唐建宇+吴东升
[摘 要]高压旋喷桩技术是以高压形式将浆液注入软弱土层以改变其土层特性的较为常规的地基加固技术，能大大改善湿陷性黄土地基的不良工程病害，具有施工方便，效果明明显，耐久性好等优点。本文以某双线铁路桥台工程为例，对其在湿陷性黄土地基加固中的应用进行简单阐述。
[关键词]旋喷桩 地基加固 湿陷性 黄土
中图分类号：U213.14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0206-01
高压旋喷桩地基加固技术，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压水流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体[1]，提高并保持地基抗剪强度，重组土体结构，改善土的变形性质，减少沉降，通过固结原理和挤压作用消除黄土的湿陷性，同时阻截地下水流，减少振动，防止液化或流砂等作用，解决湿陷性黄土地基对工程的诸多病害。
1 黄土地质特性
黄土是第四纪干旱、半干旱气候条件下，陆相沉积的一种特种土，具有下列工程特点：
1）颜色呈淡黄、灰黄、棕黄或棕红色。
2）具有多孔性，孔隙比一般为0.7—1.1，在自重或一定荷重作用下受水侵湿后，土体结构迅速破坏，发生显著下沉。
3）质地均匀，颗粒成分以粉粒为主，无明显层理，具垂直节理。
4）土体中含钙质结核，含少量中溶盐和易溶盐，对基础结构具侵蚀性。
5）天然状态下，含水率低，遇水易崩解、剥蚀，土体处于坚硬～可塑状态，承载力一般较大。但建造工程后，建筑物覆盖地基，水份转移致使含水量接近塑限含水量，或由于地基侵水和地下水上升使得地基土含水量增大甚至达到饱和，承载力急剧降低。
6）表层一定厚度内具湿陷性，易潜蚀形成陷穴。在自重和荷载作用下地基变形发生排水固结沉降，振陷或湿陷。
7）地基土达到饱和，易发生较大的动变形，表现出砂土液化的现象。
2 工程案例
以某双线铁路桥台工程为例，列车活载为中-活载，该桥台基础位于河岸陡坎上台阶地，场地为砂质黄土厚约19m，地基承载力150kPa，其下为圆砾土，地面9m以下为饱和土。土样试验为Ⅲ级自重湿陷，天然密度1.68-1.74g/cm3，天然含水量17.8-18.7%，液限25.7-27.8%，塑限15.5-15.9%，孔隙比0.87-0.92，SPT击数5-16。
2.1 旋喷直径（d）
根据估计直径来选用喷射注浆种类和喷射方式，估计直径应通过现场试验确定。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）给出了标准贯入击数与旋喷直径的关系。本工程选定中间偏小值d=0.5m[2]。
2.2 地基承载力计算
根据（JGJ79-91）规范规定[3-4]，用旋喷桩处理的地基宜按复合地基设计，但当用作挡土结构或桩基时，按加固体独立荷载计算。此工程采用两种方法分别检算。
2.2.1按加固体独立荷载计算
Rdk=nfcukAP，式中
Rdk—单桩竖向承载力标准值
n—强度折减系数，可取0.30-0.50
fcuk—桩体强度，根据区域旋喷桩资料分析，软土地层中旋喷桩体试块强度均在3.5Mpa以上，由于本工程地基具部分饱和土，故取fcuk=3.5Mpa
AP—桩体面积
2.2.2按复合地基承载力标准值计算
fsp，k=[Rkd+βfs，k（Ae-Ap）]/Ae， 式中
fsp，k—复合地基承载力标准值
Rkd—单桩竖向承载力标准值，由现场荷载试验确定
fs，k—桩间地基土承载力标准值
β—桩间天然地基土承载力折减系数，可取0.2-0.6，或由试验确定。
Ae—1根桩承担的处理面积
Ap—桩的平均截面积
2.3 沉降计算
