高压旋喷桩在高速公路软土地基处理中的应用探讨

摘要：文章简要介绍了高压旋喷桩的加固原理，然后分析了高压旋喷桩处理公路软土地基的施工程序、旋喷工艺及旋喷操作要点，最后介绍了旋喷桩施工质量的检测要点。

关键词：旋喷桩；软土地基；地基加固

中图分类号：U416.1

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2011）05-0107-02

1引言

软土地基处理是高速公路建设中常遇到的难题之一，尤其是近年来，随着高等级公路建设迅速发展，各种新工艺、新技术、新方法在软土路基的处理中得到空前运用，一旦处理方法选择不当，或是施工质量不过关，极易使公路路基在后期发生不同程度的沉降，进而引起各种道路质量病害。利用高压旋喷技术加固公路软土地基得到高速公路建设者的重视，它是在化学注浆法的基础上采用高压射流切割技术发展而来的，具有施工机具设备简单、操作方便、材料便宜、效率高、质量易于控制、加固效果好等优点。下面笔者简要介绍高压旋喷桩在软土地基处理中的应用的技术要点。

2旋喷桩对软土地基的加固原理及主要特征

2.1加固原理

旋喷注浆法是利用钻机把注浆管置入土层的预定深度，浆液经高压设备的作用从注浆管的旋转的特殊喷嘴喷出，形成高压喷射流强力冲击土体结构，并部分置换被冲下的土体，最后凝结成固结体，与桩间土一起构成复合地基，从而改善土的变形性质，提高地基抗剪强度，从而达到加固地基的目的。由于高压旋喷桩复合地基水泥土的模量较大，具有较小的破坏应变，所以水泥土桩率先过入破坏状态，对软土地基形成保护。具体作用机理可分为以下几点：

（1）切割破坏：喷射流以脉冲形式连续冲击土体，破坏土体结构，使其出现空洞。

（2）置换作用：喷射注浆时部分土粒被排出孔外，灌入的浆液就置换填充空下的体积。

（3）混合搅拌：射进土体的浆液在压力作用下与被切下的土体颗粒充分搅拌混合形成新的混合体。

（4）充填压密：原有的土体空隙被浆液充填，并且对周边土体有较大的挤压密实作用。

（5）渗透固结：喷射注浆时，浆液可渗入渗透性较好的地层中未破坏土体一定的厚度，使周围土体的强度得到了有效提高。

2.2主要特征

高压喷射注浆技术施工压力已达40MPa，故可分为高压与超高压两种工法，施工深度可达25m~40m，加固体最大直径可达2m，且强度稳定。旋喷桩主要用于软土地基中进行加固、减少地基土变形，高压旋喷注浆法还可根据土质条件及管路数目，分为单管法、二重管法、三重管法和多重管法。旋喷法可控制加固范围，能够连成一片，旋喷成垂直桩、水平桩和斜桩，也可制成一定间距的桩柱体，只要适当调配硬化剂的用量，便能使各个施工对象得到相应的强度。

3旋喷桩处理软土地基的施工工艺及要点

3.1旋喷施工程序

（1）钻孔就位。旋喷注浆施工前先要将钻机安置在设计孔位上，并作水平校正，使钻头对准孔位中心，并确保钻孔达到设计要求的垂直度（倾斜度不得超过1.5%）。

（2）钻孔。为将旋喷注浆喷嘴插入预定的地层中，还应进行钻孔施工，根据具体的地质情况、加固深度、机具设备等条件来选择钻孔施工方法。对于单管旋喷，通常使用76型或柄型旋转震动钻机，可达30m以上的钻进深度。

（3）插管。钻孔完毕后，将旋喷注浆管插入地层预定的深度。在插管过程中，可边射水、边插管，以防止泥砂堵塞喷口，但水压一般不超过1Mpa，因为水压过高易引起孔壁坍塌。

（4）旋喷作业。喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，注浆量和压力应满足设计的要求，各通道和喷嘴内不得有杂物，管路系统的密封圈必须良好。当旋喷管插入预定深度之后，迅速搅拌浆液，当旋喷开始时，即旋转提升旋喷管。开始喷射注浆的孔段要与前段搭接0.1m，并且送浆要均匀，以防固结体脱节；若喷射注浆过程中出现钻头被堵塞现象，以及设备出现故障而被迫停机时，应控制停工时间在4小时以内，修钻机时，应将送浆管等机具中的余浆冲净，防止下次钻进成桩时管路堵塞。旋喷时还应安排专人随时检查注浆流量、压力、风量、旋转提升速度等与设计要求是否相符，同时做好记录，绘制作业过程曲线。

（5）冲洗。旋喷提升到设计标高时，即可结束旋喷。旋喷完毕后还应将注浆管等机具设备冲洗干净，可把浆液换成水，在地面上喷射，全部冲出泥浆泵、注浆管软管内的浆液，因为管机内残存水泥浆后容易硬化造成堵塞。

