高压旋喷注浆法在既有建筑地基加固中的作用分析

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【摘　要】文章主要介绍了高压旋喷注浆法的加固机理、施工步骤、注浆材料以及高压旋喷注浆法的相关技术，并结合具体工程进行了高压旋喷注浆法的设计。

【关键词】高压旋喷桩;地基;加固处理

1.高压旋喷注浆法加固原理、施工步骤、注浆材料分析

1.1加固基本原理

高压旋喷注浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20-40MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，当能量大、速度快、脉动状的射流动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等的作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。固结体形状和喷射移动的方向有关。一般分为旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种型式。

高压喷射注浆是以高压喷射流强力破坏土体，有效破坏的距离较大，待水泥浆与土粒硬化后，即形成一个固结体。固结体的直径受土层影响外表呈凸凹不规则状，硬土的固结直径要小一些。高压喷射注浆的整体性、均匀性都要高于一般的静压灌浆。旋喷复合地基由多个不相连的旋喷桩组成。旋喷时其主体为有一定直径和体形的旋喷桩，还有一部分连在旋喷桩外面的支体。它们一定程度上改善了桩间土的物理力学性能，从而加大了复合地基的承载力和减小地基沉降量。高压旋喷注浆筑造的旋喷排桩、复合地基、地下防渗帷幕等形式的构筑物的质量较好。

1.2施工步骤

施工前先平整场地，挖好排浆沟，做好钻机定位。用注射管射高压水至设计深度后，喷射钻具于孔底空转并开始送浆，半分钟后旋转提升，同时高压射流进行土搅拌混合直到钻具喷射注浆到设计标高。在喷射作业过程中，准确记录喷注参数，及时处治废浆；在插入喷射管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。喷射时，先应达到预定的喷射压力，喷浆后再逐渐提升注浆管，中间发生故障时，应停止提升和喷射，以防桩体中断。喷射过程中，冒浆量应控制在10%～25%之间。对需要扩大加固范围或提高强度的工程，可采取复喷措施，即先喷一遍清水，再喷一遍或两遍水泥浆。喷到标高后，应迅速拔出注浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞，相邻两桩施工间隔时间应不小于48h，间距应不小于4～6m。用排污泵把孔内反浆吸排到指定地点，及时疏通排走，以利钻机对位。

1.3注浆材料

注浆材料的选用合适与否对高压喷射注浆法的质量有很大的影响，一般包括主剂和助剂，主剂可能是一种或数种，可能没有助剂，也可能有一种或一种以上的助剂。浆液是由注浆材料用水或其他溶液，按一定比例配制而成的液体。有时一种注浆材料可能有几种配方。浆液经过一定的化学反应或物理变化后，由液体成为固体。注浆材料一般分为水泥类和化学类两大系列。化学类注浆材料在建筑行业用得较少。

水泥是最便宜的注浆材料，固结性能良好，品种较多，为高压喷射注浆的基本材料。现阶段，国内许多工程都采用纯水泥浆液进行高压喷射注浆，当地下水流速较大用纯水泥浆注浆后有冲失的可能或工程有速凝早强需要时，在普通水泥中添加适量的速凝早强助剂。同时还需注意配制水泥浆液的水，应干净无杂质和对混凝土无侵蚀性。

2.高压旋喷注浆加固相关计算

2.1喷浆量的设计计算

高压旋喷注浆法加固地基基础时的旋喷注浆量计算有两种方法，即体积法和喷量法，取其中大者作为设计喷射浆量。

2.1.1喷量法

以单位时间喷射的浆量及喷射持续时间，计算出浆量，计算公式为:

Q=q(1+β)

其中，Q为浆量；v为提升速度；H为喷射长度；β为损失系数。

2.1.2体积法

Q=Dkh(1+β)+Dkh

其中，Q为浆量；De为旋喷体直径；D为注浆管直径；K为填充率，K=0.75～0.9；h为旋喷长度；K为未旋喷范围土的填充率，K=0.5～0.75；h为未旋喷长度；β为损失系数，β=0.1～0.2。

2.2 承载力设计计算

2.2.1单桩承载力计算

旋喷桩单桩承载力的确定，基本出发点与钻孔灌注桩相同，但由于影响旋喷单桩承载力的因素较多，因此在进行设计计算时，除了依据现场试验和文献提供的数据外，应结合所在地的土质条件。由于单桩承载力的差异很大，有条件时可进行单桩承载力试验，若无法进行试验时可按下列公式计算，取其中小者。

R=ηf.A

R=πdql+qA

fcu，k为桩身试块(边长为70.7mm立方体)的无侧限抗压强度；η为强度折减系数，η=0.35～0.50；d为桩的平均直径；n为桩长范围所划分的土层数；li为桩周第i层土的厚度；qsi为桩周第i层土的侧摩阻力特征值；qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值。

2.2.2复合地基承载力计算

旋喷复合地基承载力标准值应通过现场复合地基荷载试验确定，也可以按下式计算:

f=

R+β

f

(A

-A)

f为复合地基承载力标准值；Ae为1根桩承担的处理面积；Ap为桩的平均截面积；fs，k为桩间天然地基土承载力标准值；β为桩间天然地基土承载力折减系数； Rdk为单桩竖向承载力标准值。

3.高压旋喷注浆施工

该工程建筑面积18116m2，占地面积2286m2，为框剪结构，结构复杂，荷载不均匀。设计建筑物采用筏形基础，设计地基承载力标准值为248kPa。而岩土工程勘察经取样测试提供的地基承载力推荐值小于180kPa，经过方案的比较、分析后决定采用高压旋喷注浆技术进行地基加固处理，提高地基的承载力，减少建筑物的不均匀沉降。

本次施工采用单管法高压旋喷注浆，工艺流程:钻机造孔并编录岩土层结构旋喷桩机就位下喷杆至孔底清孔由上而下高压水泥浆旋喷设计孔段(顶管部位按设计长度段调整浆液)高压旋喷至设计标高回灌补浆至设计标高，成桩移位并重复以上工艺流程施工下一桩。

旋喷桩按方形布置，桩位偏差小于5cm。每条桩垂直地面，垂直度偏差小于1°。桩身水平断面呈圆形，平均直径大于0.65m。桩深长短不一，以岩面为持力层。桩身水泥土抗压强度4.0MPa；单桩竖向承载力标准值600kN；经处理后的地基承载力标准值不小于248kPa。本次施工浆压20～30MPa；喷浆量80L/min； 旋转速度20～30w/min； 提升速度15cm/min；水灰比0.8～1；耗灰量250kg/m，采用32·5(R)普通硅酸盐水泥。

经处理后的地基承载力标准值大于248kPa，较以前得到了大幅度的提升。经过沉降观测，累计沉降量最大值6.4mm，累计沉降最小值2.2mm，各观测点累计沉降量平均值4.28mm，其沉降低于本地区采用水泥搅拌桩法加固的地基沉降值。因此，采用高压旋喷桩对该建筑地基进行加固处理是有效的。

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