第１Ｏ卷第３期 ２０１１年９月 石家庄铁路职业技术学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＲＡＩＬＷＡＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＯＬ．１０ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１ ｌ 高压旋喷注浆法在处理高速 公路软土地基的应用 龚贵林 ’ 王凤荣 ’ （陕西铁 各工程职业技术学院” 陕西渭南７１４０００ 中交一公局海威工程建设有限公司 ’ 广东广州５１０６２０） 摘要：以浙江某高速公路路基工程为例，介绍高压旋喷注浆法加固软土地基的原理、施工工艺、 施工方法、质量检测内容及质量控制措施，对处理后的软土地基进行详细的喷射固结质量检测，并 列出质量检测的内容。 关键词：高压旋喷注浆法 软土地基 质量控制 喷射固结质量检测 中图分类号：Ｕ４１５．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１８１６（２０１１）０４—００１３—０５ 高压喷射注浆法。它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，用高压设备使浆 液或水以２０Ｍｒ＇ａ￣右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定的速度渐渐向上 提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个均匀的固结体，其地基加固和防 水止渗效果良好。高压旋喷注浆法在高速公路软弱地基加固、水利工程防渗、矿山井巷加固与防渗 等方面得到越来越多的应用。 工程概况：浙江某高速公路主线路基宽度为２６ ｍ，双向４车道，设计车速为每小时１２０ ｋｍ，该高 速公路地处人海口，水网密布，湖塘众多。路基施工路段多属农田、鱼塘、香蕉园，局部路段覆盖 淤泥、软土等不良地层达２０～２６ ｍ。主要地质情况为：上覆土层主要有人工堆积成因的素土，冲洪 积成的淤泥（淤泥质土）、砂土、粘性土，下伏基岩为燕山期花岗岩。 １高压旋喷桩 １．１高压旋喷桩加固地基的原理 旋喷时，高压喷射流在地基中，把土体切割破坏。其加固范围就是喷射距离加上渗透部分或压 缩部分的长度为半径的圆柱体。在喷射动压力、离心力和重力的共同作用下，横断面上土粒按质量 大小有规律地排列起来，形成了浆液主体搅拌混合、压缩和渗透等部分，经过一定时间便凝固成强 度较高、渗透系数较小的固结体。 １．２固结机理 水泥与水拌和后，首先产生铝酸三钙水化物和氢氧化钙，它们可溶于水中，但溶解度不高，很 快就达到饱和，这种化学反应连续不断地进行，就会析出一种胶质物体。这种胶质物体有一部分混 在水中悬浮，形成一层胶凝薄膜。硅酸二钙水化物几乎不溶于水，只能以无定形体的胶质包围在水 收稿日期：２０１１—０６—１５ 作者简介：龚贵林（１９８２一），男，陕西渭南人，学士，研究方向土木工程。 １３ 石冢庄铁路职业技术学院学报 ２０１１年第３期 泥微粒的表层，另一部分渗人水中。由水泥各种成分所生成的胶凝膜，逐渐发展起来成为胶凝体， 胶凝体增大并吸收水分，使凝固加速、结合更密；由于微晶（结晶核）的产生进而生出结晶体，结 晶体与胶凝体相互包围渗透并逐步硬化。 １．３高压旋喷桩的适用范围 高压旋喷桩主要适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土 等地基。当土中含有较多的大粒径块石，坚硬黏性土、大量植物根茎或有过多的有机质时，应根据 现场试验结果确定其适用程度。 ２高压旋喷桩的施工 ２．１高压旋喷桩的施工工艺 目前，高压旋喷法的工艺类型有三种：单管旋喷注浆、二重管旋喷注浆、三重管旋喷注浆。该 高速公路的软土地基处理采用的是单管旋喷注浆法。旋喷桩的平面布置采用的是梅花形布置，桩间 距为１５０ ｃｍ，有效桩径为４０ ｃｍ。 旋喷桩的有效直径Ｄ可参考下列经验公式估算： 对于贯人击￣ｌｖ６３ ０—５的粘性土：Ｄ＝（１／２—１／２００Ｕ２）ｍ 对于５ ３．５＜１５的砂性土：Ｄ＝Ｉ／１ ０００（３５０＋ｌ０Ⅳ一Ⅳ２）ｍ。 每完成一根桩所需的喷射浆液用量视具体情况而定，亦可初步接下列经验公式估算： ｎ一 ｚＬｃ￣（１＋ｐ、，） ／ 其中，Ｑ为加固剂用量，ｍ３；Ｄ为桩的有效直径，ｍ；Ｌ为桩长，ｍ； 为损失系数，指施工过 程中浆液的流失，流失量大小与土质、施工情况有关，一般以５％ １５％考虑； 为变动系数，与 浆液离析、土质及桩径大小等因素有关（见图１）ｏ 变 变 动 动 系 系 数 数 ａ ａ 有效直径Ｄ／ｒａ 有效直径Ｄ／ｍ ａ）粘性土 ｂ）砂性土 图１ 粘性土与砂性土的变动系数与桩径的关系图 ２．