某國道高速公路高壓旋噴樁軟基加固技術應用分析

邊好強

（中鐵七局集團鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況及地質情況

1.1 工程概況

某國道高速公路工程起自天津濱海新區大神堂附近，止于京滬高速石各莊鎮東南，遠期西延京津高速公路三線，途徑薊運河、潮白河、青龍灣故道、北京排污河、引灤明渠、永定河泛區、北運河等，二期工程全線采用全封閉、全立交雙向8車道的高速公路標準，設計時速120km/h，路基寬度42m。

1.2 水文地址情況

本工程地表溝渠較多，淺層地下水主要是空隙潛水，受降水及河水補給等影響較大。經勘測，揭示了全新統(Q4)及上更新統(Q3)部分地層，地基土層按時代、成因和工程地質性質綜合分析，可劃分為9個地質時代的土層，每層土根據物理力學指標可進一步分為若干亞層，具體如下：第一層：人工填土層(Qml)；第二層：第Ⅰ陸相層(Q43al)；第三層：第Ⅰ陸相層(Q43l+h)；第四層：第Ⅰ海相層(Q42m)；第五層：第Ⅱ陸相層(Q41h)；第六層：第Ⅱ陸相層(Q41al)；第七層：第Ⅲ陸相層(Q3eal)；第八層：第Ⅳ陸相層(Q3cal)；第九層：第Ⅴ陸相層(Q3aal)；其中，第二層至第五層土質均處于可塑-軟塑甚至流塑狀態，中-高壓縮性，工程地質較差，第五層層底標高-13.73～-11.82m；第六層以后由亞粘土、砂土等組成，處于可塑-硬塑狀態，中-低壓縮性，土質轉好。

2 高壓旋噴樁機理及關鍵工藝參數

2.1 高壓旋噴樁原理

2.1.1 高壓旋噴樁概述

高壓旋噴施工，就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層預定的位置后，用高壓旋設備將水泥漿從噴嘴中噴射出，沖擊切削土體。當能量大、速度快、呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒便從土體中剝落下來，一小部分細小土粒隨漿液冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力及重力等作用下，與水泥漿液攪拌形成混合漿液，并按一定的漿土比例和質量大小，有規律的重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個有一定強度的圓柱狀固結體，這就是旋噴樁。

2.1.2 加固機理

⑴因為有旋噴樁的存在，使得軟弱土層在荷載作用的下，由原來的無側限狀態轉變為有一定邊界條件的應力狀態，從而提高了旋噴樁之間土的強度；⑵由于旋噴樁在自重作用下對其周圍有一定的擠密壓實作用，即樁的側壁摩擦阻力，也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高；⑶在旋噴施工中，由于高壓噴射流的沖擊，旋噴作用范圍內的土體被切削、破壞，土體中的一小部分顆粒被噴射漿液置換出地表，其余的顆粒則重新排列分布，一般情況下，小顆粒在中部居多，而大顆粒或土團多分布在外側或邊緣，四周未被切削下來的土體被擠密、壓縮，從而提高了被處理斷面的承載力；⑷旋噴結束后，當水泥土混合漿液尚未凝結時，這種漿液由于初始壓力的作用，將對四周的土體存在一定的擠壓力，并產生壓密作用，并使部分漿液進入土粒之間的空隙中，形成“脈”狀、“板”狀水泥結石體，這種情況在開挖檢查中比較明顯，同樣也提高了土體的承載力。

2.2 關鍵工藝參數

按照設計圖紙，通過對試驗段試樁的總結、加固土的室內試驗結果、被加固土的性質及單樁承載力的要求等綜合因素，確定了以下設計參數和施工參數。

2.2.1 設計參數

⑴樁長：按區域10m-18m不等；⑵樁徑：0.60m；⑶布置形式：間距2m，梅花型布置；⑷水灰比：1：1；⑸樁芯無側限強度(28d)：樁頂-2/3L:≥4.2MPa，2/3L-樁尖：≥3.3MPa。

2.2.2 單樁承載力：

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⑴噴嘴直徑：φ2.5mm；⑵注漿壓力：25-30MPa；⑶鉆桿旋轉速度：18-22r/min；⑷鉆桿提升速度：200-250mm/min；⑸水泥用量：不少于 200kg/m；⑹水灰比：1：1；⑺相對密度（灰漿比重）：1.52；⑻水泥：P.O32.5（325普通硅酸鹽水泥）。

