旋喷桩在挡墙工程不良地基加固中的应用

杨定志

（中铁十一局集团第五工程有限公司 重庆沙坪坝 400037）

旋喷桩在挡墙工程不良地基加固中的应用

杨定志

（中铁十一局集团第五工程有限公司 重庆沙坪坝 400037）

旋喷桩是加固地基处理的一种有效方法，多用于公路、铁路等工程中，在市政工程的地基处理中应用较少。本文以某市政项目某挡墙工程地基加固为研究对象，简要介绍了工程概况，通过从多方面比选确定采用旋喷桩进行地基加固，介绍了旋喷桩在本工程项目的优点，详细阐述了其加固设计、施工技术参数、施工机具的选择及施工工艺流程，以期给同类工程提供参考。

旋喷桩；挡墙工程；不良地基；加固

1 引言

旋喷桩以其经济实用的性能，简单灵活的设计方法，施工速度快等方面的优点，在工程中得到了越来越广泛的应用。旋喷桩就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，以高压设备将粘结浆液（一般为水泥浆液、水泥砂浆、水泥-水玻璃混合浆液等）通过钻杆端头的设置的喷浆口，以一定的速度喷入被加固土体，喷嘴在喷浆液时，一边缓慢旋转（20r/min）、一边徐徐提升（大约为10～25cm/min）。高压浆液形成的射流，持续切削土体，并使切削下来的土与粘结进行充分混合，最终在高压浆液的有效射程范围内形成一定形状的混合物连续堆积成的凝柱体，从而起到加固土体的作用。旋喷桩主要用于提高地基的抗剪强度、改善土的变形性质，使其在上部结构荷载直接作用下，不产生破坏或过大的变形。

2 工程概况

某挡墙工程位于某市某区某片区D06/02地块，坐落在嘉陵江边，规划区平面上呈带状，北东-南西向展布。拟设计地坪标高240～270m，建设工程重要性等级为一级。施工场地的西侧为填方区，东侧为挖方区。本项目的挡墙体积有55000m3，有桩板式挡墙、重力式挡墙、扶壁式挡墙和锚杆挡土墙等多种形式。

3 地基处理方案比选

由于处于填方区域的挡墙工程基础以下10～30m深度范围为新近回填土，基本未固结，填料的直径为5～392cm，土石比0：10～3：7，加之处于前期平场工程的边缘，对土体的回填压实不到位，导致填方区域的回填土体不密实，经检测地基承载力低于设计要求。为确保挡墙工程施工后的安全性、稳定性，需要对基地进行加固处理，以使地基的承载力满足设计要求。此外，由于本项目的工期紧张，需要采取快速有效的施工方法进行地基加固才能保证后续挡墙的施工，从而确保工程工期。

目前，常用的地基加固方式有钻孔注浆、CFG桩、旋喷桩等，经组织技术和预算人员结合现场施工条件，从工期、成本、安全和质量等方面进行综合分析后，最终确定采用旋喷桩进行挡墙工程的地基加固。旋喷桩的主要优点是施工简便，施工速度快，固结体形状可以控制，既可垂直喷射亦可水平和倾斜喷射，有较好的耐久性；材料价格低廉，浆液集中，流失较少；设备简单，管理方便；从而达到改善土体的变形模量，提高地基土的抗剪强度，提高被加固土体的承载力，减少和防止地基的不均匀沉降的目的。

4 旋喷桩的加固设计

4.1 桩径和桩长的确定

根据国内许多工程实例中双管旋喷工艺成桩桩径及本工程需要补强的地基承载力，经计算后取桩径d＝0.7m，桩中心距s＝1.40m，桩位呈正方形在挡墙地基范围内满布，设计总桩数为787根。根据地质勘察报告桩端伸入4号土层内1m，有效桩长为6～14.5m，实际桩长为6.5～15m，桩顶部预留0.5m的桩头。

4.2 复合地基承载力的估算

因采用旋喷桩处理的地基，属于复合地基，但是没有进行现场复合地基载荷试验，因此fsp，k按下式计算：

式中：fsp，k-复合地基承载力标准，kPa；fs，k-桩间天然地基土承载力标准值，kPa；Ae-桩承担的处理面积，m2；Ap-桩平均截面面积，m2；β-桩间天然地基土承载力折减系数，现取值为0.4；Rkd-单桩承载力标准值，kN。根据建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002），取式（1）、式（2）中的最小值。