２高压旋喷桩的施工方法 ２．２．１测量放样 首先以设计图纸计算出边桩和边桩间隔１０ ｒｎ的整桩的桩位坐标值，根据加密的导线点，用全站 仪准确的放出其中心位置，经复核无误后，通过边桩和整桩用钢尺拉出未放线的桩位坐标，然后报 监理检测，认可后进行下步工序。 ２．２．２浆液配制与输送 拌合：搅拌的浆液Ｉ￣１３２．５ Ｒ的普通硅酸盐水泥为主配制，水泥设计用量２００ ｋｇ／ｍ，掺适量早强剂， 水灰比控制在１：１。 １４ 第３期 龚贵林，等 高压旋喷注浆法在处理高速公路软土地基的应用 配制水泥浆：搅拌灰浆时，先加水，根据施工配合比投料，用砂浆搅拌机将水泥浆充分拌匀， 每次灰浆搅拌时间不得少于４ ｍｉｎ。水泥浆从灰浆拌和机倒人集料斗时，必须过滤筛，把水泥硬块剔 出。集料斗的容量一般为０．２ ｍ ，就可以保证一定的余量，不会因浆液供应不足而断桩，也不会因浆 液过多产生沉淀而引起浆液浓度不足。 ２．２．３试验桩的施工 正式大规模施工前要进行试验桩的施工，通过试验桩验证施工技术参数，不合理处做出适当修 正，通过对试验桩得综合评价，确定技术参数，以指导大规模施工。 ３高压旋喷桩的施工工艺： ３．１桩机就位 钻机安装在设计孔位上，使钻头对准孑Ｌ位中心，偏差不得大于５ ｃｍ。同时为保证钻孔达到设计 要求的垂直度，钻机就位后，必须作水平校正，使钻杆轴线垂直对准孔位，并固定好钻机，调整钻 杆的垂直度偏差小于１％。 ３．２造孔 钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度，钻孔方法采用单管法旋转钻机，钻到设计的深度。 成孔后，应校检孔位、孔深及垂直度，并符合设计要求。 ３；３下注浆管 成孔合格后即可下人注浆管到预定的深度，使用单管旋转钻机，钻孔和下注同时完成。 ３．４旋喷 将注浆管下到到预定深度后，将水泥浆抽到旋喷高压罐内，调整回流阀门，使旋喷罐内的压强 达到规定值，水泥浆到达喷嘴后，检验喷射方向、摆动角度，一切合格后，调整工作台和油泵阀门， 使旋转速度和提升速度达到规定范围开始提杆、旋喷，由下往上成桩，当旋喷成桩达到设计高度后 停止旋喷，提出钻杆。 ３．５清洗 作业完成后，将注浆泵的吸浆管移到水箱内，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管内的浆液 全部排除，防止残存水泥浆将管路堵塞。 ３．６施工工艺技术参数 各项施工技术工艺控制指标如下： 旋转速度：约２０（规定在ｌＯ一２０）ｒ／ｍｉｎ 提升速度：ｌ０—２５ ｃｍ／ｍｉｎ 旋喷压力：＞２０ｌ￣］Ｐａ 水泥用量：２００ｋｇ／ｍ 水灰比：１：１ 喷嘴尺寸：２．５—２．９ ｒｒｕＴｌ 其中旋转速度、提升速度、旋喷压力、水泥用量参数的变化将直接影响桩的均匀程度和桩径； 水灰比参数的变化将会影响桩身的强度。 ４质量检测内容及控制措施 ４．１质量检测内容 （１）固结体的整体性和均匀性；（２）固结体的有效直径；（３）固结体的垂直度；（４）固结体的 强度特性（包括桩的轴向压力、水平力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等）；（５）固结体的溶蚀和耐久 性能；（６）施工质量控制标准（见表１）。 ’ １５ 石家庄铁路职业技术学院学报 ２０１ １年第３期 ４．２质量控制措施 做好钻机定位，钻机与高压注浆泵的距离不宜过远。要求钻机安放保持水平，钻杆保持垂直。当 灌浆管下入土中，喷嘴达到设计标高时，即可喷射灌浆。在喷射注浆参数达到规定值后，随即分别按 旋喷的工艺要求，提升灌浆管，由下而上边旋转边喷射灌浆，注意保证提升速度不能大于２５ ｃｍ／ｍｉｎ， 旋转速度不得大于２０ ｒ／ｍｉｎ，灌浆管分段提升的搭接长度不得小于１００ ｍｎｌ。严格按规定配比进行水泥 浆的配置。 ５质量控制效果检测 为了评价处理效果，在施工期安排了通道的水平位移观测和处理路段的沉降观测；施工完成后 安排了钻孑Ｌ抽芯检测．对桩体的完整性、连续性和桩芯强度进行了分析和试验。 ５．１喷射固结质量检测 （１）成桩７ ｄ内用轻便触探器进行Ｎ １０检测，检测频率为总桩数的ｌ０％； （２）钻孑Ｌ抽芯检测频率不小于桩总数的１．０％，且每个施工作业点不少于６根。 （３）单桩承载力的检测频率不小于总桩数的０．３％，且每个施工作业点不少于３根，随机抽取， 均匀分布。 （４）复合地基承载力的检测频率不小于总桩数的０－３％，且每个施工作业点不少于３根，随机抽 取，均匀分布。 ５．２抽芯检查、单桩及复合地基承载力试验在成桩龄期２８ ｄ后进行。 施工结束后对路段进行了取芯检测，共钻孔８个。