换发生升扬置换作用，随着液流以泥浆的形式被带到地面，而其余的土颗粒在喷射动压力、离心力和重力的共同作用下，在横断面上按照质量大小有规律的重新排列并与浆液搅拌混合形成新型的水泥-土网络结构。

水泥与土的硬化。在喷射过程中土体被破坏粉碎成各种粒径或大小不同的土团，其间隙被水泥浆所填满，因此在水泥土内可形成一些水泥及细土颗粒较多的微区，而土团内则无水泥，水泥的水解水化作用及其与土颗粒间作用，并不断在水泥和土颗粒周围形成各种晶体，并不断生成、延伸并交织在一起形成空间网络结构，土团则被包围在骨架中间，随着土体被挤密，其内部水分也逐步消失，并形成特殊的水泥土骨架结构而增强了水泥土的强度。

2.施工工艺

2.1 灰浆制作

其应按照灰浆的配比要求，根据泥浆罐的容量提前制作灰浆，制作过程中应充分搅拌，其搅拌时间不少于15min，且超过初凝时间的浆液也不可使用，对搅拌成的灰浆应经过两道过滤网过滤以防喷嘴堵塞。

2.2 泵压设置

根据喷射机理在钻杆下钻时采用10Mpa的清水压力进行喷射，其在防止堵塞喷嘴的同时并应在土体第一次喷射时使土体成为混合液减小喷浆时土体的阻力，从而保证浆液被充分搅拌、增加状体强度。

2.3 设置提升速度

在整个桩长范围内应设置两种提升速度，其是为了增加桩的端承力而在桩底部脱档旋喷30s，即使钻杆原位不动而旋转喷浆以增强该部位的搅拌效果并扩大状体直径，形成桩底盘，之后方可变速提钻，正常成桩。

2.4 钻孔

待钻机稳固后应先测量机台的水平度方可开钻，且在钻进过程中应随时检测钻杆的垂直情况，当钻孔达到设计深度后方可停钻。

2.5 旋喷施工

当旋喷管达到预定深度后应立即搅拌浆液，并开始自下而上进行旋喷作业，过程中应根据冒浆情况严格控制旋转和提升速度，在拆卸旋喷管时应快速进行，并保持节间不少于0.2m的搭接长度，并应随时检查浆液的初凝时间、注浆流量、风量以及压力旋转提升速度等，在旋喷过程中应保证注浆压力不小于2Mpa，提升速度应控制在20-25cm/min，旋转速度为20-25r/m等参数。

2.6 送浆

过程中司泵人员应根据泵压情况随时调整异常情况，并应迅速切换送水与送灰浆以保证连续送液，司钻人员则应随时检查钻进时的冒浆情况。

2.7 冲洗

待喷射完成后应及时将注浆管等设备冲洗干净，保证管内、机内不得残存水泥浆，一般采取将浆液换为水在地面上喷射的方法将泥浆泵、注浆管及软管内浆液排除干净。

2.8 桩头处理

当喷射注浆达到设计顶面标高后应继续用注浆泵注浆，当水泥浆从孔口返出后方可停止注浆，喷射作业完成后由于注浆的离析作用而会发生不同程度的收缩，最终在固体顶部出现凹穴，该种情况应采用水灰比为0.5的水泥浆进行补灌，同时应防止其他钻孔排出的泥土等杂物进入。

3.质量控制要点

钻孔和注浆管插入深度。在钻孔过程中应及时记录钻孔深度，并应核对注浆管深度和钻孔深度是否相符，并应保证钻孔垂直度不超过设计要求。

冒浆处理。冒浆是指施工过程中部分土体随浆液冒出，并伴随周围地面隆起现象，其最远可发生在离桩体几十米范围内。首先应及时外排冒出浆液，并将其加以回收再灌入，并可通过冒浆时间、冒浆中含土的种类和数量以及水泥的含量和冒浆的多少等来了解高压喷射的注浆质量，并应根据检测结果放慢施工速度，并待水泥土初凝后方可进行临桩施工以免孔隙内水压叠加，并可采取跳桩施工的方法，即在一个地方施工完成一个桩后将机子挪到另外一个地方，并保证两根桩相隔一定距离，并遵循先施工外测桩后施工内测桩的原则，便于外测桩施工完成后其强度可起到阻挡作用。

压力、流量控制。施工过程中若出现压力下降并低于设计值或压力骤增而超过设计值时均说明注浆管内发生异常现象，一般是有漏奖或接头松动甚至脱落，也有时是发生堵管现象，发生该类现象应立即停机进行检修，施工完成后应及时继续施工喷完该孔。

桩位、桩径、桩长控制。对桩位的允许偏差为±5cm，桩径和桩长以及垂直度偏差应不大于1.5％，喷射孔与高压注浆泵的距离不应大于50m，对采用水泥浆应严格过滤以防堵塞喷嘴，旋喷过程中应随制随用以防止水泥浆沉淀，并应对浆液进行不间断搅拌以防浆液离析而降低其浓度。

垂直度控制。喷浆开始前应将机子调整水平以确保钻杆垂直，对喷浆过程中冒出的浆液、泥巴等应及时清理，避免其堆积过高将机子顶起来，或导致机子倾斜最终造成桩体倾斜，导致在取芯检测时取不到完整的芯样。

4.结语

在高速铁路软土地基施工中高压旋喷桩工艺因设备简单、施工灵活、快速、投资少、效果好，并可减少不均匀沉降等优点而被广泛利用，但在施工中应根据不同的地质情况合理选择设计、施工参数等以确保施工质量。

参考文献：

【1】徐至钧，全科政.高压喷射注浆法处理地基[M].北京：机械工业出版社,2004.

【2】刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京：人民交通出版社，2OO2.

【3】曾国熙.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，

1998．