式中：fcu-桩身试块的无侧限抗压强度平均值，kPa；η-桩强度折减系数；qsi-桩周第i层土的摩擦力，kPa；qp-桩端天然地基土的承载力标准值，kPa；Li-桩周第i层土的厚度，m；α-桩端天然土的承载力折减系数。

结合挡墙工程实测地基承载力，经计算本工程中参数取值如下：AP＝0.385m2，Ae＝1.966m2，β 取 0.5，α 取 0.25，η 取 0.33，fcu 取2400kPa，qp 取 150kPa，Li取 6.0m（取最小值），η 取 0.4，则 Rkd取值为229kPa。

经计算 fsp，k＝[Rkd+β×fs，k×（As-AP）]/Ae＝161.6kPa，满足结构设计要求的150kPa。

5 旋喷桩施工技术参数及施工机具选型

5.1 旋喷桩施工技术参数

根据图纸及规范对施工质量的要求，结合现场试桩的结果，经组织技术人员研究确定了旋喷桩的施工技术参数，具体如表1所示。

5.2 施工机具选型

根据施工现场的地质条件和旋喷桩施工技术参数，旋喷桩采用XY-100地质钻机施钻引孔，引孔大小为φ70mm，引孔钻进至强风化围岩2m以下，再进行旋转喷浆，喷浆采用双管法，旋喷桩需进入相对不透水层不少于1.5m。施工主要施工机具型号及主要技术参数如表2所示。

表1

表2

6 旋挖桩施工工艺流程

6.1 测量定位

先采用土石方施工机械平整施工场地，再依据测量坐标和桩位布置图，准确放出旋喷桩的。

6.2 钻机就位与钻孔

首先将钻机移至施工场地标示出的桩位处，在钻机就位后对其做水平校正，通过不断调整使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，保证成孔偏斜率不超过0.8%；同时，在校直和纠偏中，从相互垂直两个的方向利用锤球进行检查，锤球的高度不得少于2m，如果发现偏斜，应及时在机座下用合适厚度的硬木块进行调整。开始钻进实施引孔成孔施工，孔径为φ70mm，采用套管取芯工艺成孔。

6.3 插管

引孔完成后更换钻杆为高压喷浆管，当注浆管置入土层预定深度后应用清水试压，射水压力不小于20MPa。若注浆设备和高压管路安全正常，则可搅拌制作水泥浆开始高压注浆作业。

6.4 提升喷浆管、搅拌

喷浆管下沉到钻孔设计底标高后，停止钻进，不停旋转，并接通压缩空气管道，同时启动泥浆泵、高压清水泵、空压机等机械设备，使钻机按设定转速进行旋转，并用各配套设备的相应仪表控制好压力、流量和风量，使其分别达到预先计算的数值后开始提升，继续旋喷和提升，不断重复这一施工过程一直到达到设计的标高后停止。

6.5 桩头部分处理

在喷浆管快提升接近桩顶时，要特别注意控制好提升速度。应从桩顶面以下1.0m开始，较桩身提升速度缓慢些提升旋喷，并控制好旋喷时间，再向上慢速旋喷提升0.5m一直到桩顶设计标高。

6.6 清洗

当喷浆结束后，立即清洗高压泵、输浆管路、注浆管及喷头。首先，在浆液罐中注入足量的施工用水，同时启动高压泵，清洗全部管路中残存的浆液直至基本干净，并及时将粘附在喷浆管头上的泥土洗净。

6.7 移位

移动桩机至下一桩位继续进行施工。

6.8 补浆

由于浆液的水灰比较大，固结体在硬化后一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部收缩从而出现凹陷，要及时用水灰比为0.6的水泥浆补灌。

旋喷桩施工工艺流程具体如图1所示。

图1

7 结语

在旋喷桩地基完工验收检验时，进行了复合地基荷载试验和单桩载荷试验，单桩承载力超过估算值，复合地基承载力大于150kPa，满足挡墙工程设计的需要，从而说明旋喷桩是进行挡墙工程地基加固处理的有效措施。旋喷桩技术提高了挡墙工程的地基承载力，缩短了工期，而且施工过程中对毗邻建筑物无不利影响，为同类工程问题的解决提供了一个成功的范例。

[1]中国建筑科学研究院.《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002：55～58.

[2]中国建筑科学研究院.《建筑地基基础设计规范》（JBJ7-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002：48～53.

[3]中国建筑科学研究院.《建筑软弱地基基础设计规范》（GBJ10-1-9）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002：26～32.

TU472

A

1673-0038（2015）52-0024-02

收稿日期：2015-12-9

杨定志（1983-），男，工程师，本科，先后从事工程技术、工程预算等方面的工作。