高壓旋噴注漿法淺析

摘要：本文以某隧道為依托工程，說明了高壓旋噴樁復合地基在黃土隧道地基處理的應用的合理性，經過地基處理后的隧道運行良好，說明了高壓旋噴樁加固黃土隧道地基效果明顯，具有很大的經濟效益和社會效益，值得廣泛推廣應用。

關鍵詞：地基加固、復合地基、高壓旋噴樁、高壓噴射注漿

1、引言

我國西部大開發戰略決策的實施，促進了西部交通的發展，特別是促進了高等級公路的發展，這也使得人們對地基的承載力要求越來越高。我國地域寬廣、幅員遼闊，地理自然環境各有不同，在各種地基土層中，都有可能會出現不良土層或者軟弱土層。如果在這些土層上修建建筑物時，為確保安全，就需要對其進行地基加固處理。由于不同結構的建筑和不同等級的路面的要求是不同的，不同地區的土質條件也是千差萬別的，截止到現在，國內外地基處理的方法很多，每種方法都有其使用范圍和局限性。因此，在從事工程施工時，首先要判定是否需要采用人工地基，如果采用應該采用那種方法更經濟、更合理，以及如何正確地進行設計計算、科學施工和合理檢驗。以上這些都已成為從事地基處理日益突出的問題，這些問題能否正確處理，將對建筑物的建設工期、工程造價、安全和正常使用都有一定的影響。

2、工程概況

這一部分從隧址區的地質構造、地質條件及水文地質條件介紹該工程的概況。

2.1地質構造

在地質構造隧址區總體褶皺形態表現為復式向斜構造，本區發生過斷裂凹陷，形成了許多山間盆地，沉積了較厚的第三系泥巖；喜馬拉雅運動使第三系地層發生了平緩的褶皺和斷裂，以后受長期的侵蝕和剝蝕，堆積了較厚的第四系。

2.2地質條件

該地貌單元屬黃土塬梁地貌，地形呈階梯狀起伏，臺面平整；出口端為黃土塬梁深切溝谷斜坡地貌，坡面陡峻，溝床有二、三十米厚的素土碾壓夯實墊層。該區土質呈褐黃色、稍濕、稍密狀。其成份以亞粘土為主，次為亞砂土，含少量透明淋濾型石膏、云母碎片，表層植物根系較發育，蟲孔、孔隙發育，屬高壓縮性土，具濕陷性。搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低。

2.3水文地質條件

勘探點控制深度范圍內未見地下水，隧址區的數條沖溝均為季節性沖溝，平時無流水。

3、高壓旋噴注漿法簡介

3.1高壓旋噴注漿法概述

所謂高壓旋噴注漿法是地基處理的方法之一，其原理就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置后，以高壓設備使漿液或水成為20～40MPa的高壓流從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土體。當能量大，速度快和呈脈動狀的動壓超過土體結構強度時，土粒便從土體剝落下來。被破壞的一部分細小的土粒隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力、重力等作用下，與漿液攪拌混合，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，便在土中形成一個固結體。固結體形狀和噴射移動方向有關。高壓噴射注漿法是在灌漿法的基礎上，應用高壓水射流切割技術發展起來的一項新的地基處理技術。

3.2水泥與土的固化原理

高壓噴射所采用的硬化劑目前主要為水泥漿并添防止沉淀或加速凝結的外加劑。當地基為砂質土時，則用水泥漿和砂混合顯然可以得到較高的強度。但當土質為軟弱粘性土時，水泥漿與土混合后強度形成的特性則有所不同。

水泥與水拌合后，首先產生的是鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣，它們可溶水中，但溶解度不高，很快就達到飽和，這種化學反應連續不斷地進行，析出一種膠質物體。這種膠質物體有一部分混在水中懸浮，后來就包圍在水泥微粒的表面，形成一次膠凝薄膜，所生成的硅酸二鈣水化物幾乎不溶于水，只能以無定形體的角質包圍在水泥微粒的表層，一部分滲入水中。

由水泥各種成分所生成的膠凝膜，逐漸發展粘結起來成為膠凝體，此后，水泥的各成分在不缺水不干涸的情況下，繼續不斷地按照上述水化程序發展、增強和擴大，就產生了下列現象：

①膠凝體增大并吸收水分，使凝固加速，結合更密；

②由于微晶（結晶核）的產生進而生出結晶體，結晶體與膠凝體相互包圍滲透并達到一定穩定狀態，這就是硬化的開始；

③水化作用繼續深入到水泥微粒內部，使未水化部分再來參加以上的化學反應，直到水分完全沒有以及膠質凝固和結晶充盈為止。

但無論水化時間持續多久，很難將水泥微粒內核全部水化完，所以水化過程是一個長久的過程，在這個過程中，固結體的強度將不斷提高。

3.3高壓噴射注漿法的可靠性

高壓噴射注漿時，其壓力可以達到20～40Mpa，這種壓力沖擊土體能產生較大的能量，可以很容易的沖擊切破黏性土和砂性土土層。只要是漿液噴射流能沖破土體的土，就可以對土體產生一種加固的作用。假如遵循科學的施工步驟、利用質量合格的水泥、設計準確科學的噴射參數和優化的設計，就一定能把高壓注漿技術在地基處理和防滲水帷幕墻方面去的不錯的成果。

噴射流對土體具有強大的破壞能力并且破壞的范圍也比較大，這是高壓噴射注漿的顯著特點，被漿液破壞土體的顆粒和漿液重新組合硬化形成新的整體。

不同土層對固結體的幾何形狀和外表的影響不同，軟土對固結體的直徑影響較大。靜壓灌漿和高壓噴射注漿相比，遠沒有后者成樁的均勻程度和整體性高。據相關測試得出，高壓噴射注漿如果在沒有侵蝕的的環境下形成的固結體，其強度十年后的是目前的2.5倍。

旋噴注漿時，一定直徑和形狀的固結體構成旋噴樁的主體，由漿液注入旋噴范圍外的裂隙內構成旋噴樁的支體。支體的大小是由裂隙的大小、土層的強度、噴漿的壓力等決定。所以說，旋噴樁復合地基不僅和旋噴樁的主體有關，還和固結體的支體有關，它們在一定程度上共同作用提高和改善著樁間土的功能，有效的增加的地基承載力和對對地基沉降起到減小的作用。

4、小結

高壓旋噴樁具有很快的施工速度，既安全又可靠，在施工時噪音也是不大，費用低，施工質量可控制，加固效果好，因具有以上優點，因此在地基加固中被廣泛應用。高壓旋噴注漿加固軟弱黃土地基具有施工操作簡單，空間要求小，加固效果理想等優點。通過黃土隧道基底的加固，使隧道穩定性和大大增加，使隧道基底承載力有了很大的提高。在高壓旋噴加固黃土地基中，以黃土作為固結體的骨料，加固效果明顯，對隧道底部擾動小，地基變形小。