高压旋喷桩在基坑支护中的应用探讨

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【摘 要】: 本文探讨了高压旋喷注浆桩的破岩、成桩机理，介绍了高压旋喷技术的施工工艺及技术要点，提出施工中存在的问题和今后研究的方向，为高压旋喷注浆桩在基坑支护工程中的应用奠定了理论基础。

【关键词】：地下工程；高压旋喷注浆；基坑支护；应用

中图分类号： TV551.4 文献标识码： A 文章编号：

引言

在建筑工程基础选择时，桩基因其稳定性好、承载力高，沉降稳定、沉降量小而均匀等优点在工程建设中的得到了广泛的应用与普及，并起到了保证施工质量和节省施工工期的目的。而基坑工程则是作为建筑工程的一个重要组成部分，尤其是深基坑工程施工的好坏更会对工程的进度和质量造成重要的影响，要保证工程的安全合理、节约造价以及方便施工，基坑支护的合理选择与应用是其中的关键。

一、高压旋喷注浆桩的工作机理

1.高压旋喷注浆的破岩机理

高压旋喷破坏土层的机理在理论上尚未探明，目前对高压旋喷注浆破坏土层的描述形成多种理论学说，如气蚀破坏作用、冲击作用、动压力作用、脉冲负荷引起的疲劳破坏作用、水楔作用等，但大部分学说尚停留在假说阶段。其中，拉伸-水楔破岩和密核-劈拉破岩学说在研究中获得较多的认可。

（1）拉伸―水楔破岩机理。高压旋喷注浆的冲击力可简化为作用于岩石半空间弹性体平面上的集中力。当拉应力与剪应力超过岩石的抗拉和抗剪的极限强度时，就会在岩石中形成裂缝。裂缝初步形成和汇总后，浆液将进入裂隙的空间，在裂隙尖端产生拉应力集中，使裂隙发展和扩大，致使岩体破坏。

（2）密实核―劈拉破岩机理。当极限剪应力和拉应力超过岩石本身的抗剪、抗拉强度时，即出现剪切和拉伸裂纹。随着浆液的继续冲击或冲击压力的增加，剪切裂纹扩展并汇接到冲击接触面，形成由剪切破坏的细岩粉组成的球形密实核。当密实核的能力达到一定程度时，它将开始膨胀而释放能量，使周围的岩石产生切向拉应力，当拉应力超过岩石的抗拉强度时，岩石壁面将出现径向裂隙，并逐渐扩大，完成破岩过程。

2.高压旋喷注浆桩的成桩机理

高压旋喷注浆工程，是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，利用高压脉冲泵使水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头向四周以高速水平喷入土体，其加固范围就是以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。旋喷成桩时，钻杆一面以一定速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固。在旋喷动压、离心力和重力的共同作用下，在横断面上土粒按质量大小有规律的排列起来，小颗粒在中部居多，大颗粒多在外侧或边缘部分，形成了浆液主体、搅拌混合、压缩和渗透等部分，经过一定时间胶化硬结后即在地基中形成直径比较均匀且具有一定强度（0.5-8.0Mpa）的圆柱体（即旋喷桩）。利用该原理，将无数个圆柱体交错相切连成一体，称为一道墙体，在防水工程中形成一道止水帷幕，称之为防渗墙，将地下水阻止于所建地下工程之外。

二、高压旋喷注浆桩在基坑支护工程中的应用

1.高压旋喷注浆方案的设计与施工

高压旋喷注浆方案的设计。采用单管法施工工艺，沿基坑周边布孔，其中竖向布置为：对现地下水位-5.20m以上的0.50m，以下0.80m的砂层同全风化岩进行高压旋喷注浆地基处理，形成一道连续水泥砂浆搅拌成的水泥砂体墙。水泥砂体墙与全风化泥岩组成天然隔水帷幕；平面布置为：高压旋喷注浆桩沿基坑周边布置两排，间距0.50m，交错布置。施工机械参数为：喷嘴直径2.5mm；注浆压力30Mpa；喷射速度20转/min；提升速度不大于20cm/min。止水帷幕注浆材料采用由水泥强度为32.5R级普通硅酸盐水泥制备的水泥浆。采用符合要求的搅拌用水，水灰比按1∶1配置。工艺流程为：侧放孔位钻机就位调整钻架成孔钻进制浆提升喷射回灌结束挪至新孔位。

