高壓旋噴樁在軟基處理中的應用研究

孔 紀

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300310)

路基是鐵路工程結構的主要組成部分，路基缺陷對鐵路工程的使用質量、使用壽命、列車行駛的安全性等方面都有非常嚴重的影響。鐵路工程里程較大，在基礎施工中難免會遇到軟基問題，高壓旋噴樁適用于處理淤泥、淤泥質土、可塑性黏性土、素填土等軟基中。主要原理是通過高壓水流切割技術，對土體進行充分切割，促使土體和漿液充分混合形成旋噴樁，并和周圍的土體形成復合地基，提升地基的承載力和穩定性。具有施工機具簡單、施工速度快、噪音小的優勢，被廣泛應用在軟基處理中。

一、工程概述

DK436+600～DK437+010段路基基底巖溶動態設計中DK436+832（5號溶槽）處基底揭示溶槽內的剩余充填物采用高壓旋噴樁進行加固。旋噴樁樁直徑0.5m，正三角形布置，樁間距1.2m，鉆至持力層，要求試塊（邊長70.7mm立方體）在標準養護條件下28天立方體抗壓強度平均值不小于4.0MPa，直徑0.5m旋噴樁最小水泥用量不小于310kg/m。要求進行單樁或復合地基載荷試驗，且單樁承載力不小于180kN或復合地基承載力不小于250kPa。

二、高壓旋噴樁成樁機理

就高壓旋樁施工原理和結構特性而言，其成樁機理主要包括以下五種作用：

第一種是高壓旋噴嘴射出的水流快速切割四周土體，破壞土質結構形成比較松軟且含有一定水分的土質，和水泥漿液充分混合，凝固后形成具有一定強度和硬度新地基。

第二種是混合攪拌作用，鉆桿在實際提升過程中，還會對四周土體進行充分攪拌，促使土體和水泥漿液的進一步混合，在噴嘴沖擊力影響下，促使四周的土粒向著噴嘴的反方向移動，和水泥漿液充分混合攪拌成新的樁體結構。

第三種是高速水流在不斷切割四周土壤的同時形成的，壓縮空氣會把部分土粒排出地上，為水泥漿液的補充提供充裕的空間。

第四種是填充和滲透，這一點也是高壓旋噴樁適用于軟土地基處理的主要源原因之一，水泥漿液會填充土層所有的空隙，并滲透到鉆孔四周，提升軟土地基的密度和承載力。

第五種是密壓。高壓噴射流除了具有切割土體的作用之外，還能對周圍的土層進行密壓處理，進一步提升樁體的強度，并形成具有擋水功能的結構，避免四周水分侵蝕樁基(旋噴樁固結示意圖如圖1所示)。

圖1 旋噴樁固結示意圖

三、高壓旋噴樁在軟基處理中的應用

（一）施工參數選擇

高壓旋噴樁在具體應用過程中，根據噴射方法的不同，高壓旋噴注漿可為三大類：第一類是單管旋噴法；第二類是二重管旋噴法，第三類三重管旋噴法。就案例工程而言，這三種方法的具體施工參數如下：

1.單重管法：本工程軟土地基處理中幾乎60%的旋噴樁由單重管旋噴完成，其施工參數為：漿液壓力在20Mpa～40MPa之間，漿液的比重為1.30～1.50間，旋噴速度為每分鐘20轉，為確保施工質量，鉆桿提升速度要控制在0.25m/min左右，噴嘴的直徑為2～3m。

2.二重管旋噴：除空氣壓力在0.7～0.8MP間，其他施工參數和單重管法基本相同。

3.三重管旋噴：注漿壓力比較小，只在0.2～0.8MPa之間，但漿液比重比較大，在1.60～1.80，高壓水壓力在40MPa之間，其他參數和單重管法基本相同。

（二）加固直徑的確定

高壓旋噴樁的直徑和土質、土體強度、噴射壓力、流量、提升速度、漿液稠度等因素有直接關系，具體影響關系為：高壓旋噴樁的直徑和噴射壓力及噴嘴直徑成正比，直徑越大，噴嘴壓力和噴嘴直徑越大；高壓旋噴樁的直徑和提升速度、土體強度、漿液稠度成反比，直徑越大提升速度、土體強度、漿液稠度越小。

