高壓旋噴技術在溶洞樁基中的應用研究

陳波

（深圳市交通公用設施建設中心，廣東 深圳 518000）

高壓旋噴技術是于上世紀70年代初期在日本興起的一種新型地基處理技術，70年代中后期，我國的冶金、煤炭、建筑等部門相繼在深基坑開挖、橋墩加固、水壩壩基防滲、軟弱地基加固等方面應用該技術，并取得了較好的效果。然而，發展至今，國內對于高壓旋噴技術的施工機理尚沒有做系統的研究，在處理溶洞軟弱地基方面，尚缺乏充足的工程實例。基于此，本文結合一工程實例，探討了高壓旋噴技術在溶洞樁基中的施工工藝和技術機理，以供同類工程參考。

1 工程概況

龍城北高架橋工程Y15-1樁樁徑1.6m，原設計樁長為24m（設計樁頂標高31.894m，設計樁底標高7.894m），根據此樁的地質勘察報告，標高9.61m～4.31m范圍為微風化大理巖，4.31m下無地質報告，地質勘探中未發現溶洞。該樁于2007年12月11日開孔施工，2007年12月22日結束。施工至標高9.952m，在抽芯檢測過程中發現部分沒有進行超前鉆的樁基礎樁底存在溶洞遇溶洞，且繼續沖進時巖樣不夠完整。按設計要求，須穿過溶洞進入完整微風化巖1d方能終孔，因此，經參建各方現場確定巖樣，最終終孔標高為6.21m，實際樁長為25.68m。由于當時該樁的承臺、立柱均施工完畢，無法采取原樁位重沖方式進行處理，因此，決定采用高壓注漿方式進行加固處理。下面簡述高壓旋噴注漿的技術機理及其施工工藝。

2 高壓旋噴技術的加固機理

高壓旋噴注漿技術是利用鉆機將注漿管鉆進至加固土層的預定位置，而后用高壓設備將漿液或水以20～40MPa左右的高壓流從噴嘴中噴射出來，有兩種注漿形式，即旋轉噴射（簡稱旋噴）和定向噴射（簡稱定噴。高壓噴射流能量大、速度快，其脈動動壓超過土體結構強度，土顆粒就從土體中剝落下來。細小的土粒會隨著漿液冒出水面，其余土粒則在噴射流的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例有規律的重新排列，待漿液凝固后，就形成了強度遠大于土體的固結體。固結體的形態和噴射流移動方向有關。旋噴時，噴嘴一邊噴射一邊旋轉和提升，固結體呈圓柱狀。旋噴主要用于加固地基，提高地基土的抗剪強度，改善土的變形性質，使其在上部結構荷載作用下，不至于產生過大的變形或破壞。旋噴也可以組成閉合的帷幕，用于截阻地下流和治理流砂。定噴時，噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向固定不變，固結體形如壁狀。定噴主要用于基礎防滲，改善地基土的水流性質，穩定邊坡。按照施工機械不同，高壓旋噴注漿又可分為單管法、二重管法、三重管法和多重管法，其中單管法施工較為理想。

3 材料的選擇

3.1 漿液的性質

如前所述，高壓旋噴注漿是靠高壓噴射流破壞土層，并與土體混合構成新的固結體；靜壓注漿則主要靠液流的滲透、壓密和劈裂填充土體的空隙。因此，與靜壓注漿不同，噴射注漿對漿液材料種類、粘度與顆粒大小要求不是十分嚴格。但噴射工藝要求漿液應具有良好的可噴性，有足夠的穩定性，能調節漿液的膠凝時間。此外，漿液還應具有良好的力學性能，無毒、無臭，結石率高。目前，我國基本上采用以水泥漿為土劑，摻入少量外加劑的噴射方法。水灰比一般采用1:1到1.5:1，就能保證漿液的噴射效果。

3.2 固結體強度

固結體強度主要取決于、土質、噴射材料、水灰比、注漿管的類型和提升速度以及單位時間的注漿量等因素。注漿材料為水泥時，固結體抗壓強度的初步設計可參考表1。對于大型的或重要的工程，應通過現場噴射試驗后采樣測試來確定固結體的強度等性質。

4 旋噴參數的選擇

4.1 壓力參數的選擇

一般情況下采用加大泵壓力來增加其流量及流速，進而增大噴射力。根據以往經驗，本工程壓力選擇為：0～3m時，采用25MPa，3m以下時采用23MPa。

4.2 旋轉提升參數的選擇

旋轉、提升的速度與噴流半徑有關，而有效半徑與噴嘴的幾何尺寸和噴射角度有相互聯系，并直接影響噴流的特性。根據施工經驗，旋噴提升速度宜控制在25～28cm/min范圍內，旋轉速度宜控制在20～28r/min范圍內。其中在頂部1m應選用較慢的轉速和提升速度。一般為20～23cm/min速度提升，20r/min旋轉。

4.3 噴嘴直徑的選擇

噴嘴安裝在鉆頭側面，是旋噴注漿的關鍵部分，噴粉直徑大小對噴射流速度影響很大。一般單管注漿中噴嘴直徑選用2.0～3.2mm。

5 高壓旋噴注漿施工工藝及技術要求

5.1 施工工藝

5.1.1 鉆機就位。鉆孔位置布置圖如圖1所示。鉆機安放在設計的孔位上并應保持垂直，旋噴管的允許偏斜控制在1.5%之內。

5.1.2 鉆孔。單管旋噴常使用76型旋轉振動鉆機，鉆進厚度達30m以上，適用于標準貫入度小于40的砂土和粘性土層。當遇到比較堅硬的地層時宜用地址鉆機鉆孔。鉆孔位置與設計位置的偏差不得大于50mm。