（6）移动机具。将钻机等机具设备移到新孔位上，继续钻孔和旋喷施工（如图1）。

3.2旋喷工艺

由于软土路基的土质通常较为复杂，为取得较为理想的旋喷效果，需根据施工过程中出现的具体问题，及时采取合理的处理措施。

（1）旋喷深层长桩固结体。由于软土地基的地层土质情况随深度变化较大，所以在旋喷深层长桩固结体时，若仅采用单一的固定旋喷参数，就可能形成上部较粗下部较细的直径不匀的固结体，对其承载效果影响较大。因此对旋喷深层长桩，应按地质剖面图及地下水等资料，针对不同地层土质及不同深度，选用合适的旋喷参数，以获得均匀密实的长固结体。

（2）重复喷射。当工程要求较大的直径或发现浆液喷量不足影响固结质量时，可进行重复喷射。

（3）冒浆的处理。在旋喷过程中，通常会发现一定数量的土粒随着一部分浆液冒出地面，当冒浆量超过注浆量20%时，应查明原因并采取措施。对于存在较多空隙的土质，可在浆液中掺加适量的速凝剂，加快浆液的固结速度；还可在空隙地段提高喷射压力，增大注浆量。

（4）消除固结体顶部凹穴。当旋喷采用水泥浆液时，在其凝固过程中，由于浆液析水作用，往往会出现不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，这不利于地基的加固或防渗堵水效果，所以应采取措施予以消除。当旋喷完毕后，开挖出固结体顶部，可直接从旋喷孔中再次注入浆液，也可对凹穴灌注混疑土，直至填满凹穴为止。

3.3旋喷操作要点

旋喷注浆具有操作简便的特点，如有完善的施工计划，便可让复杂的工作简单化，也基本不会因施工人员的个人水平的差异而影响到旋喷质量。经本人的施工经验总结，在实际操作时应注意以下要点：

（1）禁止使用受潮过期期的水泥，水泥搅拌时，水灰比要按设计规定，不得随意更改。

（2）为加大固结体尺寸，或在深层硬土中防止固结体尺寸减小，可采用复喷工艺，也可通过提高喷射压力或降低回转与提升速度等措施来实现；

（3）垂直施工时，钻孔的倾斜度不宜超过1.5%。

（4）深层旋喷时，应先喷浆、后旋转和提升，这样可防止扭断注浆管。

（5）在拆卸或安装注浆管时动作要快，防止喷嘴被堵。旋喷时，要做好压力、流量和冒浆量的测量和记录工作，若水、气、浆的压力和流量与设计值不符，须拔管清洗再重新进行插管和旋喷。

（6）一根桩配一次浆，水泥按量使用，严格执行单桩浆量和设计水灰比，并经常抽查单桩水泥用量。为搅拌均匀，水泥浆至少搅拌3分钟，浆液经筛网过滤，清除杂质后方能使用。水泥浆停留时间大于3小时，否则应作为废浆处理掉。

4旋喷桩复合地基的质量检测

4.1旋喷桩复合地基质量检测内容

旋喷固结体属于隐蔽工程，其在地层下形成，故不能直接观察到旋喷桩体的质量，须借助各种科学的检查方法来鉴定其加固效果。旋喷固结体质量检测的内容包括固结体的整体性和均匀性、有效直径、垂直度、溶蚀和耐久性，以及桩的轴向压力、水平推力、抗酸碱性、抗渗性等强度特性。

喷射质量检测可分施工前和施工后的检查。施工前，应通过现场旋喷试验固结体，了解设计采用的旋喷参数、浆液配方等是否合适，固结体质量能否达到设计要求。在喷射施工过程中或施工告一段落时，进行施工后的检查，检查的数量正常为喷射固结体数量的5%，检查对象应选择喷射时有异常现象及地质条件较复杂的地区的固结体。

4.2旋喷桩复合地基质量检测方法

（1）开挖检查。对于浅层的旋喷桩，可待固结体凝固具有一定强度后，直接开挖将固结体完全暴露出来，以便全面地检查其质量。

（2）室内试验。设计过程中，先进行现场调查并取土样，以标准稠度求理论旋喷固结体的配合比，并制作标准试件在室内进行相关的力学物理性的试验。

（3）钻孔检查。钻取旋喷固结体的岩芯，做成标准试件进行室内力学物理性试验，鉴定其固结整体性及强度特性是否符合设计要求。

（4）载荷试验。通过对喷射固结体直接加载荷，找出变形和荷重的关系，判断和预测其承载力和沉降量。但在对旋喷固体进行载荷试验之前，需对加载部位进行加强处理，以防加载时导致固结体破坏。

（5）其他非破坏性试验方法。包括同位素法、电阻率法、弹性波法等等。

5结语

总之，高速公路软土地基的处理方法很多，如强夯法、换填法、水泥搅拌桩法等等，但旋喷桩法是其中较为经济、且处理效果较好的一种。在进行旋喷桩施工时，一定要做好各方面的准备工作，合理组织施工，确保施工顺畅，加强质量管理，严格按照施工规范和设计要点进行旋喷施工，事后加强成桩的质量检测，确保软土地基的强度达到施工要求。

参考文献：

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