从取芯情况看：桩身较完整，但强度不是很均 匀，局部出现碎块状、块状等软弱夹层。桩芯强度值在１．５８～５．５ ＭＰａ之间，详细情况（见表２）。 表２桩芯试样强度检测结果 １６ 第３期 龚贵林，等 高压旋喷注浆法在处理高速公路软土地基的应用 取芯检测后对通道路段进行了再加固处理，路面进行了重新调平摊铺。从近两个月的沉降观测 数据上看，路段的沉降已基本稳定，月累计沉降量在规范规定范围内。说明再加固处理方案是成功 的。效果比较理想。 ６结论 采用高压旋喷桩对软基进行处理时，高压旋喷桩由于水泥浆的掺人增加了原土的含水量，加大 了孑Ｌ隙率，在相同情况下浆喷水泥土强度要低于粉喷水泥土强度，就高压旋喷桩而言，它是介于柔 性和刚性之间的一种固结体，在加固地基、提高地基承载力的同时。可增大地基的刚性，改善地基 的结构性能，而且其主材水泥料源丰富、成本低廉。其工程造价较其他加固方法要低；在高速公路 结构物路段的软弱地基再处理中，采用高压旋喷桩法能有效地解决工后沉降量大、沉降速率收敛速 度慢等问题，因而在实际施工中应大力推广使用。 参考文献： 【ｌ】陈克森，马锁柱．地基处理与加固【Ｍ】．郑州：黄河水利出版社，２０１０． ［２】朱博鸿等．房屋建筑地基处理与加固［Ｍ】．成都：西安交通大学出版社，２００３． ［３ｌｑ：星华．地基处理与加固【Ｍ】．长沙：中南大学出版社，２００２． 【４】郭喜平．高压旋喷注浆法在黄土地区公路软基处理中的应用研究［Ｄ】．重庆交通学院，２００４ 【５】张士旭．高压旋喷注浆加固地基工程施工工艺［Ｊ］．探矿工程，１９９１，（０３） ［６］徐如锦，刘葵．单管法高压喷射灌浆施工方法［Ｊ】．广东水利水电，２００２，（Ｓ１） ［７】朱浩庆，朱小明．高压喷射注浆在道路改建中的应用实例［Ｊ】．浙江水利科技，２００３，（Ｏ１） Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｅ Ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ・ｓｐｒａｙ－ｃａｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｄｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｓｏｆｔ Ｃｌａｙ Ｇｒｏｕｎｄ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ ＧＯＮＧ Ｇｕｉ．１ｉｎ ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇ．ｒｏｎｇ２） 、（Ｓｈａａｎｘｉ Ｒａｉｌｗａｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ” Ｗｅｉｎａｎ Ｓｈａａｎｘｉ ７ １４０００ Ｈａｎｄ ｉｎ ａ ｓｅａ ｏｆ ｍａｌｅ ｂｕｒｅａｕ＇ｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ．，ＬＴＤ ’ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５ １０６２０ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ａ ｈｉｇｈｗａｙ ｒｏａｄｂｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｑｕａｌｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ—ｓｐｒａｙ—ｃａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｃｌａｙ ｇｒｏｕｎｄ．Ｊｅｔ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｓｏｆｔ ｃｌａｙ ｇｒｏｕｎｄ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｒｅ ｌｉｓｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ・・ｓｐｒａｙ－－ｃａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｓｏｆｔ ｃｌａｙ ｇｒｏｕｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｊｅｔ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