高压注浆技术在加固桩基中的应用探讨

摘要:本文主要采用高压旋喷桩工作原理对桥梁桩基进行加固的方案，对既有桥梁桩基承载力进行加固设计,并通过对桥梁的单桩承载力计算，以及对桥梁整体安全性分析；结合地质资料、桥梁类型、恒活载形式计算桩长及桩顶力。复合地基加固桩基承载力估算，采用合理的施工方法对高压旋喷桩施工过程中的桥梁桩基承载力加固进行控制处理,取得了良好的加固效果。

关键词:高压注浆；加固；桩基

中图分类号： TU473.1 文献标识码： A 文章编号：

注浆具有特定性质的材料或用其配制成的浆液，以一定的压力注入地基岩土体内使其渗透、充填或置换，经胶凝或固化后改善地基的物理力学性质，达到加固、防渗、堵漏等目的。注浆技术来源于工程实践，借助其有施工简便成本低、见效快、适用范围广等优势，目前己成为岩土工程学的一个重要分支，甚至有人提出了“岩土注浆工程学”的概念来加强其研究。

1高压旋喷注浆加固机理

高压喷射注浆法利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备将浆液或水以20～40MPa的高压从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。当水泥浆液在高压的状态喷射入土体中时，土体受到的冲击过大，速度过快，喷射流动压会超过土体结构允许的最大强度，这时，土粒会从土体上掉落下来。其中，有一部分土粒随浆液浮出水面，而剩余土粒在离心力与重力等的影响下，和浆液混合，而且会按照一定的浆土比、质量等有规律的排列起来，待浆液凝固后，会形成一个固结体。

1.1注浆材料

喷射注浆材料是注浆技术中重要环节，浆材的品种和性能的好坏，直接关系到工程的质量和造价，其原材料包括主剂和助剂，助剂有固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂、悬浮剂和膨胀剂等。

注浆材料的要求如下:浆液粘度低、流动性好;浆液的稳定性好;浆液无毒、无臭，不污染环境，对人体无害;浆液对注浆设备、建(构)筑物无腐蚀性，且容易清洗;浆液固化时无收缩，固化后有一定的粘结性;浆液结石率高，固结体有一定的强度和抗渗性;固结体耐老化、耐腐蚀;材料粒度细;浆液配置方便，原材料来源广、价格低。

1.2高压喷射注浆法的工程特性

高压喷射注浆可根据工程要求和地质条件选用不同施工工艺。高压喷射注浆法具有其独特的工程特性:

(1)适用范围广，高压喷射注浆法适用于软土粘性土、黄土、砂类土、砂砾卵石层等地层，能适用于各种土质条件下不同目的的固结处理工程。

(2)施工简便，高压喷射注浆设备简单，操作简单。

(3)可控制固结体的形状。施工中可调整喷射速度、旋转角度和提升速度、增减喷射压力或更换喷嘴孔径改变流量，使固结体形成工程设计所需要的形状。

(4)浆材来源广、性能好，喷射浆材以耐久性好的水泥为主，可根据工程需要在水泥浆液中掺加适量的外加剂(速凝剂、早强剂、膨胀剂、抗冻剂等和添加剂(粉煤灰等)。

(5)桩身强度高，高压旋喷桩有较高的强度具有桩基功能。

(6)固结体渗透系数小，固结体内孔隙不贯通具有一定的防渗性能。

(7)固结体直径较大，对粘性土地基加固，单管旋喷注浆加固体直径一般为0.3～0.8m;三重管旋喷注浆加固体直径可达0.7～1.8m;二重管旋喷注浆加固体直径介于两者之间。多重管旋喷注浆加固体直径可达2.0～4.0m。

(8)环保效果好。高压喷射注浆工艺施工机具振动小、噪声低、冒出的浆液如处理得当可回收再利用。

2概述

原有桥梁9#、10#、14#桥墩设计桩长为24m，无系梁;11～13#桥墩设置有系梁，设计桩长26m。现对河道进行整修，需深挖河道底部，并对露出地面线的桩基进行钢板加固处理。经验算，单桩承载力均有不同程度欠缺，故需要对原有桩基进行加固处理。

2.1注浆处理可行性分析

提高单桩承载力，可以通过两种途径:一是增加桩基侧壁摩阻力，二是增加桩基桩尖承载力。

采用深层注浆方法对桩底土进行改良，通过控制注浆时间、注浆压力、注浆量等方面对桩底土进行加固。对于单桩承载力来说，由于其受力的特殊性(仅受轴向力)，相当于加长桩基长度，则提高单桩承载力有一定空间。

2.2注浆方案选取

注浆方案通常分为2种，一是渗透注浆，靠注浆压力将土中水分压走，取代为水泥浆;二是劈裂注浆，通过浆液压力破坏土体本身的结构性质，水泥浆与土质重组形成复合地基。

2.3施工工艺及注意事项

(1)施工时每排桩(3根桩)注浆顺序为先中间桩基，后两侧桩基，待中间桩基所有注浆结束后7天后进行左右两侧桩基注浆，注浆过程尽量对称进行，以消除由于施工造成结构偏心受力。

(2)每根桩基注浆过程也要遵循对称施工的原则，先施工对称的旋喷桩1号桩基与3号桩基或者2号桩基与4号桩基)，当施工场地受到限制时，应在浆液中掺加添加剂使水泥浆速凝，每对桩基施工完成后7天进行下对旋喷桩施工。

(3)高压喷射注浆方案确定后，应结合工程情况进行现场试验、试验性施工或根据工程经验确定施工参数，在施工过程中严格控制施工参数及工艺指标。

(4)桩基加固前首先要对上部结构完全卸载，断交施工。

(5)严格控制注浆深度，复喷段一定要复喷到位，地表冒浆严重时需要重新判定注浆压力，确保扩散半径达到设计要求。

(6)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沾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措施：

1）、若地层中有较大空隙引起的不冒浆，则可能在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围内凝固。另外还可以在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常施工。

2）、冒浆过大的原因，一般是有效喷射范围与注浆量不相应，注浆量大大的超过旋喷固结所需的浆量所致，减少冒浆的措施有三种：①提高喷射压力。②适当缩小喷嘴孔径。③加快提高和旋转速度。

3）、由于浆液析水、收缩，固接体顶部有可能出现凹穴，一般深0.3m-1.0m，必须采取措施予以消除。对于新建地基可以直接再次注入浆液填满凹穴。

(7)喷注中途发生机械故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断，同时立即排除故障。如泵压增高也不出浆，则是喷嘴堵塞，泵压达不到要求值则可能是高压部分密封性能不好，连接处或旋转处漏浆、漏水。

(8)高喷作业时，各岗位要明确分工，统一指挥，协调一致。

(9)高喷结束后，要立即清洗管路设施。

3结论

采用注浆方案对既有桥墩台进行加固方案国内已有很多成功实例，通过对注浆压力及注浆量合理控制可以达到预期加固效果。高压喷射注浆技术和其它地基处理模式相比较来说，高压喷射注浆技术具有很多优点，例如：适用范围比较广泛、操作方便、耐久性较强，经济适用且高压喷射注浆技术不仅可以应用到工程事前处理也可以应用在事后补救等。