（三）漿量的確定

在確定漿量時常用的方法有兩種:

通過上述兩種方式都可以計算出高壓旋噴樁時對漿量的實際數值，但計算方法不同，得到的結果有一定的差異，為滿足實際需求，要選擇較大的數值作為最終的噴漿量。本工程軟基處理，漿液的水灰比為1∶2，則通過噴漿量和水灰比就可以計算出水泥的施工使用量。

（四）復合地基承載力確定

（五）嚴格施工工藝進行施工

1.鉆機定位。將鉆機移動到指定的位置，鉆頭對準鉆孔的中心位置，誤差控制在2～4mm，鉆桿的垂直度偏差控制在1.5%以下，并且鉆機的位置進行重復校驗，確認無誤后先進在0.5MPa的低壓試操作，檢查噴嘴是否流暢，壓力、流量等參數是否達到設計標準。

2.泥漿制備。泥漿性質直接決定了高壓旋噴樁施工的總體質量，通過多次試驗確定泥漿配比，將水加入桶中，再加入適量的水泥和外加劑，通過專用的攪拌機充分攪拌支持15min左右，然后打開攪拌桶底部的閥門，放入孔徑為0.8mm的篩網中進行過濾，流入準備好的漿液池中備用。

3.鉆孔。為提升鉆孔的垂直度和孔壁的穩定性，采用鉆孔機進行預先成孔作業，鉆孔直徑控制在150mm左右。在鉆孔時，要定期校驗鉆桿的垂直度，確保鉆孔質量，如果發生鉆桿傾斜，則要及時糾正。此外，還要嚴格控制鉆進的速度，避免發生掉鉆和卡鉆等問題。

4.插管。啟動鉆機，開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，促使鉆桿沿著導向架振動，直到樁底設計標高。在插管時，為避免泥沙堵塞噴嘴，注漿壓力控制在0.5Mpa～1.0MPa，邊插管邊射水。

5.噴漿管提升和攪拌。此環節是整個施工過程中比較重要內容，提升速度和攪拌質量是否控制當得對旋噴樁的成形質量有重要影響。因此，在具體施工中必須切實做好以下幾點：（1）當旋噴到設計深度以后，停止鉆進，但要繼續選擇，并增加泥漿泵的輸出壓力，提升到30MPa左右，持續旋噴30～40s，確保漿液完全填充和滲透；（2）按照施工參數要求，提升噴漿管，并嚴格控制提升速度，嚴禁忽快忽慢，否則會影響旋噴樁質量；（3）如果采用二重管或者三重管進行旋噴，則施工到設計深度后，再接通高壓水管，并啟動泥漿泵進行旋轉操作。如果遇礫石地層，為保證樁徑，可重復噴漿、攪拌。

6.樁頭處理。當旋噴管提升到距離樁頂1m左右時，降低旋噴管提升的速度，持續旋噴3～5秒后再緩慢提升0.5m，直到樁頂。

7.清洗、移位。當樁頭處理完成后，要先對旋噴設備進行全面清洗，通過高壓泵抽取清水的方法來沖洗注漿管路，直到流出清水為止，并前面清洗噴嘴和管頭，以便下次使用。但一根旋噴樁施工完成后，再將鉆機移動到下一根樁上重復進行施工。

8.補漿。補漿的主要目的避免樁頭產生應力變形，由于漿液中有水的存在，當漿液凝固后會析出大量水分，從而導致旋噴樁發生不同的收縮，在樁頂發生凹穴，此時需要采用水灰比為1.0的水泥漿液進行補灌處理，以提升施工效率，避免發生用力變形，影響承載力。

本文結合實例及理論實踐，研究了高壓旋噴樁在軟基處理中的應用。通過分析高壓旋噴樁成樁機理可知，應用高壓旋噴樁可有效改善軟基的特性，提升承載力。將工藝參數、加固直徑、漿量、復合地基承載力進行確定，對施工工藝和過程進一步總結和掌握，高壓旋噴樁成樁各項指標均滿足設計要求，為后期大規模施工提供了真實有效的技術支持和理論指導。