5.1.3 插管。下管時將噴頭進行密封，以防漿、氣、水管道堵塞；下到設計深度后，按漿、水、氣順序依次送入，如使用地址鉆機鉆孔完畢，必須拔出巖芯管，并換上旋噴管插入到預定深度。在插管過程中。為了防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓力不超過1Mpa。若壓力過高易將空壁射塌。

圖1 Y15－1樁注漿加固鉆孔布置圖

5.1.4 噴射作業。首先高噴臺車就位、進行調平、支撐點墊實墊穩；全面檢查噴漿設備是否完好，再進行孔口試噴，檢查各種管路是否暢通，各種參數達到設計要求和孔口返漿正常后，再按要求進行正常提升噴射。

5.1.5 沖洗。噴射施工完畢應將注漿管等機具沖洗干凈，管內、機內不得殘存水泥漿。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內的漿液全部排除。

5.1.6 移動機具。按照圖1所示的施工順序，將鉆機等機具設備移到新孔位上。

5.2 主要技術要求

在鉆機就位時，應確保機座平穩，立軸或轉盤應與孔位對正，傾角與設計誤差控制在0.5°。在噴射注漿前，應檢查高壓設備及管路系統，管路系統的密封圈必須良好，設備的壓力和排量必須滿足設計要求。嚴禁通道和噴嘴內存有雜物。開動注漿泵時應注意，待估算水泥漿的前鋒已經流出噴頭后，再開始提升注漿管，自下而上噴射注漿。噴射注漿時，開機順序也要嚴格遵守規定，開始噴射注漿孔的孔段要與前段搭接0.1m，以防固結體脫節。由于漿液的析水作用，噴射注漿結束一般均有不同程度的收縮，使固體體頂部出現凹穴。因此，應及時用水泥漿進行補灌，水灰比控制在0.6～1之間，并要預防其它鉆孔排除的泥土或雜物進入。為加大固結體尺寸，或防治溶洞填充不實，可采用提高噴射壓力、泵量或降低回轉與提升速度等措施，或采用復噴工藝。

要求持力層與溶洞水泥漿接觸良好，溶洞充填飽滿；采用抽芯檢驗水泥漿混凝土強度值要求大于20MPa，施工配方按C30設計。高壓噴射注漿噴射過程中出現壓力突降或驟增，必須查明原因，及時處理。噴射過程中拆卸噴射管時，應進行下落搭接復噴，搭接長度不小于0.2m。噴射過程中因故中斷后，恢復噴射時，應進行復噴，搭接長度不小于0.5m。噴射中斷超過漿液初凝時間，應進行掃孔，恢復噴射時，復噴搭接長度不小于1m。噴射過程中孔內漏漿，停止提升，直至不漏漿為止，繼續提升。噴射過程中孔內嚴重漏漿，停止噴射，提出噴射管，采取堵漏措施。對有特殊要求的注漿孔，可采用復噴來增加噴射長度和強度。

5.3 質量檢查

高壓旋噴注漿的質量檢查可分為施工前檢查和施工后的檢查。施工前，按照設計要求進行現場旋噴固結體試驗，借此了解設計采用的旋噴參數、漿液配方、外加劑材料是否合適，固結體質量能否達到設計要求。如某些指標達不到設計要求時，則可采取相應措施，使旋噴質量達到設計要求。施工后的檢查，是對旋噴施工質量的鑒定，一般在旋噴施工過程中或施工一段時間進行，檢查的數量通常為旋噴固結體數量的2～5%，但每個加固工程至少檢查二個，檢查對象應選擇為地質條件較復雜的地區及旋噴時異常現象的固結體。凡檢驗不合格者，應在不合格的點位附近進行補噴或采取有效補救措施，然后再進行質量檢驗。高壓噴射注漿后形成的旋噴樁基強度較低，28d的強度在1～10MPa之間，強度增長速度較慢。檢驗時間應在噴射施工結束后4周進行，以防在固結強度不高時，因檢驗而受到破壞，影響檢驗的可靠性。

6 結論

通過本工程的施工，對于高壓旋噴注漿的加固機理有了更近一步的認識，得出的主要結論如下：（1）通過高壓旋噴注漿使得溶洞處土層由原來的無側限狀態轉變為有一定的邊界條件的應力狀態，從而提高了樁周土體的強度；（2）高壓旋噴注漿施工操作對樁周圍有一定的擠密壓實作用，使得樁側壁摩擦阻力增大，也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高；（3）通過高壓旋噴注漿，水泥-土混合漿液在尚未凝結前將產生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進入土粒空隙中，形成“脈”狀、“板”狀水泥結合體，從而提高樁周土體的承載力。

[1]錢申春,陳修林.淺析巖溶地區樁基施工[J].工程與建設,2008,(01)

[2]羅元明.淺談橋梁溶洞樁基處理方法[J].山西建筑,2009,(09).

[3]黃敦.富灣特大橋溶洞樁基處理措施[J].山西建筑,2008,(23).

[4]馮杰.論大型橋梁的施工質量管理措施[J].黑龍江科技信息,2010,(01).