高壓噴射注漿法在路基處理工程的應(yīng)用

黃兆恩

（佛山市市政建設(shè)工程有限公司，廣東佛山 528000）

1 概述

高壓噴射注漿法于20世紀60年代后期創(chuàng)始于日本。它是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進到土層預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液成為高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個固結(jié)體。

20世紀70年代初期，高壓水射流技術(shù)開始應(yīng)用到灌漿工程中，逐步發(fā)展為新型的地基加固和防滲止水的施工方法——高壓噴射注漿法（Jet Grouting）。若在高壓噴射過程中，鉆桿只進行提升運動，而不旋轉(zhuǎn)，稱為定噴；在高壓噴射過程中，鉆桿邊提升，邊左右旋擺某一角度，稱為擺噴；若在噴射固化漿液的同時，噴嘴以一定的速度旋轉(zhuǎn)，提升噴射的漿液和土體混合形成圓柱形樁體，則稱為高壓旋噴法。旋噴常用于地基加固，定噴和擺噴常用于形成止水帷幕。

2 加固原理

高壓噴射注漿是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預(yù)定深度后，以20～40 MPa壓力把漿液或水從噴嘴噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。當(dāng)能量大、速度快呈脈沖狀的射流，其動壓力大于土層結(jié)構(gòu)強度時，土顆粒便從土層中剝落下來，一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等力的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿水比例和質(zhì)量大小，有規(guī)律地重新排列，漿液凝固后，便在土層中形成一個固結(jié)體。達到加固地基的目的。

3 灌漿漿液材料

常用材料有以下幾類。

3.1 水泥漿液

水泥漿液取材充足，配方簡單，價格低廉又不污染環(huán)境，是世界各國最常用的漿液材料。主要原因是它具有膠凝性好、粘結(jié)石塊強度高、施工比較方便、成本也比較低。

（1）對水泥的要求。顆粒要細，穩(wěn)定性要好，膠結(jié)性要強，耐久性要好。

（2）水泥品種選擇。選擇原則應(yīng)符合灌漿目的的要求。一般灌漿用硅酸鹽類水泥，回填灌漿、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿、接縫灌漿所用的水泥強度等級不低于32.5號、42.5號、52.5號。有特殊要求的，可選用特種水泥。礦渣水泥、火山灰水泥不宜用于灌漿，原因是這類水泥早期強度低，穩(wěn)定性較差。

（3）對水泥顆粒的要求。為了保證灌漿效果，水泥顆粒的粒徑要小于裂縫寬度的1/5～1/3，因為，水泥顆粒細，不僅容易灌入細微裂縫，擴大灌漿范圍，而且漿液穩(wěn)定，不容易產(chǎn)生沉淀分離，水化反應(yīng)充分，強度高，膠結(jié)牢固。

3.2 以水玻璃為主劑的漿液

水玻璃（Na2O·SiO2）在酸性固化劑作用下可以產(chǎn)生凝膠。常用水玻璃—氧化鈣漿液與水玻璃—鋁酸鈉漿液。以水玻璃為主的漿液，無毒，價廉，可灌性好，也是目前常用的漿液。

4 路基加固處理實例

4.1 工程概況

某市在建道路K0+220～K0+290段，根據(jù)鉆孔反映及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，第四系覆蓋層：主要為沖洪積層（Qa1+p1）、殘積土層（Qe1），詳見表 1 所列。

4.2 設(shè)計處理方案

該工程地層較差，淤泥層較厚、較深、地下水位相對較高，需進行軟基處理，處理方法為旋噴樁法。旋噴樁樁徑為φ600，樁間距為1 300 mm，呈正三角形布置。單樁長根據(jù)各樁位實際情況而定，約22 m，根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)穿過淤泥層，且進入下部黏土層②4不少于0.6 m。處理范圍從道路主線相交處延長62 m，寬17 m，大致與主線平行。范圍約有1 054 m2，布置719根旋噴樁，工作量共15 800延米。

表1 地層特征一覽表

施工主要控制參數(shù)如下：

漿液：使用32.5級普通硅酸鹽水泥作為固化劑，樁徑600 mm，水泥用量180 kg/m，水灰比1:1，相對密度1.53。

漿液壓力：20～40 MPa。

漿液流量：80～100 L/min。

噴嘴孔徑：φ2～φ3，數(shù)量2個。

提升速度：0.15～0.20 m/min。

旋轉(zhuǎn)速度：18～23 r/min。

復(fù)合地基承載力設(shè)計值：200 kN/m2。

4.3 施工方法

工程采用單管旋噴法施工?？紤]到打樁時相鄰兩根樁相互干擾的問題，所有的樁應(yīng)至少間隔一根樁，即跳躍式的施工，以保證盡可能小地影響相鄰的樁基。

（1）施工前先進行場地平整，清除地下障礙，挖好排漿溝，做好鉆機定位。要求鉆機安放必須保持水平，鉆桿保持垂直，其傾斜度不得大于1.0%。

（2）成孔時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件的實際情況，確定成孔工藝。在標準貫入N＜40的土層中進行單管噴射作業(yè)時，可采用旋噴鉆機直接將注漿管插入；在深部有地下障礙時，采用地質(zhì)鉆機開孔。

（3）插管。將注漿管插入鉆孔預(yù)定深度，注漿管連接接頭應(yīng)密封良好。

（4）噴射作業(yè)前應(yīng)檢查噴嘴是否堵塞，輸漿（水）是否存在泄漏現(xiàn)象。確認無異常情況后，方可開始按設(shè)計要求進行噴射作業(yè)。施工過程中，應(yīng)隨時檢查各壓力表所示壓力是否正常，出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止噴射作業(yè)，待一切恢復(fù)正常后，再繼續(xù)施工。