旋喷桩的沉降计算为桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形值之和，按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）规定进行，式中复合土层的弹性模量按（JGJ79-91）规范规定进行。
2.4 布桩形式
由于本设计主要用于控制沉降和消除地基土湿陷性，采用梅花型满堂布置，桩距1.2m，从而保证整体全面积改变土体结构。
2.5 桩长及浆液
保证桩体进入圆砾土不小于0.5m，统一桩底标高，桩长20m。浆液以水泥浆为主剂，水灰比1：1，掺入起早强作用的三乙醇胺0.05%和1%食盐。
2.6施工参数
1）浆液喷嘴直径2.8mm（两个）
2）喷射压力20MPa
3）注浆管直径42mm
4）钻头旋转速度22r/min
5）钻头提升速度25cm/min
6）浆液流量100L/min
3 施工工艺
3.1 作业流程：单管法旋喷施工
1）钻机定位：旋喷施工前，平整场地，布置桩位并做好排水设施，钻机定位，管架安放平稳，旋喷管允许倾斜度小于1.5%。
2）钻孔：用低压1.0N/mm清水或粘土浆喷射，边喷边回转钻杆，使钻头钻至设计标高，当遇到坚硬地层或障碍物时，要摸清情况，采取地质钻等措施。钻孔位置与设计位置的偏差小于50mm。
3）横向喷射：钻孔结束，用钢球或压差阀关闭喷出孔，接通管路压送浆液，高压浆液从特制钻头侧面喷嘴射出。
4）旋喷：按预定旋喷参数进行试喷，现场试验，绘制作业过程曲线，优化参数，保证符合设计要求检查并排除故障。
5）回转提升：喷嘴回转、提升，形成旋喷桩。
6）冲洗：喷射完毕后，把注浆管等机具设备冲洗干净，浆液换成水，进行清洗喷射，泥浆泵及管路内不得存有水泥浆。
7）形成旋喷桩体，将钻机等设备移至新孔位。
3.2 施工要点
1）把好浆液质量关，及时进行流动度、粘度的检验，保证浆液配比，确保其可喷性和稳定性。
2）控制好钻头旋转速度，避免速度过低，固结形成螺旋状、不完整的圆柱状体，强度低；速度过高，从喷嘴喷出的液体形成射流束的向心力剧增，减少了射流对地层的破坏力量，桩径偏小。
3）钻头提升速度应控制在高压喷射中能使水泥浆液和土层充分搅拌，既保证喷射流和土体接触时间充分，固结体均匀，强度最佳，又避免浆液用量大，返浆多，造成浪费。
4）旋喷施工过程中，随机开挖出成桩体1M左右，检查旋喷质量，及时调整旋喷参数。
5）合理布置场地，机具设备配套要紧密联系，尽量缩短高压输送距离。群桩施工时应先施工中心桩，再对称施工边桩，以保证相邻边桩、中心桩初凝后，具有一定抗冲击力，不被边桩施工时穿过裂隙的强大射流破坏掉。
6）施工应持续观察，若返浆超过20%或不冒浆，应及时调整钻头旋转速度和提升速度。当不返浆时，可能是有较大孔隙或暗穴，应调查实际情况，浆液增加速凝剂或加大注浆量。
7）旋喷施工顶部桩长应有一定的预留量，以便保证桩长及桩身顶部质量，桩顶部应保证足够厚度的埋深，保证旋喷效果。
结语
高压旋喷桩地基加固技术应用广泛，具有施工方便，施工工期短，地基加固见效快，耐久性好等优点，但其费用较高，要做好方案比选，它更适用于场地狭窄，不宜进驻大型机具设备者，或场地处于陡坎坡地时不宜强夯处理，对于中、小型结构地基和既有建筑物地基加固较为经济合理。
参考文献
[1] 史珉钰，皮泉江，张永强.高压旋喷桩技术加固软土地基设计与施工[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2009，01：32-36.
[2] 彭茂军，陈名.高压旋喷桩在止水帷幕工程中的运用[J].科技创新导报，2009，04：45-46.
[3] 朱美花.高压旋喷桩在止水帷幕中的应用[J].太原理工大学学报，1999，06：640-642.
[4] 建筑地基处理技术规范[S].JBJ7-89.北京：中国建筑工业出版社，2002.