2.高压旋喷注浆法的施工技术要点

（1）成孔钻进

钻进采用合金钻头，带水钻进，水压1Mpa，钻进时通过观察返浆、钻进进尺、钻进震动判断地层，并和地质报告确定的地层深度相比，钻进至预定位置，封闭出水孔待喷。

（2）制浆

选用32.5R级普通硅酸盐水泥，水泥及搅拌用水必须符合国家标准要求。水泥倒入搅拌桶前进行第一次过滤，滤掉水泥结块、杂质、水泥袋碎片，防止堵塞管路及喷嘴，搅拌机采用高速电机，旋转喷射期间要不停搅拌，按水灰比1∶1进行配置，进浆比重不小于1.45G/cm3，回浆比重不小于1.35G/cm3。水泥浆进入管路前还要进行第二次过滤。

（3）提升旋转喷射

在旋转之前应检查喷射管的连接部位是否紧固，防止有间隙使浆液压力降低而对喷射产生影响，当钻进至预定位置后开始提升喷射，本着不返浆不提升原则。返浆后开始提升，提升速度、旋转喷射速度、水泵压力按设计参数执行。喷射过程中，记录员作好记录，并和质检员随时检查各环节的运行情况，出现问题必须按要求及时处理并做好记录。

当返浆出现大量冒浆异常现象时，及时检查分析原因，出现大量冒浆现象原因，一般为土层密实程度较大，喷嘴尺寸过大或管路密封不良等。

喷射完毕后，对旋喷孔进行冒浆回灌，直至浆面不下降为止。

（4）施工顺序

为防止施工中出现窜孔现象，采用间隔跳打施工方法，间隔时间不小于48小时。

3.质量保证

为确保旋喷注浆质量，施工前对原材料，设备完好情况，工艺等进行校核。水泥要有出厂合格证及复式单，现场码放防潮防湿，结块水泥一律停止使用。施工中对垂直度、配比、压力、转速、提速、注浆量等进行检查并记录。

三、高压旋喷注浆桩的应用效果及有待解决的问题

（1）高压旋喷注浆桩的应用效果

工程可能会由于地层特点，出现土方坍塌、涌砂现象，因此必须对地基进行加固处理。整个旋喷注浆桩可在砾砂与下覆隔水层（泥岩）衔接，即形成一个圈闭的止水帷幕，将水阻在施工作业面范围之外。通过基坑挖土的验证，4.7-6.0米砾砂风化岩中的水被止水帷幕阻隔于施工范围之外，砂体固化同时也避免了流砂涌入。施工现场作业面内无水，使基础工程施工任务完成的非常顺利。通过整个高压旋喷注浆工程的施工，认证了高压旋喷注浆工艺在基础施工过程中遇水时能够起到非常好的止水效果，经济合理，见效快。通过高压旋喷注浆工艺的施工，在基础施工和其他地基处理方面为今后施工积累宝贵经验。

（2）高压喷射注浆工艺技术有待解决的问题

高压喷射注浆工艺技术虽然在实践中得到了比较广泛的应用，但和其他技术一样，无论在理论上、工艺设计和施工等方面，都有待进一步研究和开发利用。

a．进一步完善现有机械设备，提高其机械化，自动化程度。b．解决冒浆问题，目前，在施工过程中，浆液浪费问题比较严重，孔口冒浆量很大。c．虽然高压喷射注浆技术在基础工程止水中的应用初见成效，但应在防渗方面开展更多的科学研究和工程应用研究，制定统一标准和规范，形成一套经济有效的工艺方法，以充分发挥此项技术的功效。

结束语

高压旋喷桩具有很强的生命力和广阔的市场前景，工程技术人员应根据地质情况和工程实际情况进行合理设计、应用。其参数可通过试验确定，施工过程中应严格按设计参数进行施工，不得偷工减料，否则会达不到加固效果，满足不了设计要求；并造成高压旋喷桩这一工艺不能适应工程工作的要求而遭到市场淘汰。因此，认真学习高压旋喷桩的工艺就显得尤为重要！确保工艺流程中的每道工序的具体实施是确保整个工程质量的重要举措，也是高压旋喷桩得以生存的唯一途径。

参考文献：

【1】建筑基坑支护技术规程.中华人民共和国行业标准，北京，1999.

【2】 余志成、施文华.深基坑支护设计与施工.中国建筑工业出版社，1997.

【3】建筑基坑工程技术规范，YB9258－97.冶金工业部建筑研究总院出版社，1998.

【4】浙江省《建筑基坑技术规程》，DB33/T1008－2000.浙江省工程建设标准，2000.