（5）完成噴射作業(yè)，拔出注漿管。

（6）拔出注漿管后，立即使用清水清洗注漿泵及注漿管道。

（7）移位至下一準確的樁位，重復(fù)以上工序，完成下一根樁的施工。

4.4 施工質(zhì)量檢測

工程施工歷時33 d，一共完成旋噴樁719根。為評價與檢測加固效果，委托有相應(yīng)資質(zhì)的質(zhì)量檢測機構(gòu)分別進行了抽芯檢測、樁頭開挖、單樁靜載荷試驗和復(fù)合地基平板載荷試驗。

開挖檢測10個樁頭，開挖深度1.5～2.0 m。經(jīng)測量和觀察，旋噴體垂直度良好，樁徑最小處大于0.6 m，樁體外緣不平，樁土咬合密實，有利于樁體承載。

各抽芯檢測孔所取得的樁芯均成長柱狀，完整性較好，水泥土體膠結(jié)良好，取12樁48組樣品室內(nèi)試驗，測得試樣抗壓強度為3～4.5 MPa。

單樁靜荷試驗，采用快速荷載法，最大荷載為設(shè)計值的2倍。在加固區(qū)進行復(fù)合地基平板載荷實驗，采用慢速維持荷載法加載，大部分試樁的總沉降量不大，卸載后都有一定的回升，且有的實驗回升較大，這表明樁的彈性模量、剛度和強度都較大，單樁及復(fù)合地基承載力均達到設(shè)計要求。

4.5 工程實例結(jié)果分析總結(jié)

綜上所述，高壓噴射注漿法由于其顯著的優(yōu)點，已經(jīng)逐漸成為一種軟弱地基處理的常見和有效措施。主要具有以下幾個特征。

4.5.1適用范圍廣

旋噴注漿法以高壓噴射流直接破壞并加固土體，固結(jié)體的質(zhì)量明顯提高。它既可用于工程新建之前，也可用于工程修建之中，特別是用于工程落成之后，顯示出不損壞建筑物的上部結(jié)構(gòu)和不影響運營使用的長處。

4.5.2施工簡便

旋噴施工時，只需在土層中鉆一個孔徑為50 mm或300 mm的小孔，便可以在土中噴射成直徑為0.4～4.0 m的固結(jié)體，因而能貼近已有建筑物基礎(chǔ)施工作業(yè)，此外能靈活地成型，它既可在鉆孔的全長成柱型固結(jié)體，也可僅作其中一段，如在鉆孔的中間任何部位。

4.5.3固結(jié)體形狀可以控制

為滿足工程需要，在旋噴的過程中，可調(diào)整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力或更換噴嘴孔徑改變流量，使固結(jié)體成為設(shè)計所需要的形狀。

4.5.4可垂直噴射亦可傾斜和水平噴射

一般情況下，采用在地面進行垂直噴射注漿，而在隧道、礦山井和地下鐵道等建設(shè)中，亦可采用傾斜和水平噴射注漿。

4.5.5有較好的耐久性

在一般的軟弱地基中加固，能預(yù)期得到穩(wěn)定的加固效果并有較好的耐久性能，可用于永久性建筑。

4.5.6使用常見原材料且價格低廉

噴射的漿液是以水泥為主，化學(xué)材料為輔。除了在要求速凝超早強時使用化學(xué)材料以外，一般的地下工程均使用材料廣闊價格低廉的42.5級普通硅酸鹽水泥。若處于地下水流速快或含有腐蝕性元素、土的含水率大或固結(jié)強度要求高的場合下，則可根據(jù)工程需要在水泥中摻入適量的外加劑，以達到速凝、高強、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。此外，還可以在水泥中加入一定數(shù)量的粉煤灰，既可以變廢為寶，又降低了注漿材料的成本。

4.5.7漿液集中，流失較少

噴漿時，除一小部分漿液由于采用的噴射參數(shù)不適等原因，沿著管壁冒出地面外，大部分漿液均集聚在噴射流的破壞范圍內(nèi)，很少出現(xiàn)在土中流竄到很遠地方的現(xiàn)象。

4.5.8設(shè)備簡單，管理方便

高壓噴射注漿全套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、機動性強、占地少。能在狹窄和低矮的現(xiàn)場施工。

施工管理簡便，在噴射過程中，通過對噴射的壓力、吸漿量和冒漿情況的測量，即可間接地了解旋噴的效果和存在的問題，以便及時調(diào)整旋噴參數(shù)或改變工藝，保證固結(jié)質(zhì)量。

4.5.9安全生產(chǎn)

高壓設(shè)備上有安全閥門或自動停機裝置，當(dāng)壓力超過規(guī)定時，閥門便自動開啟泄?jié){降壓或自動停機，不會因堵孔升壓造成爆破事故。此外高壓膠管（φ19的三層鋼絲裹繞高壓膠管安全使用強度達40 MPa，爆破壓強為120 MPa）是不容易損壞的。只要按規(guī)定進行維護管理，可以說是安全的。

4.5.10環(huán)保

施工時機具的振動很小，噪聲也很低，不會對周圍建筑物帶來振動的影響和產(chǎn)生噪聲、公害，更不會有污染水域，毒化飲用水源的問題。

[1]地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[2]李彰明.軟土地基加固的理論、設(shè)計與施工[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]龔曉南.復(fù)合地基設(shè)計和施工指南[M].北京：人民交通出版社，2003.