3 高壓旋噴樁的質量控制

3.1 主要工藝的技術要求及質量控制

3.1.1 測量放線

定位軸線采用全站儀放樣，然后計算每根樁的偏角及距離坐標，用尺測放，樁位偏差不大于5cm。

3.1.2 鉆機就位

鉆機應平穩安放于設計孔位之上，并確保垂直，使用水平尺及機架上的垂線進行雙向控制，傾斜率不得大于1%。

3.1.3 漿液配置

水泥和水在檢驗合格后方可使用，應嚴格按照1：1的設計水灰比配置水泥漿。根據各機組攪拌桶的體積大小準確標定每桶漿液水及水泥的用量，充分攪拌均勻，攪拌時間不少于3min。施工過程中應定時、不定時的用比重計檢查漿液比重。

3.1.4 鉆孔

鉆孔時按照“先兩側，后中間”相隔跳躍式成樁，以使兩邊強度平衡，減少偏移，防止竄孔。為了預防泥砂堵塞噴嘴，應邊射水邊鉆進，水壓不超過1MPa。

3.1.5 噴射

當噴管插入至預定深度后開始施壓，漿液噴出并達到設計壓力后進行旋噴，樁前端原地旋噴不少于30s，然后自下而上旋噴提升，提升至樁頭以下2m范圍內，重復旋噴下沉提升，進行復攪。施工過程中應檢查注漿壓力、旋轉速度、提升速度、漿液初凝時間等，并做好相關記錄。

3.2 特殊情況處理

3.2.1 孔口冒漿量少、不連續或不冒漿

此種情況的原因有兩種：一種為土質過于松軟，可適當進行復噴處理;第二種為地層中可能有較大空隙，應在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結時間，或減少用水量，在不返漿地段進行靜止灌漿，直至孔口返漿后，再正常旋噴注漿。

3.2.2 孔口冒漿量過大

冒漿量小于注漿量的20%，視為正常現象，超過20%應采取以下措施：可適當增加旋轉速度，加快提升速度，增大噴射壓力，適量縮小噴嘴直徑。有時大量冒漿但壓力下降，可能是注漿管被擊穿或有孔洞，使噴射能力下降，此時應拔出注漿管進行檢查。

3.2.3 壓力上不去

可能是以下原因，應逐項進行檢查：安全閥壓力過低，或吸管內留有空氣或密封圈泄漏;栓塞油泵調壓不夠;泵閥損壞，油管破裂漏油;安全閥和管路接頭處密封圈不嚴;活(柱)塞或缸套損壞。

3.2.4 壓力驟然上升

原因有三，應檢查修復：泵體或出漿管路有堵塞;噴嘴堵塞;高壓軟管清洗不凈，漿液沉淀或其他雜物堵塞，影響管路通暢。

3.2.5 壓力不穩定

出現這種情況時應檢查：油管是否泄漏;泵體或吸漿管是否有泄漏或存在空氣;泵體注塞桿是否過長;泵體在安裝時是否嚴密。

3.2.6 注漿間斷后的處理

在施工過程中，若出現設備故障等情況造成注漿間斷，應立即檢查修復或使用其他旋噴設備，在固結初凝之前繼續施工。為防止注漿間斷造成固結體內出現軟弱夾層，影響固結體的均勻性和整體性，需要進行搭接處理，搭接長度可按下式計算：

式中：A-注漿間斷后重新噴射注漿時要求的搭接長度，不得小于10cm;a-固結體收縮率，由現場試驗確定;b-注漿間斷前噴射總高度(cm);△t-注漿間斷時間(h)，大于2h時以2h計。

4 效果檢驗

4.1 單樁承載力檢測

經靜載和抽芯檢測，結果表明，所測4根樁的單樁豎向極限承載力值均不小于620kN，滿足設計要求。

4.2 觸探及鉆孔抽芯檢驗

檢測結果表明4根高壓旋噴樁芯樣呈柱狀，直徑均大于0.60m，噴灰量正常，噴灰均勻，樁長達到設計長度。對試件進行的無側限抗壓強度試驗，抗壓強度為4.32MPa-4.91MPa，滿足設計要求。

結語

高壓旋噴樁應用于公路建設中處理軟土地基和橋頭回填段，可增大地基剛性、改善地基結構性能，有效防止和減少由于不均勻沉降及橋頭跳車現象。同時，高壓旋噴樁施工方便，設備簡單，其主材為水泥，料源豐富，成本較低，質量可靠，成功經驗很多，尤其在天津這樣地基較軟，土質較差的海濱城市，值得推廣。

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[2]談傳華.樁土相互作用及單樁承載力確定模擬研究[J].石家莊鐵路職業技術學院學報,2011,(01):41-44.

[3]王蔚.公路橋頭軟基加固處理方法對比研究[J].華南理工大學，2010.11.25.